专利名称：获取特快速暂态过电压传感信号的装置和系统的制作方法
获取特快速暂态过电压传感信号的装置和系统
技术 领域本发明涉及特快速暂态(Very Fast Transient, VFT)的测量领域，尤其涉及一种 获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器(Gas Insulated Switchgear, GIS)特快速暂态过 电压(Very Fast Transient Overvoltage, VFT0)传感信号的装置和系统。
背景技术：
在特高压IlOOkV的GIS隔离开关的操作过程中，由于断口发生多次预击穿或重击 穿，或者导电杆对地故障，会产生沿导电杆向击穿点两侧方向传播的电压波；该电压波在波 阻抗不连续的地方发生折反射，折反射的电压波与原电压波进行叠加，形成复杂的特快速 暂态(VFT)过程。该现象不但会产生内部暂态过程，也会产生外部暂态过程。内部暂态过 程主要是特快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage，VFT0)，即导电杆对外壳 的过电压。外部暂态过程主要包括GIS外壳的地电位升和GIS向外部的电磁辐射等。特快速暂态过电压(VFTO)的波形和幅值对GIS和绕组型电气设备(如变压器等) 的绝缘配合设计十分关键。因此，如何能够安全、准确地使用示波器测量到VFTO的波形和 幅值具有非常重要的意义。VFT过程会导致GIS壳体电位瞬时升高，即不同接地点具有不同的电位，该电位差 由所传播的电压波的幅值和陡度决定。电压波的幅值和陡度越大，地电位的瞬时升高幅度 越大。另外，在VFT过程伴随的强电磁辐射也会对测量造成干扰，影响测量结果的准确性。 在这种环境下使用示波器时，需要为示波器的安全和测量结果的准确创造必要的条件，即 使得示波器工作在安全的环境中，并且具有强的抗干扰能力。目前，测量GIS中VFTO比较准确的方法是采用内置传感器(如手窗式电容传感 器)进行测量。图1示出现有技术中使用示波器测量VFTO波形的装置的结构示意图。如 图1所示，示波器置入屏蔽箱内，放在便于人员操作的位置(例如地上或者绝缘支架上)，采 用隔离变压器给示波器供电，安装在GIS上面的传感器的输出信号通过一段比较长的同轴 电缆引入示波器进行测量。在测量过程中，每进行一次试验，都需要人工打开屏蔽箱，操作 示波器并记录数据，盖上屏蔽箱后再进行下一次试验。由于现场测量时，往往要进行大量的 试验。这样，现有的方法不仅操作繁琐而且容易受电磁干扰，严重时可由于地电位升过高而 损坏测量设备。综上所述，如何在强电磁干扰和高地电位升干扰条件下，非常便捷地获取GIS操 作过程中产生的VFTO的传感器信号，并且保证该信号的准确性成为本领域亟待解决的技 术问题。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种获取特快速暂态过电压传感信号的装 置和系统，解决了使用示波器获取特高压GIS中隔离开关操作时产生的VFTO的传感信号的 技术问题，能够方便准确地检测VFTO的传感器信号。
本发明的一个方面提供了 一种获取特快速暂态过电压传感信号的装置，该装置包 括屏蔽箱、电源、逆变器、示波器和光电转换器；其中屏蔽箱被金属隔板分为上下两个腔 室，分别容纳电源、逆变器和示波器、光电转换器。 本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，逆变器用 于将电源转换为示波器所需要的电源方式。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，光电转换 器通过光纤接收远程控制的光信号，并将光信号转换为电信号用以实现对示波器的控制。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，VFTO测量 传感器通过同轴电缆与示波器连接，用以将所检测的VFTO信号输入示波器中。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，该装置还 包括电源过滤器，用于对逆变器输出的电源信号进行过滤。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，电源过滤 器与逆变器被设置在屏蔽箱的同一腔室内。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，电源过滤 器与逆变器被分别设置在屏蔽箱的不同腔室内。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，屏蔽箱通 过螺栓直接固定于气体绝缘金属封闭组合电器的外壳上。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，屏蔽箱与 外壳之间具有电气接触。本发明的另一个方面提供了一种获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快速 暂态过电压传感信号的系统，该系统包括选自前述任意一项中的获取特快速暂态过电压 传感信号的装置；计算机，通过光纤与装置的光电转换器连接，用于对示波器的设置操作和 波形文件的存储。本发明提供的获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快速暂态过电压传感信 号的系统的一个实施例中，装置与计算机之间通过光纤以太网的方式进行组网。本发明提供的获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快速暂态过电压传感信 号的系统的一个实施例中，该系统包括多个测试点，每个测试点的装置通过路由器与计算 机组成一个局域网。本发明提供的获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快速暂态过电压传感信 号的系统的一个实施例中，装置中的每台示波器分配有固定的IP地址，计算机通过IP地址 区分不同的示波器。 本发明提供的微光束检测装置和获取特快速暂态过电压传感信号的装置及系统， 能够仅通过GIS外壳接地(即只有一点接地)，不会因高电位升而损坏设备；与现有技术 相比，本发明有效地解决了强烈的暂态电磁辐射和地电位升对传感器之外的测量系统的影 响，可以使得示波器安全、准确的进行测量并记录传感信号。
图1示出现有技术中使用示波器测量VFTO波形的装置的结构示意图；图2a示出本发明实施例提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的装配示意图；图2b示出本发明实施例提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的正视图；图 2c示出本发明实施例提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的侧视图；图2d示出 本发明实施例提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的俯视图；图3示出本发明实施例提供的一种获取特快速暂态过电压传感信号的装置的结 构示意图；图4示出本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号装置的另一个实施例的 结构示意图；图5示出本发明实施例提供的一种获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快 速暂态过电压传感信号的系统的结构示意图；图6示出本发明提供的获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快速暂态过电 压传感信号的系统的另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。图2a示出本发明实施例提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的装配示 意图。如图2a所示，本发明的典型安装原理图中，获取特快速暂态过电压传感信号的装 置22设置在金属屏蔽箱内，该金属屏蔽箱直接安装在气体绝缘金属封闭组合电器(GIS) 20 拔口的盖板上。GIS内置的测量VFTO的传感器(如手窗式电容分压器)的输出信号通过短 同轴电缆就近连接至示金属屏蔽箱22波器的输入端。图2b示出本发明实施例提供的获取 特快速暂态过电压传感信号的装置的正视图；图2c示出本发明实施例提供的获取特快速 暂态过电压传感信号的装置的侧视图；图2d示出本发明实施例提供的获取特快速暂态过 电压传感信号的装置的俯视图。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，屏蔽箱通 过螺栓直接固定于气体绝缘金属封闭组合电器的外壳上。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，屏蔽箱与 外壳之间具有良好的电气接触。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置仅通过GIS外壳接地(即只 有一点接地)，不会因高电位升而损坏设备；与现有技术相比，本发明有效地解决了强烈的 暂态电磁辐射和地电位升对传感器之外的测量系统的影响，可以使得示波器安全、准确的 进行测量并记录传感信号。图3示出本发明实施例提供的一种获取特快速暂态过电压传感信号装置的结构 示意图。如图3所示，获取特快速暂态过电压传感信号的装置300包括屏蔽箱301、电源 302、逆变器304、示波器306和光电转换器308 ；其中屏蔽箱301被金属隔板303分为上下 两个腔室，分别容纳电源302、逆变器304和示波器306、光电转换器308。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，电源302 采用蓄电池或蓄电瓶的方式为该装置提供电源。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，逆变器304用于将电源转换为示波器所需要的电源方式。具体来说，逆变器(inverter)是一种将 直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置，例如把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电 (一般为220v/50HZ正弦或方波)；对于应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V的交流。 逆变器由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成；鉴于逆变器属于现有技术，本领域技术人员根 据具体应用的需要能够知晓选取合适的逆变器；因此，本发明不再对其进行赘述。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，光电转换 器通过光纤接收远程控制的光信号，并将光信号转换为电信号用以实现对示波器的控制。 例如，通过发光二极管的方式将所接收到的光信号转换为相应的电信号，并基于该电信号 对示波器进行操作控制。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，VFTO测量 传感器通过同轴电缆与示波器连接，用以将所检测的VFTO信号输入示波器中。例如，示波 器通过一个短(小于IOcm)的同轴电缆与传感器相连。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的实施例，所述装置被置于 金属屏蔽箱中，并通过螺栓固定于GIS外壳(如拔口盖板)上，二者之间具有良好的电接 触；此外，使用金属隔板将金属屏蔽箱分为两个腔室，进一步避免了逆变器等对示波器的电 池干扰，从而有利于准确地获取特快速暂态过电压传感信号。图4示出本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号装置的另一个实施例的 结构示意图。 如图4所示，获取特快速暂态过电压传感信号的装置400包括屏蔽箱401、电源 402、逆变器404、电源过滤器405、示波器406和光电转换器408。其中，屏蔽箱401、电源 402、逆变器404、示波器406和光电转换器408可以分别具有与图3所示的屏蔽箱301、电 源302、逆变器304、示波器306和光电转换器308具有相同或相似的结构，为简洁起见，这 里不再赘述其技术内容。如图4所示，获取特快速暂态过电压传感信号的装置400装置还包括电源过滤器 405，用于对逆变器输出的电源信号进行过滤。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，电源过滤 器405与逆变器404被设置在屏蔽箱的同一腔室内。例如，所述电源过滤器对逆变器输出 的交流电波形进行过滤后，通过电缆/电线穿过金属隔板上的小孔与示波器406连接。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的一个实施例中，电源过滤 器与逆变器被分别设置在屏蔽箱的不同腔室内。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号的装置的实施例，逆变器的输出经 电源滤波器接到示波器，可以避免逆变器的对示波器的空间辐射电磁干扰和传导电磁干 扰。图5示出本发明实施例提供的一种获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快 速暂态过电压传感信号的系统的结构示意图。如图5所示，获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快速暂态过电压传感信号 的系统500包括获取特快速暂态过电压传感信号的装置和计算机510。其中获取特快速暂态过电压传感信号的装置可以是选自前述实施例中的任意一种的 获取特快速暂态过电压传感信号的装置，鉴于前述已经对该装置进行了详细描述，这里不再对所选取的装置中的具体模块再做赘述。计算机510，通过光纤与获取特快速暂态过电压传感信号的装置的光电转换器 508连接，用于对示波器506的设置操作和波形文件的存储。本发明提供的获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快速暂态过电压传感信 号的系统的实施例，装置与计算机之间通过光纤以太网的方式进行组网。图6示出本发明提供的获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快速暂态过电 压传感信号的系统的另一实施例的结构示意图。如图6所示，获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快速暂态过电压传感信号 的系统600包括多个测试点，每个测试点的获取特快速暂态过电压传感信号的装置可以是 选自前述实施例中的任意一种的获取特快速暂态过电压传感信号的装置，鉴于前述已经对 该装置进行了详细描述，这里不再对所选取的装置中的具体模块再做赘述。该获取特快速暂态过电压传感信号的装置通过路由器与计算机组成一个局域网。 该装置中的每台示波器分配有固定的IP地址，计算机通过IP地址区分不同的示波器，进而 实现对示波器进行控制和从示波器读取数据进行存储。
参考前述本发明示例性的描述，本领域技术人员可以清楚的知晓本发明具有以下 优点1、本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号装置及系统的一个实施例，仅通 过GIS外壳接地(即只有一点接地)，不会因高电位升而损坏设备；与现有技术相比，本发 明有效地解决了强烈的暂态电磁辐射和地电位升对传感器之外的测量系统的影响，可以使 得示波器安全、准确的进行测量并记录传感信号。2、本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号装置及系统的一个实施例，所述 装置被置于金属屏蔽箱中，并通过螺栓固定于GIS外壳(如拔口盖板)上，二者之间具有良 好的电接触；此外，使用金属隔板将金属屏蔽箱分为两个腔室，进一步避免了逆变器等对示 波器的电池干扰，从而有利于准确地获取特快速暂态过电压传感信号。3、本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号装置及系统的一个实施例，逆变 器的输出经电源滤波器接到示波器，可以避免逆变器的对示波器的空间辐射电磁干扰和传 导电磁干扰；进而保证能够更加准确地获取特快速暂态过电压传感信号。本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明 限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。本发明中 描述的功能模块以及功能模块的划分方式仅为说明本发明的思想，本领域技术人员根据本 发明的教导以及实际应用的需要可以自由改变功能模块的划分方式及其模块构造以实现 相同的功能；选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域 的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
权利要求
1.一种获取特快速暂态过电压传感信号的装置，其特征在于，所述装置包括屏蔽箱、 电源、逆变器、示波器和光电转换器；其中所述屏蔽箱被金属隔板分为上下两个腔室，分别容纳所述电源、逆变器和所述示波器、 光电转换器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述逆变器用于将所述电源转换为所述 示波器所需要的电源方式。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光电转换器通过光纤接收远程控制 的光信号，并将所述光信号转换为电信号用以实现对所述示波器的控制。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，VFTO测量传感器通过同轴电缆与所述示 波器连接，用以将所检测的VFTO信号输入所述示波器中。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电源过滤器，用于对所 述逆变器输出的电源信号进行过滤。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电源过滤器与所述逆变器被设置在 所述屏蔽箱的同一腔室内。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电源过滤器与所述逆变器被分别设 置在所述屏蔽箱的不同腔室内。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述屏蔽箱通过螺栓直接 固定于气体绝缘金属封闭组合电器的外壳上。
9.根据权利要求8所述的装置，所述屏蔽箱与所述外壳之间具有电气接触。
10.一种获取特高压气体绝缘金属封闭组合电器特快速暂态过电压传感信号的系统， 其特征在于，所述系统包括选自权利要求1-9中任意一项所述的获取特快速暂态过电压传感信号的装置；计算机，通过光纤与所述装置的光电转换器连接，用于对示波器的设置操作和波形文 件的存储。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述装置与所述计算机之间通过光纤 以太网的方式进行组网。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统包括多个测试点，每个测试点 的所述装置通过路由器与所述计算机组成一个局域网。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述装置中的每台示波器分配有固定 的IP地址，所述计算机通过IP地址区分不同的示波器。
全文摘要
本发明公开一种获取特快速暂态过电压传感信号装置及系统，该装置包括屏蔽箱、电源、逆变器、示波器和光电转换器；其中屏蔽箱被金属隔板分为上下两个腔室，分别容纳电源、逆变器和示波器、光电转换器。本发明提供的获取特快速暂态过电压传感信号装置及系统，能够仅通过GIS外壳接地(即只有一点接地)，不会因高电位升而损坏设备；与现有技术相比，本发明有效地解决了强烈的暂态电磁辐射和地电位升对传感器之外的测量系统的影响，可以使得示波器安全、准确的进行测量并记录传感信号。
文档编号G01R1/18GK102072982SQ20101051979
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者关永刚, 刘卫东, 岳功昌, 王磊, 范冕 申请人:国家电网公司, 国网电力科学研究院, 清华大学