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直流输电线路绝缘子串电压分布测量仪

基本信息

  • 申请号 CN00111449.2 
  • 公开号 CN1262441A 
  • 申请日 2000/01/17 
  • 公开日 2000/08/09 
  • 申请人 上海交通大学  
  • 优先权日期  
  • 发明人 江秀臣 韩振东 刘辛平 金建伟  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 200030上海市华山路1954号 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 上海交通大学专利事务所 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 毛翠莹 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

本发明是一种直流输电线路绝缘子串电压分布测量仪,采用静电感应原理特殊设计的振动式取样探头,驱动线圈通电后产生交变的电磁吸引力,使驱动合金片带动取信号电极振片向下运动,永磁或弹簧产生反作用力使振片向上运动,如此产生振片的周期振荡,通过静电耦合将待测直流高压信号变成交流信号,经电路处理后,在低压端显示出高电压值。
测量时去除绝缘杆,采用超声波传递绝缘子电压信号,测量精确,操作简单。
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权利要求书

1、一种直流输电线路绝缘子串电压分布测量仪,包括高压探头及低压接收 部分,其特征在于高压探头外壳20内层放有电池9、电路板10及超声波发射换 能器11,超声波传送口23还用以固定操作绝缘杆,高压探头上有挂钩22,高 压探头一侧有对准所测绝缘子上金具17的振动式取样探头15,另一侧有弹性导 体16,其头部带有用来与绝缘子下金具18接触的磁铁19,低压接收显示部分 的外壳21内放置超声波接收换能器13及接收处理显示电路14。
2、一种如权利要求1所说的直流输电线路绝缘子串电压分布测量仪,其特 征在于所说的振动式取样探头15中,取信号电极振片1通过永磁或弹簧2及固 定结构3固定在外壳6内,电极振片1连通驱动合金片4,驱动合金片4下面有 驱动线圈5,驱动线圈5引出驱动电源连接线7,信号引线8穿过固定结构3及 探头外壳6引出。
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说明书

一种直流输电线路绝缘子串电压分布测量仪,用于电力系统直流线路绝缘子 性能检测,属于电力设备技术领域。
直流输电以其特有的优越性正逐步在电力系统获得较多的应用,直流线路绝 缘子串电压分布测量方法和规律与交流系统不同。
了解电压分布规律对直流系统 输电线路的安全运行是非常重要的。
直流系统绝缘子串电位分布测量是一件非常困难的事情。
现有技术中,球隙 法测量虽方便可信,但工作量非常大,由于历时长,测量期间气候变化会影响测 量结果,在实验室测量都有困难,更无法现场使用。
Yoshihide Aoshima,“DC VOLTAGE DISTRIBUTION CHARACTERISTICS ON POLLUTED INSULATOR STRING”IEEE TRAN.ON PAS-100,NO.3,MARCH 1981.P948-955.文献中介绍的 “电阻网络法”,主要是测量污秽情况下的绝缘子分布电压。
采用电阻分压器并 联在绝缘子两端,把绝缘子的分布电压在高压端变成可用电子元件处理的小信 号,通过光电技术把信号再送到低压端,通过记录仪指示分布电压值。
这种方法 的特点是信号取样比较简单,但是其分压器电阻只有几百兆欧,只能测量污秽受 潮情况下的电压分布情况,而清洁的绝缘子和即使污秽但干燥的绝缘子绝缘电阻 高达几十万兆欧以上,此方法无法测量,也就是说,电阻对分布电压影响太大。
Train,D.;Dube,R.“MEASUREMENTS OF VOLTAGE DISTRIBUTION ON SUSPENSION INSULATORS FOR HVDC TRANSMISSION LINES”.IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems v PAS-102 n 8 Aug 1983 p 2461-2469 中介绍的静电电压表式激光反射法,采用静电引力原理,设计一个运动盘、弹簧、 反射镜、叶片、砝码和光学系统组成的反映静电引力的系统,引力通过弹簧转化, 使运动盘转动,通过反射镜使激光束偏转,在实验室的远方(44米远)有一个 刻度尺,显示光束偏转的大小。
由于静电引力与绝缘子电压成正比,通过弹簧、 光路转化,刻度尺刻度与绝缘子电压有一一对应关系,根据刻度便知道绝缘子分 布电压的大小。
此方法较复杂而只能在实验室使用且很不方便。
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足,设计提供一种直流输电线路绝 缘子串电压分布测量仪,使之可在现场方便测量分布电压,更为实用。
为实现这样的目的,本发明采用振动式取样探头来转换绝缘子的电压信号。
采用静电耦合原理,通过特殊设计的振动式取样探头把高压直流信号变成频率为 振动探头振片频率的交流信号,输入到后续电路处理。
静电耦合原理式测量仪器 由于通过空气感应,输入阻抗无穷大,对电压分布的测量影响很小。
本发明采用了在测量时去除绝缘杆的方式,把仪器通过挂钩直接固定在绝缘 子上。
在绝缘子串电压分布测量中,一般都把仪器高压探头放在绝缘杆上,操作 绝缘杆来逐片测量绝缘子的电压值。
在交流输电线路中,电压分布是由电抗较小 的容抗决定,这样是可行的。
在直流输电线路中,电容不起作用,绝缘子电阻很 大,绝缘杆的绝缘电阻会造成绝缘子串电压分布的较大改变,特别是测量高压端 的几片绝缘子时,绝缘杆并联在测量点到低压端的这段绝缘子上,测量误差会很 大。
本发明采用超声波传递绝缘子电压信号的方法,即高压探头把每片绝缘子的 分布电压经过振动式取样探头转换为可用电子器件测量的信号,经保护级、滤波 精密整流级送至V-F转换器,把电压信号变换成脉冲信号,调制后驱动高灵 敏度的超声波换能器。
高压信号经此变换传送到低压端的为超声波脉冲信号。
在 低压端接收换能器把收到的超声波信号转换成电压信号,经放大、解调、F-V 变换后数字显示出绝缘子的分布电压值。
仪器采用数字化的电压-频率技术,采 用非电量的超声波传送信号方式,抗电磁干扰能力强。
下面通过附图对本发明的技术方案作进一步描述。
图1为本发明中振动式取样探头的结构示意图。
图中,探头上部的取信号电极振片1通过永磁或弹簧2及固定结构3固定在 外壳6内,取信号电极振片1连通驱动合金片4,驱动合金片4下面有驱动线圈 5,驱动线圈5引出驱动电源连接线7,信号引线8穿过固定结构3及探头外壳 6引出。
驱动线圈5通入交流电后,对驱动合金片4产生交变的电磁吸引力,使合金 片4带动取信号电极振片1向下振动,永磁或弹簧2产生反作用力使振片1向上 运动,这样就会产生振片的周期振荡。
通过静电耦合把要测量的直流高压信号变 成交流信号,电路处理后,可以显示出高电压值。
图2为本发明的整体结构示意图。
图中,左半部分为高压探头,右半部分为低压接收部分。
高压探头外壳20 内分四层,上层放电池9,中间两层置放电路板10,下层放超声波发射换能器 11。
高压探头的超声波传送口23还用以固定操作绝缘杆。
高压探头上有挂钩 22,挂钩22采用弹性很大且带高摩擦力橡胶制成,以保证仪器可靠固定在所测 量的绝缘子上。
高压探头一侧有图1所述的振动式取样探头15,测试时对准所 测绝缘子的上金具17,高压探头另一侧有探头弹性导体16,其头部有一磁铁 19,测试时,探头弹性导体16通过头部的磁铁19接触绝缘子的下金具18。
低 压接收显示部分的外壳21内放置超声波接收换能器13及接收处理显示电路 14。
测量时,将高压探头的超声波传送口23作为固定点,把高压探头固定在一 个绝缘操作杆上,然后用绝缘操作杆把高压探头的挂钩22挂在所测的绝缘子 上。
高压探头上有弹性很大且带高摩擦力橡胶的挂钩22,保证仪器可靠固定在 所测量的绝缘子上。
振动式取样探头15对准所测绝缘子的上金具17,探头弹性 导体16通过头部的磁铁19接触绝缘子的下金具18,取下绝缘杆即可开始测量。
整个高压探头通过测量弹性导体16使探头与绝缘子下金具18等电位,这样高压 探头测量的结果即为绝缘子上下金具的电压,即绝缘子的分布电压。
放在探头内层的电池9为电路板10供电,电路板10把高压信息送到超声波 发射换能器11,超声波发射换能器11再把高压信息通过超声波12由空气传播 到超声波接收换能器13,超声波接收换能器13把高压信息送到接收处理显示电 路14,完成信号的还原和显示。
图3为本发明的高压探头电路图。
图中,3V锂电池BT通过U1(MAX761)变成VCC电压,给整个电路供 电。
U2(NE555)接成振荡器,调整R3可以调频率,调整R4改变VCC可以 调幅值。
振荡信号从OSL送到振动式取样探头,驱动振片振荡。
振动式取样探 头耦合直流高压信号,以交流信号(VIN)的形式从探头取信号电极输入到U4 (LM35g)放大器。
U4A为低通滤波放大器,U4B带通放大兼整流,再通过 R10、C10滤波变成直流,输入V/F变换电路U5(LM331),LM331的3脚 输出与输入电压成正比的矩形脉冲信号控制U6(7555)的4脚。
这样,每来 一个脉冲,7555就振荡,产生调制信号,推动超声波换能器UTS,发出包含高 压信息的超声波。
ICL7660正负电源变换器,为运放提供负电源。
图4为本发明的低压接收显示电路图。
图中,来自高压端的超声波信号UTS,输入到TL064的U1A、U1B滤波 放大,波形变成蝴蝶状。
UIC为比较电路,放大的超声波信号与D1的导通电压 0.7V比较后,与D2、C4、R7组成的检波电路构成信号的初步解调。
经UID 比较器,在14脚输出矩形脉冲信号。
此信号与高压探头LM331(U5)V/F输 出的脉冲信号一一对应。
低压端U2(LM331)为F/V变换,把脉冲信号还原 成电压信号通过U4滤波后输入数字电压表LCD显示。
ICL7660正负变换器为 运放提供负电源。
本发明提供的测量仪在实验室校准后,测量结果稳定,非线性度3%,抗干 扰性强。
本发明结构合理紧凑,特殊设计的高压探头重量约200克,操作简单方 便。
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