本發(fā)明涉及安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓饋電電纜方波過電壓在線監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

變頻調(diào)速技術(shù)由于其卓越的調(diào)速性能、高安全可靠性、高設(shè)備利用率以及良好的節(jié)電效果，被廣泛應(yīng)用于軌道交通等領(lǐng)域的電力傳動。電力傳動應(yīng)用到軌道交通的一個(gè)顯著特點(diǎn)是容量大(大于10mw)，電壓高(高于20kv)，通常需要采用大容量高壓饋電電纜實(shí)現(xiàn)電力傳輸。但由于變頻器電力電子元器件輸出的脈沖電壓會產(chǎn)生重復(fù)脈沖過電壓問題，且由變頻器輸出的脈沖電壓上升沿極短(0.1～10μs)，脈沖頻率較高(0.5～20khz)，脈沖電壓在饋電電纜以及電機(jī)繞組內(nèi)傳播時(shí)會發(fā)生波的反射和疊加作用，使得在饋電電纜中產(chǎn)生的過電壓可以達(dá)到正常工作電壓的2～3倍。為防止脈沖過電壓對軌道交通的電力輸電系統(tǒng)產(chǎn)生破壞，需要對其電壓波形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一方面利用監(jiān)測結(jié)果分析產(chǎn)生的過電壓頻譜分量和原因，另一方面，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，對產(chǎn)生的過電壓進(jìn)行有效抑制。

由于變頻器輸出的高壓為方波電壓，且其過電壓脈沖上升沿極短，普通的高壓在線監(jiān)測方法不能準(zhǔn)確捕捉到完整的過電壓脈沖，為此帶來測量上的誤差，進(jìn)一步影響后續(xù)過電壓脈沖頻譜分量和原因的分析，并影響后續(xù)的防止過電壓脈沖措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種高壓饋電電纜方波過電壓在線監(jiān)測裝置。

依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種高壓饋電電纜方波過電壓在線監(jiān)測裝置，所述裝置包括：高壓臂阻尼電阻r1、高壓臂電容c1、首端匹配電阻r2、首端匹配電容c2和測量儀器；

所述高壓臂阻尼電阻r1的第一端作為高壓輸入端，所述高壓臂阻尼電阻r1的第二端與所述高壓臂電容c1的第一端連接，所述高壓臂電容c1的第二端與所述首端匹配電阻r2的第一端及首端匹配電容c2的第一端分別連接，所述首端匹配電阻r2的第二端與所述測量儀器的第一輸入端連接，所述首端匹配電容c2的第二端與所述測量儀器的第二輸入端及地連接。

可選地，所述裝置的工作方式為首端匹配，且滿足下式：

r2＝z

其中，z為所述高壓饋電電纜的特征阻抗。

可選地，所述裝置還包括：末端匹配電阻r3和末端匹配電容c3，所述末端匹配電阻r3和末端匹配電容c3串聯(lián)連接，且并聯(lián)于所述測量儀器的兩個(gè)輸入端之間。

可選地，所述裝置的工作方式為兩端匹配，且滿足下式：

其中，z為所述高壓饋電電纜的特征阻抗，cc為所述高壓饋電電纜的電容。

可選地，所述測量儀器為示波器。

可選地，所述示波器的采樣頻率為被測方波最高頻率的預(yù)設(shè)倍數(shù)，其采樣存儲點(diǎn)數(shù)為預(yù)設(shè)大小。

可選地，所述高壓臂電容c1的電容值根據(jù)高壓臂與周圍物體之間存在的雜散電容確定，所述高壓臂由高壓臂阻尼電阻r1和高壓臂電容c1組成。

可選地，所述雜散電容包括：高壓臂對地電容ch，高壓臂與高壓饋電電纜之間的雜散電容cl，以及高壓臂與高壓輸入端的雜散電容cg。

本發(fā)明通過電路設(shè)計(jì)，使得該在線監(jiān)測裝置采用弱阻尼工作方式，從而能準(zhǔn)確捕捉到完整的過電壓脈沖，防止影響后續(xù)過電壓脈沖頻譜分量和原因的分析，避免影響后續(xù)的防止過電壓脈沖措施。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種實(shí)施方式的高壓饋電電纜方波過電壓在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種實(shí)施方式的高壓饋電電纜方波過電壓在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是高壓臂與周圍物體間的雜散電容示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

圖1是本發(fā)明一種實(shí)施方式的高壓饋電電纜方波過電壓在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；參照圖1，所述裝置包括：高壓臂阻尼電阻r1、高壓臂電容c1、首端匹配電阻r2、首端匹配電容c2和測量儀器；

所述高壓臂阻尼電阻r1的第一端作為高壓輸入端(即用于與高壓饋電電纜連接)，所述高壓臂阻尼電阻r1的第二端與所述高壓臂電容c1的第一端連接，所述高壓臂電容c1的第二端與所述首端匹配電阻r2的第一端及首端匹配電容c2的第一端分別連接，所述首端匹配電阻r2的第二端與所述測量儀器的第一輸入端連接，所述首端匹配電容c2的第二端與所述測量儀器的第二輸入端及地連接。

本實(shí)施方式通過電路設(shè)計(jì)，使得該在線監(jiān)測裝置采用弱阻尼工作方式，從而能準(zhǔn)確捕捉到完整的過電壓脈沖，防止影響后續(xù)過電壓脈沖頻譜分量和原因的分析，避免影響后續(xù)的防止過電壓脈沖措施。

參照圖1，在本實(shí)施方式中，所述裝置的工作方式為首端匹配，且滿足下式：

r2＝z

其中，z為所述高壓饋電電纜的特征阻抗，通常為50ω，此時(shí)，高壓臂與首端之間的電壓變比為

圖2是本發(fā)明一種實(shí)施方式的高壓饋電電纜方波過電壓在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；參照圖2，本實(shí)施方式與圖1所示的實(shí)施方式不同之處在于，所述裝置還包括：末端匹配電阻r3和末端匹配電容c3，所述末端匹配電阻r3和末端匹配電容c3串聯(lián)連接，且并聯(lián)于所述測量儀器的兩個(gè)輸入端之間。

參照圖2，在本實(shí)施方式中，所述裝置的工作方式為兩端匹配，且滿足下式：

其中，z為所述高壓饋電電纜的特征阻抗，cc為所述高壓饋電電纜的電容。

為便于展示檢測到的方波過電壓信號，本實(shí)施方式中，所述測量儀器為示波器。

為保證示波器的采樣效果，本實(shí)施方式中，所述示波器的采樣頻率為被測方波最高頻率的預(yù)設(shè)倍數(shù)，其采樣存儲點(diǎn)數(shù)為預(yù)設(shè)大小，在具體實(shí)現(xiàn)中，所述預(yù)設(shè)倍數(shù)可取10以上的值，所述預(yù)設(shè)大小可取1m，當(dāng)然，還可取其他值，本實(shí)施方式對此不加以限制。

如圖3所示，在高壓臂h(由高壓臂阻尼電阻r1和高壓臂電容c1組成)與周圍物體之間存在雜散電容(包括壓臂對地電容ch，高壓臂與高壓饋電電纜之間的雜散電容cl，以及高壓臂與高壓輸入端的雜散電容cg)，因此從高壓臂h下端看進(jìn)去是這些雜散電容與高壓臂本體電容綜合起來的等效電容，考慮到周圍物體的這種影響，在計(jì)算分壓比時(shí)應(yīng)采用上述等效電容的實(shí)測值作為高壓臂電容c1n，故而，所述高壓臂電容c1的電容值需要根據(jù)高壓臂與周圍物體之間存在的雜散電容確定。

實(shí)測時(shí)，周圍接地物體的影響將使c1＜c1n，帶電物體的影響將使c1>c1n，兩者綜合影響的結(jié)果取決于實(shí)際布置情況。

測量時(shí)，周圍的環(huán)境布置應(yīng)與實(shí)際使用時(shí)相同。高壓端應(yīng)與測量系統(tǒng)相連，高壓端到接地點(diǎn)由原充電電阻及波頭、波尾電阻連通，這樣可使發(fā)生器的電位分布基本上與實(shí)際使用時(shí)一致。

在本實(shí)施方式中，首端匹配電容c2和電纜終端電容一般較大，因而低壓臂(即由首端匹配電阻r2和首端匹配電容c2組成)雜散電容、儀器入口電容的影響可以忽略。測量電纜較短時(shí)，電纜電容可略去不計(jì)。否則，按所有這些電容并聯(lián)的計(jì)算值或?qū)崪y值作為低壓臂的總電容計(jì)算分壓比。

在線監(jiān)測裝置測量系統(tǒng)高、低壓臂等電容的測量應(yīng)采用測量誤差不超過±0.5％(盡可能采用±0.1％)的三點(diǎn)式電容電橋。實(shí)測前需以標(biāo)準(zhǔn)電容器校驗(yàn)電橋的測量誤差，并應(yīng)符合上述要求，在電橋量程許可的情況下，高、低壓臂等電容的測量盡量采用同一臺電橋。

在線監(jiān)測裝置高、低壓臂等電容與頻率有一定關(guān)系。測量這些電容時(shí)的頻率原則上應(yīng)盡可能與被測電壓的頻率相接近?？紤]到電橋的實(shí)際使用情況，若工頻(50hz)電橋測量誤差較小，則以此測量結(jié)果為準(zhǔn)，其他高頻(1khz及以上)電橋測量誤差稍大的結(jié)果作校核；若高頻電橋能獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果，則應(yīng)以此計(jì)算沖擊分壓比。

在線監(jiān)測裝置高、低壓臂等電容在溫度升高時(shí)可能有不同的變化，此時(shí)需在分壓器工作的溫度范圍內(nèi)作一溫度校正曲線，在高、低壓臂等電容元件采用相同材料時(shí)，溫度及頻率等影響可以避免。

在具體實(shí)現(xiàn)中，所述高壓臂阻尼電阻r1，電阻值為200ω～400ω，具體電阻值大小須根據(jù)引線的長度和被監(jiān)測的方波響應(yīng)時(shí)間來計(jì)算，電阻功率要滿足測試功率的需要。

在具體實(shí)現(xiàn)中，所述首端匹配電阻r2，其電阻值為40ω～50ω。

在具體實(shí)現(xiàn)中，所述末端匹配電阻r3，其電阻值為40ω～50ω。

在具體實(shí)現(xiàn)中，所述高壓臂電容c1，其電容值為300～1000pf，其選擇應(yīng)避免附近雜散電容對測量的影響。

在具體實(shí)現(xiàn)中，所述首端匹配電容c2，其電容值為0.1uf～0.2uf，具體選擇應(yīng)考慮被測高壓饋電電纜的電容滿足匹配條件。

在具體實(shí)現(xiàn)中，所述末端匹配電容c3，其電容值為0.1uf～0.2uf，具體選擇應(yīng)考慮被測高壓饋電電纜的電容滿足匹配條件。

以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。