一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣裝置及采樣方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣裝置及采樣方法，所述裝置包括金屬圓盤(pán)、金屬支柱和采樣電阻；所述金屬圓盤(pán)水平置于換流站直流母線正下方，通過(guò)金屬支柱支撐；所述金屬支柱一端與金屬圓盤(pán)中心相連，另一端接地；所述采樣電阻設(shè)置于金屬支柱中間段；所述雷電侵入波采樣方法采用本發(fā)明裝置，當(dāng)雷電侵入換流站時(shí)，獲取采樣電阻兩端電壓，根據(jù)雜散電容與采樣電阻兩端電壓獲取換流站母線雷電侵入波分量。采用本發(fā)明提供的裝置以及方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)換流站雷電侵入波的在線監(jiān)測(cè)，對(duì)換流站設(shè)備影響小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、易于安裝；而且本發(fā)明裝置具有隔直取交的功能，采用本發(fā)明的裝置進(jìn)行雷電侵入波采樣的方法具有較高測(cè)量精度。
【專利說(shuō)明】-種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣裝置及采樣方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)過(guò)電壓監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)及一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷 電侵入波采樣裝置及采樣方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 雷擊是影響高壓直流輸電工程安全運(yùn)行的主要原因之一，雷擊引起的電磁暫態(tài)過(guò) 程易導(dǎo)致?lián)Q流站主設(shè)備絕緣損壞、控制保護(hù)失靈，甚至誘發(fā)嚴(yán)重事故。監(jiān)測(cè)直流輸電系統(tǒng)換 流站的雷電侵入波，能有效支撐高壓直流輸電工程雷擊事故過(guò)程的復(fù)原分析，并能有針對(duì) 性地采取相應(yīng)的防護(hù)措施，從而提高直流輸電系統(tǒng)的安全性能。
[0003] 目前，雷電侵入波在線采樣方法包括；套管末屏法、CVT(電容式電壓互感器）響應(yīng) 電流法、羅氏線圈法等。該些方法均有一定的局限性；套管末屏法中末屏接地線解開(kāi)后，改 變了一次設(shè)備接地方式，易因接觸不良、套管末屏懸浮電位等原因造成末屏放電，引起絕緣 或系統(tǒng)事故；CVT內(nèi)部含有補(bǔ)償電抗器和阻巧器，較難準(zhǔn)確獲得其寬頻等效電路，影響測(cè)量 精度；羅氏線圈法需要將傳感器安裝在高壓端，安裝、維護(hù)等均不方便，而且在直流系統(tǒng)中 無(wú)法利用羅氏線圈兼做取能器件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷 電侵入波采樣裝置及采樣方法，其目的在于通過(guò)阻容分壓回路獲取雷電侵入波分量，由此 解決現(xiàn)有技術(shù)安全性不高、測(cè)量精度較低、安裝維護(hù)不便的問(wèn)題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣裝置及 采樣方法，所述裝置包括金屬圓盤(pán)、金屬支柱和采樣電阻；所述金屬圓盤(pán)水平置于換流站直 流母線正下方，通過(guò)金屬支柱支撐；所述金屬支柱一端與金屬圓盤(pán)中屯、相連，另一端接地； 所述采樣電阻設(shè)置于金屬支柱中間段，將金屬支柱分割成不相連的上、下兩段，采樣電阻通 過(guò)上段金屬支柱與金屬圓盤(pán)相連、通過(guò)下段金屬支柱與大地相連；所述金屬圓盤(pán)與換流站 直流母線形成雜散電容，雜散電容與采樣電阻構(gòu)成阻容分壓回路。
[0006] 優(yōu)選的，所述金屬圓盤(pán)采用鍛鋒銅板，所述銅板半徑范圍為500mm?1000mm，厚度 范圍為2mm?5mm ;銅板半徑與厚度的選取主要考慮W下因素；銅板與換流站直流母線形成 的雜散電容大小合適，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。
[0007] 優(yōu)選的，所述金屬支柱采用銅管，外徑范圍為40mm?60mm，內(nèi)徑范圍為30mm? 50mm，長(zhǎng)度1000mm;金屬支柱直徑與長(zhǎng)度參數(shù)選取主要考慮W下因素：選取的金屬支柱能 夠穩(wěn)定支撐頂端金屬圓盤(pán)，支柱粗細(xì)便于安裝采樣電阻，避免金屬圓盤(pán)離換流站直流母線 距離太近導(dǎo)致母線對(duì)地放電。
[000引優(yōu)選的，所述采樣電阻等效阻值為1 Q，設(shè)計(jì)成鼠籠結(jié)構(gòu)，由8?12個(gè)無(wú)感電阻并 聯(lián)組成，電阻兩端信號(hào)通過(guò)BNC接頭（同軸電纜連接器）引出。
[0009] 優(yōu)選的，所述金屬圓盤(pán)采用鍛鋒銅板，厚度2mm，半徑500mm。
[0010] 優(yōu)選的，所述金屬支柱采用的銅管，外徑40mm，內(nèi)徑30mm，長(zhǎng)度1000mm。
[0011] 優(yōu)選的，所述采樣電阻由10個(gè)阻值為10Q的無(wú)感電阻并聯(lián)而成。
[0012] 本發(fā)明提供的一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣方法，采用本發(fā)明的雷電 侵入波采樣裝置，包括W下步驟：
[0013] (1)獲取金屬圓盤(pán)與換流站直流母線之間的雜散電容值；
[0014] (2)獲取采樣電阻兩端的電壓值；
[0015] (3)根據(jù)所述雜散電容值與所述電壓值，采用貝杰龍炬ergeron)法獲取換流站母 線雷電侵入波分量。
[0016] 優(yōu)選的，所述雷電侵入波采樣方法的步驟（2)進(jìn)一步包括W下子步驟：
[0017] (2. 1)將所述裝置的采樣電阻連上電光轉(zhuǎn)換器；
[0018] (2. 2)當(dāng)雷電侵入換流站時(shí)，采樣電阻兩端電壓信號(hào)通過(guò)電光轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光學(xué) 信號(hào)，解調(diào)光學(xué)信號(hào)獲取采樣電阻兩端電壓值。
[0019] 本發(fā)明的工作原理為；金屬圓盤(pán)置于直流母線下方，兩者之間形成雜散電容，然后 與采樣電阻串聯(lián)構(gòu)成阻容分壓回路；系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，母線電壓為直流，雜散電容等效于開(kāi) 路，采樣電阻沒(méi)有信號(hào)輸出；雷電侵入換流站時(shí)，母線電壓由直流分量和高頻雷電波分量疊 力口，高頻雷電波在采樣電阻上產(chǎn)生壓降，測(cè)量采樣電阻兩端電壓，根據(jù)波傳播理論，計(jì)算出 直流母線上的高頻雷電波分量。
[0020] 總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0021] (1)本發(fā)明的裝置構(gòu)成的阻容分壓回路與換流站高壓直流母線無(wú)直接的電氣連 接，可避免在換流站中安裝分壓設(shè)備給電網(wǎng)帶來(lái)潛在性危險(xiǎn)，安全性高，且安裝方便，維護(hù) 簡(jiǎn)單；
[0022] (2)本發(fā)明的裝置構(gòu)成的阻容分壓回路在換流站正常運(yùn)行時(shí)，采樣電阻沒(méi)有電壓 輸出，因此采用本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)對(duì)換流站雷電侵入波的在線監(jiān)測(cè)，對(duì)換流站設(shè)備影響??； [002引 做本發(fā)明的裝置構(gòu)成的阻容分壓回路，只在雷電侵入換流站時(shí)才有電壓輸出，采 用本發(fā)明的方法進(jìn)行雷電侵入波采樣時(shí)，使用基于光電效應(yīng)的電光轉(zhuǎn)換器測(cè)量采樣電阻電 壓時(shí)，不會(huì)因?yàn)殡姽廪D(zhuǎn)換器晶體極化而影響測(cè)量精度，測(cè)量精度較高；
[0024] (4)本發(fā)明的裝置為無(wú)源裝置，對(duì)換流站設(shè)備的影響??；
[0025] (5)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1換流站雷電侵入波采樣裝置W及原理示意圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明的采樣裝置的貝杰龍等值網(wǎng)絡(luò)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[002引為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0029] 如圖1所示一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣裝置及其原理的示意圖，所 述裝置包括；金屬圓盤(pán)、金屬支柱和采樣電阻。
[0030] 實(shí)施例1 ;金屬圓盤(pán)采用鍛鋒銅板，厚度2mm，半徑500mm，距離地面高度1000mm ; 金屬支柱義用銅管，外徑40mm，內(nèi)徑30mm，長(zhǎng)度1000mm，通過(guò)螺絲將金屬支柱上端與金屬 圓盤(pán)中屯、相連；采樣電阻采用鼠籠結(jié)構(gòu)，由10個(gè)阻值10 Q無(wú)感電阻并聯(lián)而成，電阻兩端電 壓信號(hào)通過(guò)BNC頭輸出，電阻設(shè)置于金屬支柱中間段，將金屬支柱分割成不相連的上、下兩 段，采樣電阻通過(guò)上段金屬支柱與金屬圓盤(pán)相連、通過(guò)下段金屬支柱與大地相連；所述裝置 的采樣電阻的BNC接頭通過(guò)屏蔽電纜與基于BGO (錯(cuò)酸餓）晶體的電光轉(zhuǎn)換器相連。
[0031] 所述裝置的金屬圓盤(pán)位于換流站直流母線正下方，特高壓直流輸電工程直流母線 對(duì)地高度17m，半徑100mm，利用COMSOL仿真軟件獲取金屬圓盤(pán)與直流母線之間的雜散電容 C 為 1. 5pF。
[0032] 實(shí)施例2至3,所述裝置的參數(shù)還可選取如下表1所列的值：
[0033] 表1采樣裝置參數(shù)列表
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種直流輸電系統(tǒng)換流站的雷電侵入波采樣裝置，其特征在于，所述裝置包括金屬 圓盤(pán)、金屬支柱和采樣電阻； 所述金屬圓盤(pán)水平置于換流站直流母線正下方，由所述金屬支柱支撐；所述金屬支柱 一端與金屬圓盤(pán)中心相連，另一端接地； 所述采樣電阻設(shè)置于金屬支柱中間段，將金屬支柱分割成不相連的上、下兩段。
2. 按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述金屬圓盤(pán)采用鍍鋅銅板，所述銅板半 徑范圍為500mm?1000mm，厚度范圍為2mm?5mm。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述金屬支柱采用銅管，外徑范圍為 40mm?60mm，內(nèi)徑范圍為30mm?50mm，長(zhǎng)度1000mm。
4. 按照權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述采樣電阻等效阻值為 1 D，設(shè)計(jì)成鼠籠結(jié)構(gòu)，由8?12個(gè)無(wú)感電阻并聯(lián)而成；所述采樣電阻兩端信號(hào)通過(guò)BNC接 頭引出。
5. 按照權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述鍍鋅銅板厚度2mm，半徑 500mm，距離地面高度1000mm。
6. 按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述銅管外徑40mm，內(nèi)徑30mm，長(zhǎng)度 1000mm〇
7. 按照權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述采樣電阻由10個(gè)阻值 10 D的無(wú)感電阻并聯(lián)而成。
8. 按照權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述金屬圓盤(pán)與換流站直流母 線形成雜散電容，所述雜散電容與采樣電阻構(gòu)成阻容分壓回路。
9. 一種直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣方法，其特征在于，所述方法采用權(quán)利要 求1至8任一項(xiàng)所述的裝置，具體步驟如下： (1) 獲取金屬圓盤(pán)與換流站直流母線之間的雜散電容的值； (2) 獲取雷電侵入換流站時(shí)采樣電阻兩端電壓的值； (3) 根據(jù)所述雜散電容與所述電壓，采用貝杰龍法獲取換流站母線雷電侵入波分量。
10. 按照權(quán)利要求9所述的直流輸電系統(tǒng)換流站雷電侵入波采樣方法，其特征在于，所 述步驟（2)還包括以下步驟： (2. 1)將所述裝置的采樣電阻連上電光轉(zhuǎn)換器； (2. 2)當(dāng)雷電侵入換流站時(shí)，采樣電阻兩端電壓信號(hào)通過(guò)電光轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號(hào)， 解調(diào)光學(xué)信號(hào)獲取采樣電阻兩端電壓值。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104502740SQ201410673728
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】何俊佳, 趙賢根, 厲天威, 賀恒鑫, 羅兵, 呂金壯, 王國(guó)利 申請(qǐng)人:中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 華中科技大學(xué)