專利名稱：一種高壓直流輸電換流閥主回路電流測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測(cè)量測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓直流輸電換流閥主回路 電流測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
HVDC換流閥屬吊裝結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行過(guò)電流、過(guò)電壓、非周期觸發(fā)等試驗(yàn)時(shí)，主 回路中會(huì)流過(guò)沖擊大電流，目前，確定此電流的方法僅局限于仿真計(jì)算，但在試驗(yàn)中， 換流閥位于高電位，其所處電磁環(huán)境十分惡劣，且各閥層內(nèi)串并有電抗器、電容器等非 線性器件，易受層層間、層地間的雜散電容、電感的影響，因此仿真計(jì)算存在較大誤 差，不能滿足工程的實(shí)際需要。試驗(yàn)過(guò)程中，換流閥主回路中將流過(guò)數(shù)千安培的過(guò)電 流，如此大的電流流經(jīng)晶閘管時(shí)，可能會(huì)燒毀晶閘管，存在極大的安全隱患。因此，迫 切需要能夠置入換流閥閥層內(nèi)的主回路電流測(cè)量裝置，然而，國(guó)內(nèi)外在此應(yīng)用領(lǐng)域的測(cè) 量裝置仍是空白。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種體積小、測(cè)量范圍廣、誤差小、靈敏 度高、穩(wěn)定可靠的高壓直流輸電換流閥主回路電流測(cè)量裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種高壓直流輸電換流閥主回路電流 測(cè)量裝置，包括由屏蔽殼I和屏蔽殼II對(duì)接而成的屏蔽殼，所述屏蔽殼I內(nèi)設(shè)有纏繞著線 圈I的磁芯I，所述屏蔽殼II內(nèi)設(shè)有纏繞著線圈II的磁芯II、積分電路和分壓器，所述線 圈II分別與積分電路輸入端和屏蔽殼II相連接，所述積分電路輸出端連接分壓器，所述 分壓器輸出端將測(cè)量信號(hào)輸出，所述分壓器輸出端連接一彈片結(jié)構(gòu)，所述彈片結(jié)構(gòu)由彈 簧和銅片組成。其中，所述磁芯I和磁芯II均采用U形鐵氧體磁芯，所述屏蔽殼I內(nèi)設(shè)有對(duì)磁芯 I進(jìn)行固定的磁芯固定件I，屏蔽殼II內(nèi)設(shè)有對(duì)磁芯II進(jìn)行固定的磁芯固定件II，所述磁 芯I與磁芯II對(duì)接后形成一環(huán)形磁芯。其中，所述屏蔽殼內(nèi)設(shè)有緊固插件，所述線圈I和線圈II分別與緊固插件相連接。其中，所述磁芯固定件I和磁芯固定件II為絕緣材料制成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述磁芯 固定件I通過(guò)絕緣膠粘接于屏蔽殼I內(nèi)部，所述磁芯固定件II通過(guò)絕緣膠粘接于屏蔽殼II 內(nèi)部。其中，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II均采用U形結(jié)構(gòu)，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II的開 口端對(duì)接后通過(guò)外部緊固件固定成一環(huán)形屏蔽殼。其中，所述屏蔽殼的內(nèi)環(huán)中線上設(shè)有縫槽，在所述縫槽中嵌入有用于和被測(cè)物 體絕緣隔離的絕緣套墊。其中，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II內(nèi)部設(shè)有用于固定磁芯I和磁芯II的絕緣支撐。[0011]其中，所述磁芯I上繞制的線圈I匝數(shù)為34匝，所述磁芯II上繞制的線圈II匝 數(shù)為26匝，所述線圈I和線圈II的匝間距為8mm均勻繞制。其中，所述積分電路由10個(gè)并聯(lián)的電阻構(gòu)成。其中，所述分壓器由兩個(gè)串聯(lián)的電阻構(gòu)成，其中一個(gè)電阻作為高壓臂與積分電 路相連接，另一電阻作為低壓臂與屏蔽殼II相連接。其中，所述磁芯I和磁芯II的截面直徑為15.5mm，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II的 殼厚為3mm，所述縫槽的寬度為2mm，所述絕緣套墊的厚度為3_，所述線圈I與屏蔽 殼I的間距及所述線圈II與屏蔽殼II的間距均為5mm。本實(shí)用新型的有益效果在于1)該測(cè)量裝置的可靠性高、穩(wěn)定性好，測(cè)量范圍可達(dá)士 10kA，且具備良好的線 性度；2)該測(cè)量裝置頻帶可達(dá)40Hz 6MHz，高低頻相應(yīng)良好，測(cè)量最大誤差僅為 1.22%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高壓測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求的3% ；3)該測(cè)量裝置外殼屏蔽性能好，由于在內(nèi)環(huán)中線的縫槽內(nèi)嵌入絕緣套墊，使得 測(cè)量裝置與被測(cè)電路既無(wú)電氣連接又能緊密接觸，安全可靠；4)該測(cè)量裝置的內(nèi)部磁芯和外部屏蔽殼均采用兩個(gè)U形構(gòu)件對(duì)接組成的環(huán)形結(jié) 構(gòu)，具有體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)，該測(cè)量裝置通過(guò)緊固插件將其嵌套在換流閥閥層內(nèi)的 主回路矩形銅排上，安裝方便，操作簡(jiǎn)單。

圖1是自積分式Rogowski線圈等效電路圖；圖2是本實(shí)用新型的電流測(cè)量裝置的安裝位置示意圖；圖3是本實(shí)用新型的電流測(cè)量裝置的外形圖；圖4是本實(shí)用新型的電流測(cè)量裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，即電流測(cè)量裝置的縱向 剖視圖；其中，1-屏蔽殼，Ia-屏蔽殼I，Ib-屏蔽殼II，2a_磁芯I，2b_磁芯II，3-積分 電路，4-分壓器，4a-高壓臂，4b_低壓臂，5a-線圈I，5b_線圈II，6a_磁芯固定件I， 6b_磁芯固定件II，7-緊固插件，7a-插針，7b_插槽，8-外部緊固件，9-縫槽，10-絕 緣支撐，11-彈簧，12-端蓋，13-分壓器輸出端，14-銅片。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的電流測(cè)量裝置做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。本實(shí)用新型所述的主回路電流測(cè)量裝置采用自積分式Rogowski線圈原理，其等 效電路如圖1所示，在環(huán)繞被測(cè)電流的骨架上繞制線圈Ltl，則線圈兩端會(huì)感應(yīng)出與被測(cè) 電流的導(dǎo)數(shù)di/dt成正比的感應(yīng)電勢(shì)e(t)，感應(yīng)電勢(shì)被線圈Ltl兩端連接的積分電路艮所 積分，則積分電路艮兩端的電壓波形U。ut(t)與被測(cè)電流的波形一致。所述Ctl為線圈Ltl 與屏蔽殼之間產(chǎn)生的電容，所述Rtl為線圈Ltl與屏蔽殼之間產(chǎn)生的電阻。如圖2所示，本實(shí)用新型的電流測(cè)量裝置安裝在換流閥閥層內(nèi)的主回路矩形銅 排上，因此外形設(shè)計(jì)成對(duì)口式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)體積小，安裝方便。[0028]如圖3、4所示，該電流測(cè)量裝置主要包括A、B兩部分A部分主要包括U形屏蔽殼I Ia和U形磁芯I 2a。屏蔽殼I Ia內(nèi)對(duì)稱分布有用 于固定磁芯I 2a的兩個(gè)磁芯固定件I 6a和兩個(gè)絕緣支撐10，磁芯固定件I 6a和絕緣支撐 10通過(guò)絕緣膠粘接于屏蔽殼Ila內(nèi)，在磁芯固定件I 6a的前面并排設(shè)置有一緊固插件7， 緊固插件由插針7a和插槽7b組成，本例中緊固插件的插針7a通過(guò)絕緣膠粘接于屏蔽殼I Ia內(nèi)；用一根銅漆包線繞設(shè)在磁芯I 2a上，繞制后磁芯I 2a上纏繞的線圈I 5a均勻分布。 開啟屏蔽殼I左側(cè)的端蓋12，將纏繞有線圈I的磁芯I伸入屏蔽殼I內(nèi)，并將該磁芯I的 兩個(gè)長(zhǎng)邊依次穿過(guò)絕緣支撐10和磁芯固定件I 6a，將銅漆包線首尾的兩個(gè)線圈I接頭分別 與粘接在屏蔽殼I內(nèi)的兩個(gè)插針7a相連接，再將屏蔽殼I左側(cè)的端蓋12封閉。B部分主要包括U形屏蔽殼II lb、U形磁芯II 2b、積分電路3和分壓器4。屏 蔽殼II Ib內(nèi)對(duì)稱分布有用于固定磁芯I 2a的兩個(gè)磁芯固定件II 6b和兩個(gè)絕緣支撐10，磁 芯固定件II 6b和絕緣支撐10通過(guò)絕緣膠粘接于屏蔽殼II Ib內(nèi)，本例中緊固插件的插槽 7b通過(guò)絕緣膠粘接于屏蔽殼II Ib內(nèi)；用兩根銅漆包線對(duì)稱繞設(shè)在磁芯II 2b上，繞制后磁 芯II 2b上纏繞的線圈II 5b均勻分布。開啟屏蔽殼II右側(cè)的端蓋12，將纏繞有線圈II的 磁芯II伸入屏蔽殼II內(nèi)，并將該磁芯II的兩個(gè)長(zhǎng)邊依次穿過(guò)絕緣支撐10和磁芯固定件II 6b，將兩根銅漆包線首端的兩個(gè)線圈II接頭分別與兩個(gè)插槽7b相連接，再將兩根銅漆包 線末端的兩個(gè)線圈II接頭分別與積分電路輸入端和屏蔽殼II相連接，積分電路輸出端連 接分壓器的高壓臂4a，分壓器的低壓臂4b與屏蔽殼II的端蓋相連，分壓器輸出端13將測(cè) 量信號(hào)輸出，分壓器輸出端13連接有一彈片結(jié)構(gòu)，所述彈片結(jié)構(gòu)由彈簧11和銅片14組 成，將上述各部件連接好后，最后將屏蔽殼II右側(cè)的端蓋12封閉。屏蔽殼I Ia和屏蔽殼II Ib采用硬鋁制成，殼厚3mm，可以將外界復(fù)雜的電磁干 擾屏蔽掉。本例中在環(huán)形屏蔽殼1的內(nèi)環(huán)中線上開有一圈縫槽9，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，先在屏 蔽殼I和屏蔽殼II的縫槽9中各嵌入一 3_厚的絕緣套墊(圖中未畫出)后，再將上述 安裝好的A、B兩部分嵌套在主回路矩形銅排上，將緊固插件的插針7a插入插槽7b中， 對(duì)A、B兩部分起到連接和固定作用，最后通過(guò)兩個(gè)外部緊固件8將A、B兩部分扣緊即 可?？劬o后，屏蔽殼I和屏蔽殼II對(duì)接成一環(huán)形屏蔽殼1，磁芯I和磁芯II對(duì)接成一環(huán)形 磁芯?？p槽9的作用在于一是保證屏蔽殼內(nèi)的線圈能夠很好的耦合主回路電流激發(fā)的 磁場(chǎng)；二是切斷屏蔽殼上的感應(yīng)環(huán)流；三是為絕緣套墊提供了嵌入位。磁芯固定件II6a 和磁芯固定件II 6b為絕緣材料制成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，本例中采用環(huán)氧樹脂環(huán)。線圈的設(shè)計(jì)該測(cè)量裝置設(shè)計(jì)頻帶為40Hz 6MHz，自積分式Rogowski線圈高 頻截至頻率主要取決于線圈與屏蔽殼之間的空間電容C0，空間電容越小，高頻截至頻率 越高；其低頻截至頻率主要取決于積分電路和線圈電感之比。因此，線圈的匝數(shù)不能太 多，否則線圈與屏蔽殼之間的空間電容Ctl過(guò)大，高頻特性不好；線圈匝數(shù)也不能太少， 否則線圈上的電流太大，線圈將發(fā)熱，并要求積分電路所產(chǎn)生的電阻極小。當(dāng)線圈匝數(shù) 較少時(shí)，其低頻截至頻率不易降低，因此采取鐵氧體軟磁材料作為磁芯以增大電感。經(jīng) 計(jì)算，本實(shí)用新型確定選用U形鐵氧體磁芯形成框架結(jié)構(gòu)，其中磁芯I和磁芯II的截面直 徑是15.5mm，相對(duì)磁導(dǎo)率2000。線圈I、II均采用銅漆包線，用一根銅漆包線在磁芯I 上繞制的線圈匝數(shù)為34匝磁芯I的兩個(gè)長(zhǎng)邊上分別纏繞有14匝線圈I、短邊上纏繞有 6匝線圈I ；用兩根銅漆包線在磁芯II上對(duì)稱繞制，共纏繞有26匝線圈II 第一根銅漆包
5線在磁芯II的一個(gè)長(zhǎng)邊上纏繞10匝線圈II、短邊上纏繞3匝線圈II，第二根銅漆包線在 磁芯II 2b的另一個(gè)長(zhǎng)邊上纏繞10匝線圈II、短邊上纏繞3匝線圈II;線圈I 5a和線圈II 5b均朝同一方向進(jìn)行繞制，線圈5a和線圈II 5b的匝間距為8mm均勻繞制，線圈I 5a與 屏蔽殼I的間距以及線圈II 5b與屏蔽橋II的間距均為5mm。積分電路3的設(shè)計(jì)如果采用阻值極小的電阻難以加工，且受寄生電感影響較 大，因此經(jīng)計(jì)算，本裝置選擇將10只0.1 Ω電阻并聯(lián)成0.01 Ω的積分電路，該積分電路 可有效的消除寄生電感的影響。分壓器4的設(shè)計(jì)所述分壓器4由兩個(gè)串聯(lián)的電阻構(gòu)成，其中一個(gè)電阻作為高壓 臂4a與積分電路3相連接，另一電阻作為低壓臂4b與屏蔽殼II Ib相連接，分壓器輸出 端13將測(cè)量信號(hào)輸出。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以上設(shè)計(jì)的主回路電流測(cè)量裝置具有良好的屏蔽性，對(duì)換流 閥閥體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布影響小，具有體積小、線性度好、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，該 裝置頻帶為40Hz 6MHz，靈敏度為150mV/kA，最大誤差為1.22%。采用上述結(jié)構(gòu)的 電流測(cè)量裝置測(cè)量范圍為士 10kA，可使測(cè)量量程足夠?qū)挘軡M足實(shí)際測(cè)量需求。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限 制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實(shí) 用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍 當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種高壓直流輸電換流閥主回路電流測(cè)量裝置，其特征在于該測(cè)量裝置包括由 屏蔽殼I(Ia)和屏蔽殼II(Ib)對(duì)接而成的屏蔽殼(1)，所述屏蔽殼I(Ia)內(nèi)設(shè)有纏繞有線 圈I(5a)的磁芯I(2a)，所述屏蔽殼II(Ib)內(nèi)設(shè)有纏繞有線圈II(5b)的磁芯II(2b)、積分 電路⑶和分壓器(4)，所述線圈II(5b)分別與積分電路輸入端和屏蔽殼II(Ib)相連接， 所述積分電路輸出端連接分壓器(4)，所述分壓器輸出端(13)將測(cè)量信號(hào)輸出，所述分 壓器輸出端連接一彈片結(jié)構(gòu)，所述彈片結(jié)構(gòu)由彈簧(11)和銅片(14)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述磁芯I(2a)和磁芯 II(2b)均采用U形鐵氧體磁芯，所述屏蔽殼I(Ia)內(nèi)設(shè)有對(duì)磁芯I(2a)進(jìn)行固定的磁芯固 定件I(6a)，屏蔽殼II(Ib)內(nèi)設(shè)有對(duì)磁芯II(2b)進(jìn)行固定的磁芯固定件II(6b)，所述磁芯 I與磁芯II對(duì)接后形成一環(huán)形磁芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述屏蔽殼(1)內(nèi)設(shè)有 緊固插件(7)，所述線圈I(5a)和線圈II(5b)分別與緊固插件(7)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述磁芯固定件I(6a) 和磁芯固定件II(6b)為絕緣材料制成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述磁芯固定件I(6a)通過(guò)絕緣膠粘接 于屏蔽殼I(Ia)內(nèi)部，所述磁芯固定件II(6b)通過(guò)絕緣膠粘接于屏蔽殼II(Ib)內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述屏蔽殼I(Ia)和屏 蔽殼II(Ib)均采用U形結(jié)構(gòu)，所述屏蔽殼I(Ia)和屏蔽殼II(Ib)的開口端對(duì)接后通過(guò)外 部緊固件(8)固定成一環(huán)形屏蔽殼(1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的主回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述屏蔽殼(1)的內(nèi)環(huán) 中線上設(shè)有縫槽(9)，在所述縫槽中嵌入有用于和被測(cè)物體絕緣隔離的絕緣套墊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的主回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述屏蔽殼I(Ia)和屏 蔽殼II(Ib)內(nèi)部設(shè)有用于固定磁芯I(2a)和磁芯II(2b)的絕緣支撐(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述磁芯I上繞制的線 圈I(5a)匝數(shù)為34匝，所述磁芯II上繞制的線圈II(5b)匝數(shù)為26匝，所述線圈I(5a)和 線圈II (5b)的匝間距為8mm均勻繞制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的主回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述積分電路(3)由10 個(gè)并聯(lián)的電阻構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的主回路電流測(cè)量裝置，其特征在于所述分壓器(4)由兩 個(gè)串聯(lián)的電阻構(gòu)成，其中一個(gè)電阻作為高壓臂(4a)與積分電路(3)相連接，另一電阻作 為低壓臂(4b)與屏蔽殼II(Ib)相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電流測(cè)量裝置，其特征在于所述磁芯I(2a)和磁芯 II(2b)的截面直徑為15.5mm，所述屏蔽殼I(Ia)和屏蔽殼II(Ib)的殼厚為3mm，所述縫 槽(9)的寬度為2mm，所述絕緣套墊的厚度為3mm，所述線圈I (5a)與屏蔽殼I的間距及 所述線圈II (5b)與屏蔽殼II的間距均為5mm。
專利摘要本實(shí)用新型屬于測(cè)量測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓直流輸電換流閥主回路電流測(cè)量裝置，包括由屏蔽殼I和屏蔽殼II對(duì)接而成的屏蔽殼，屏蔽殼I內(nèi)設(shè)有纏繞著線圈I的磁芯I，屏蔽殼II內(nèi)設(shè)有纏繞著線圈II的磁芯II、積分電路和分壓器，線圈II分別與積分電路輸入端和屏蔽殼II相連接，積分電路輸出端連接分壓器，分壓器輸出端將測(cè)量信號(hào)輸出，分壓器輸出端連接一彈片結(jié)構(gòu)，彈片結(jié)構(gòu)由彈簧和銅片組成。該電流測(cè)量裝置具有良好的屏蔽性，對(duì)換流閥閥體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布影響小，具有體積小、線性度好、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，該裝置的測(cè)量范圍為±10kA，頻帶為40Hz～6MHz，靈敏度為150mV/kA，最大誤差為1.22％。
文檔編號(hào)G01R31/00GK201804056SQ20102024377
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者張新剛, 張春雨, 李成榕, 李躍, 程養(yǎng)春 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院, 華北電力大學(xué)