专利名称：一种用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统的制作方法
技术领域：
本发明属于高压测量领域，涉及一种直流电晕电流测量装置，具体地说涉及试验线段电晕电流测量装置，其适用于旨在分析各种电压下电晕电流各种频率成份的试验，也适用于分析电晕特性和起晕特性的试验。
背景技术：
当输电线路导线周围电场强度超过空气击穿场强时，邻近导线附近的空气产生电离形成电晕放电，电晕放电将产生可听噪声、无线电干扰和电晕损失等，对环境和运行造成一定的影响。从建设和运行成本以及环境保护等多方面因素考虑，合理设计导线，适度控制电晕效应，对发展特高压输电非常重要。电晕电流是反应电晕效应、起晕特性的重要指标，因此准确的测得电晕电流的各个频率成分具有重要的意义。上世纪六七十年代，美国、前苏联、加拿大、意大利、法国、日本等国为了各国输电线路的建设，相继建立了试验线段，开展了电晕损失的测量研究。由于受各国输电电压等级的限制，大多数国家开展的电晕损失研究局限于超高压输电线路，仅美国、前苏联和意大利等极少数国家做过特高压试验线路的相关试验。到目前为止，国外这类特高压电晕损失试验持续的时间较短、试验经历的气象条件还不周全、导致试验数据很不完备，需要进一步开展长时间的试验和实测研究。目前，研究直流电晕特性的方法主要有两种一种是基于电晕笼，研究单双极性导线的无线电干扰，可听噪声以及电晕损失等特性；另一种是基于单极性或者双极性的试验线段进行电晕特性的短时研究和长期监测。传统的直流试验线段电晕电流测量，是在电源和线路中间串入微安表等电流表计，或者采样电阻利用光纤传输到低压测，这种方法很好的解决了高低压侧的隔离问题，能够准确的计算得到直流线路的电晕损失值。但是传统的采样方式的采样频率大都相对较低，而导线在发生电晕的时候，会产生高频的电晕脉冲，对研究导线的电晕特性具有重要的意义。有关这方面的文献报道例如申请号为200920107131. 4的名为一种电晕电流测量装置的实用新型专利，涉及一种电晕电流测量装置，其特征在于它包括一光电转换模块，光电转换模块由一高压侧信号调制装置和一低压侧信号解调装置组成，高压侧信号调制装置的一端端口与一高压电源连接，高压电源给一与高压侧信号调制装置另一端口串联的一试验用试品供电，高压侧信号调制装置的输出端通过光纤与低压侧信号解调装置连接；高压侧信号调制装置由一高压侧微电流/电压变换单元与一高压侧信号调制单元串联组成，具有独立电源开关；低压侧信号解调装置内置有一低压侧信号解调单元，并且低压侧信号解调装置的外壳接地，具有独立电源开关。此实用新型由于利用光电转换技术，因此可以实现对高压端电晕电流信号波形的传输和记录。然而，该专利仅仅提供了一种可以实现对高压端电晕电流进行测量的手段，其并没有提供一种系统的、全面的测量和分析宽频带直流电晕电流进而得到分析电晕特性和起晕特性的思路。有鉴于此，有必要提供一种用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，可以实现电晕电流各个频率成分的准确测量，进而为分析直流导线的电晕特性如电晕损失特性等提供支持，以满足工业应用需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种试验线段宽频带电晕电流测量系统，它测量准确度高，没有绝缘问题，操作方便，不存在安全隐患，尤其能够采集宽频带的电晕电流，分析电晕电流高频成份，电压信号通过高精度电阻分压 器结合高精度数据采集卡采集，通过GPS同步授时，实现电流信号和电压信号的同步采集，为分析其电晕电流的各种频率的成分和直流导线的电晕损失特性打下基础。本发明所采用的技术方案是一种用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于包括高速同步采集模块和高速无线传输网络；
所述高速同步采集模块包括电阻采样单元、上位机采集单元，电阻分压器、下位机采集单元；上位机采集单元包括高速数据采集卡、供电模块以及GPS同步时钟；下位机采集单元包括高速数据采集卡、供电模块以及GPS同步时钟；电阻采样单元和上位机采集单元的高速数据采集卡通过同轴电缆连接，电阻分压器和下位机采集单元通过同轴电缆连接；上位机采集单元和下位机采集单元通过无线网络连接；
所述高速无线传输网络包括两块无线网卡，一个无线路由器，通过TCP/IP协议建立无线局域网连接；
上位机采集单元和下位机采集单元接收安装在自身的GPS同步时钟的触发信号，实现上位机采集单元和下位机采集单元的电流信号和电压信号的同步采集，上位机采集单元通过无线网络将电流信号传输到下位机采集单元，下位机采集单元接收上位机采集到的电流信号，得到宽频带的电晕电流信号。如上所述的用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于，所述高速同步采集模块还包括直流电压发生器、风速传感器、温湿度传感器、雨量传感器。如上所述的用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于，所述高速数据采集卡的型号为凌华PXI-9820数据采集卡。如上所述的用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于，所述上位机采集单元放置在法拉第笼中，并固定在试验线段导线均压环能保护到的范围内，使处在高电位的上位机采集单元与外界电磁屏蔽。如上所述的用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于，所述高速无线传输网络的理论传输速度为300Mbps,它采用的是两个传输速度为300Mbps的无线网卡及一个传输速度为300Mbps的无线路由器。如上所述的用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于，在电阻采样单元的采样电阻两端安装瞬态电压抑制器和压敏电阻，保护高压侧电晕电流测量系统的安全。本发明的有益效果是
I、测量精确度高
通过对上位机的屏蔽处理，大大提升了设备的抗电磁干扰能力，将背景干扰极大的降低；大功率的精密无感电阻作为电流传感器，这样可以保证电阻本身不会被瞬态电压和电流破坏，将精密无感电阻串联接入特高压输电线路导线中，保证了波形不会发生二次畸变，并且能够准确的反映电流信息。2、安全系数高、易操作
无线网卡和无线路由器组成的无线局域网络的高速传输系统，无线网络不需要铺设明线，组网方便，使用便捷，从而使高压端和低压端没有电气联系，没有电绝缘的问题，在主控室内工控机上进行软件操作，操作方便，没有安全隐患。3、高采集和传输速率
本系统的采集模块使用的是凌华PXI高速同步采集卡PXI9820，能实现数据的高速采集，并通过高传输速率的无线网卡和无线路由器组成的无线网络将数据传输到下位机，能够采集到电晕电流信号的高频部分，采集到宽频带的电晕电流。4、高同步性
本系统通过先进的GPS同步授时技术，基于GPS卫星，给予上位机和下位机精准的基准时间信号，上位机的电流信号和下位机的电压信号同时采集，保证了电流信号和电压信号采集的高同步性。通过软件编程可以实现电压电流整秒，整分或者整时的同步测量。
图I是本发明实施例用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统的结构示意图。图2是图I中无线网络示意图。图3是图I中电阻采样单元I. 2的结构示意图。图4是图3中电路板3. 3的结构图。图5是测量系统的软件流程框图。图6是测量系统的角差测试结果。图7是测量系统的比差测试结果。图8是宽频带电晕电流波形图。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。图I中标记的说明1. I-直流电压发生器；1. 2-电阻采样单元；1. 3-上位机采集单元；1. 4-试验线段；1. 5-风速传感器；1. 6-温湿度传感器；1. 7-雨量传感器；1. 8-电阻分压器；1. 9-下位机采集单元。图2中标记的说明2· I-上位机300Mbps无线网卡；2· 2_300Mbps无线路由器；
2.3-下位机无线网卡，两块无线网卡通过无线路由器组成局域网，并且实现300Mbps的传输速度。图3中标记的说明3. I-前导电铜棒；3. 2-铜箔；3. 3_电路板；3. 4_精密无感电阻；3. 5-螺丝；3. 6-环氧树脂板；3. 7-后导电铜棒。图4中标记的说明4. I-精密无感电阻；4. 2-瞬态电压抑制器；4. 3-压敏电阻；4. 4-电流信号串入端子；4. 5-测量端子。如图I所示，本发明的试验线段宽频带电晕电流测量系统，它包括高速同步采集模块和高速无线传输网络。所述的高速同步采集模块包括直流电压发生器I. 1，电阻采样单元I. 2，上位机采集单元I. 3，风速传感器I. 5，温 湿度传感器I. 6，雨量传感器I. 7，精密电阻分压器I. 8以及下位机采集单元I. 9。电阻采样单元I. 2和上位机采集单元I. 3上的PXI-9820高速数据采集卡电连接，电阻分压器I. 8和下位机采集单元I. 9通过同轴电缆电连接，上位机采集单元
I.3和下位机采集单元I. 9通过无线网络连接。上位机采集单元I. 3，包括无线网卡，GPS同步时钟，供电单元，以及上位机数据采集卡，整个上位机采集单元放置在法拉第笼中，并固定在试验线段导线均压环能保护到的范围内，使处在高电位的上位机采集单元I. 3与外界电磁屏蔽。高速无线传输网络单元，其特征在于理论传输速度300Mbps，它包括两块传输速度为300Mbps的TP-Link无线网卡2. I和2. 3，一个传输速度为300Mbps的无线路由器2. 2，通过TCP/IP协议建立无线局域网连接。如图2所示。上位机采集单元I. 3和下位机采集单元I. 9接收安装在自身的GPS同步时钟的触发信号，实现上位机和下位机电流信号和电压信号的同步采集，上位机通过无线网络将电流信号传输到下位机，下位机接收上位机采集到的电流信号，得到宽频带的电晕电流信号，为进一步的分析电晕电流中的阻性成分，容性成分和频谱分析等打下基础。本发明的原理是电流信号提取部分，用大功率的精密无感电阻作为电流传感器，并在无感电阻两端并联压敏电阻和TVS管，这样可以保证电阻本身不会被瞬态电压和电流破坏。将电阻串联接在试验线段和电源之间，并且由于电阻精密无感，导线中的电流流过电阻，在电阻两端产生与导线电流同相位的电压信号，保证波形没有畸变，能够准确的反映电流息。电压信号采集部分，应用高精度电阻分压器提取电压信号，用下位机的PXI-9820高速数据采集卡采集电压信号。上位机的电流信号和下位机的电压信号通过GPS同步时钟授时，可以选择整秒，整分，整时触发，同时触发电压和电流的采集，实现电压和电流采集的同步性。上位机将采集到的电流数据通过高速无线网络传输到下位接收机，下位机同时采集电压信号，同样通过虚拟仪器技术编程，接收上位机传输的电流信号，存储电压，电流信号。采用的无线网卡2. I和2. 3为TL-WN821N，传输速率为传输速率300Mbps，USB接口，符合的网络标准为IEEE 802. lln、IEEE 802. llg、IEEE 802. 11b，采用的无线路由器为TL-WR841N，传输速率为300Mbps，最大有效距离室内100m，室外400m。图3、图4所示，电路板3. 3，精密无感电阻3. 4串联接入电阻采样单元I. 2中，电阻采样单元安装在金属盒内，起到电流采集单元与外界干扰电磁屏蔽的作用。在采样电阻的两端安装瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor, TVS)4. 2和压敏电阻4· 3,保护高压侧电晕电流测量系统的安全。本测量系统所采用的采集卡是由凌华公司生产的ΡΧΙ-9820采集卡I. 6和I. 10是2路65Μ 14bit同步数据采集卡，配512M内存，触发方式灵活，可以模拟和数字触发，增益可调，采样范围是±5V或± IV可选，最高采样率单通道130M。本系统的软件流程图如如图5所示。应用PXI9820高速同步数据采集卡，基于GPS同步时钟技术实现电压和电流信号的准确和同步测量，通过无线网络技术实现数据的高速传输。在工业控制计算机上基于“软件即设备”思想，采用虚拟仪器技术，应用LabVIEW软件开发程序，在设备和程序安装调试完成后，进入程序上位机和下位机出入进入触发等待状态，在整时/分/秒(根据程序设置)GPS同步时钟发出TTL脉冲信号，在接收到触发的脉冲信号后，上位机和下位机采集激活，分别同时采集电流和电压信号，上位机将所测量到的电流信号先保存，然后再由无线网络传输到下位机，下位机同样通过应用LabVIEW软件开发接收程序,接收上位机传来的数据。同时 对上位机和下位机施加相同的信号(幅值IV,频率50Hz)，通过LabVIEW误差测试软件得到电压和电流的角差和比差分别如图6和图7所示，其中角差的平均值为O. 14’，比差的平均值为-O. 04%。本发明测量实例如下
目前已应用此系统，对特高压基地试验线段导线电晕电流进行了测试，试验设备安装在定制的线路均压环能保护到的范围内，为了保证无线网络信号的强度，下位机测量点选在距离试验线段50m的户外，由于试验是短时测量，GPS触发脉冲选择分脉冲，在下位机远程控制上位机运行，监测上位机的运行状态，登陆并运行宽频带电晕电流测量系统，采用逐级升压法进行升压，测量整个加压从电晕起始、发展，强烈至熄灭的整个过程。图8是采样率为60M/s，对试验线段导线施加600kV电压得到的电晕电流波形图，从图中已可以明显的观察到电晕电流的高频脉冲。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于包括高速同步采集模块和高速无线传输网络； 所述高速同步采集模块包括电阻采样单元、上位机采集单元，电阻分压器、下位机采集单元；上位机采集单元包括高速数据采集卡、供电模块以及GPS同步时钟；下位机采集单元包括高速数据采集卡、供电模块以及GPS同步时钟；电阻采样单元和上位机采集单元的高速数据采集卡通过同轴电缆连接，电阻分压器和下位机采集单元通过同轴电缆连接；上位机采集单元和下位机采集单元通过无线网络连接； 所述高速无线传输网络包括两块无线网卡，一个无线路由器，通过TCP/IP协议建立无线局域网连接； 上位机采集单元和下位机采集单元接收安装在自身的GPS同步时钟的触发信号，实现上位机采集单元和下位机采集单元的电流信号和电压信号的同步采集，上位机采集单元通过无线网络将电流信号传输到下位机采集单元，下位机采集单元接收上位机采集到的电流信号，得到宽频带的电晕电流信号。
2.根据权利要求I所述的用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于，所述高速同步采集模块还包括直流电压发生器、风速传感器、温湿度传感器、雨量传感器。
3.根据权利要求I所述的用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于，所述高速数据采集卡的型号为凌华PXI-9820数据采集卡。
4.根据权利要求I所述的用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于，所述上位机采集单元放置在法拉第笼中，并固定在试验线段导线均压环能保护到的范围内，使处在高电位的上位机采集单元与外界电磁屏蔽。
5.根据权利要求I所述的用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于，所述高速无线传输网络的理论传输速度为300Mbps，它采用的是两个传输速度为300Mbps的无线网卡及一个传输速度为300Mbps的无线路由器。
6.根据权利要求I所述的用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于，在电阻采样单元的采样电阻两端安装瞬态电压抑制器和压敏电阻，保护高压侧电晕电流测量系统的安全。
全文摘要
本发明提供一种用于直流试验线段的宽频带电晕电流测量系统，其特征在于包括高速同步采集模块和高速无线传输网络；所述高速同步采集模块包括电阻采样单元、上位机采集单元，电阻分压器、下位机采集单元；上位机采集单元包括高速数据采集卡、供电模块以及GPS同步时钟；下位机采集单元包括高速数据采集卡、供电模块以及GPS同步时钟；电阻采样单元和上位机采集单元的高速数据采集卡通过同轴电缆连接，电阻分压器和下位机采集单元通过同轴电缆连接；上位机采集单元和下位机采集单元通过无线网络连接。该测量系统测量准确度高，没有绝缘问题，操作方便，不存在安全隐患。
文档编号G08C17/02GK102721849SQ20121017034
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者刘云鹏, 周国杨, 朱雷, 李玥翰, 谢雄杰, 霍锋 申请人:中国电力科学研究院