专利名称：一种vftc的测量方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统过电压保护技术领域，尤其涉及一种VFTC(Very Fast Transient Current,特快速暂态电流)的测量方法和系统。
背景技术：
在电力工业中，GIS是指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘金属封闭开关设备”(Gas Insulated Switchgear)简称GIS,它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。GIS的优点在于占地面积�。煽啃愿撸踩郧浚すぷ髁亢苄 IS中隔离开关切合空载母线时会产生多次重击穿，产生频率高达上百MHz的VFT0，在330kV电压等级以上系统可能对GIS及其临近设备造成�：�。现有研究缺乏对VFTC的测量和试验研究，造成对隔离开关触头间隙击穿后的电弧特性知之甚少，只能采用一些简单的电弧模型进行仿真，造成VFTO的测量结果和仿真结果不能相互印证。VFTC的测量能为隔离开关的电弧特性研究提供试验手段，通过对VFTC和VFTO 的测量波形进行分析，可以明确隔离开关电弧的产生、燃弧特性和熄弧规律，为隔离开关电弧特性研究和仿真建模提供试验依据。但要实现GIS中VFTC的准确测量，具有较高的难度。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种VFTC的测量系统，能够利用 Rogwski线圈进行VFTC测量。一种特快速暂态电流VFTC的测量系统，包括测量子系统，用于使用Rogwski线圈测量GIS中隔离开关开合空载短母线过程中产生的VFTC ;传输子系统，用于将所述Rogwski 线圈测量的VFTC信号通过光纤传输到测量设备；激光供能装置，用于通过光纤采用激光为所述传输子系统提供电源。根据本发明系统的一个实施例，在所述GIS中隔离开关的静触头处安装高频 Rogwski线圈；所述传输子系统包括光发射机和光接收机；所述高频Rogwski线圈测量的 VFTC信号通过所述光发射机转换为光信号，通过光纤进行传输，所述光接收机将所述光信号转换为电信号并传输给所述测量设备。根据本发明系统的一个实施例，所述光发射机与所述Rogwski线圈封在所述静触头中；所述Rogwski线圈安装在所述静触头内的导电管上；所述光发射机将所述Rogwski 线圈测量的VFTC信号转化为光信号，通过光纤将所述光信号从GIS中引出；所述GIS外的所述光接收机接收到所述光信号，将所述光信号转换为电信号，接入所述测量设备；置于所述GIS外的所述激光供能装置通过供能光纤给所述光发射机供电。根据本发明系统的一个实施例,在所述静触头内部,在所述Rogwski线圈和光发射机的外部添加金属屏蔽盒；将所述光接收机与所述激光供能装置分开封装，所述光接收机采用电池供电。
根据本发明系统的一个实施例，使用多模光纤将所述光发射机的激光供能接口和所述GIS腔体外的所述激光供能装置的激光输出接口连接；使用单模光纤将所述光发射机的信号传输接口和所述GIS腔体外的光接收机上的光信号输入接口连接；使用同轴电缆连接所述光接收机上的电信号输出接口和所述测量设备。本发明的系统利用Rogwski线圈对GIS中隔离开关开合空载短母线过程中产生的 VFTC进行测量，并通过光纤进行电能供应和信号传输。本发明要解决的一个技术问题是提供一种VFTC的测量方法，能够利用Rogwski线圈进行VFTC测量。一种特快速暂态过电压VFTC的测量方法，其特征在于，包括使用Rogwski线圈测量GIS中隔离开关开合空载短母线过程中产生的VFTC ;将所述Rogwski线圈测量的VFTC的信号通过光纤传输到测量设备，并通过光纤采用激光为进行测量VFTC提供电源。根据本发明方法的一个实施例，在所述GIS中隔离开关的静触头处安装高频 Rogwski线圈，所述高频Rogwski线圈测量的VFTC信号通过光发射机转换为光信号，通过光纤进行传输，在接收端通过光接收机把光信号转换为电信号并传输给所述测量设备。根据本发明方法的一个实施例，所述光发射机与所述Rogwski线圈封在所述静触头中；所述Rogwski线圈安装在所述静触头内的导电管上；所述光发射机将所述Rogwski 线圈测量的VFTC信号转换为光信号，通过光纤将所述光信号从GIS中引出；所述GIS外的所述光接收机接收到所述光信号，将所述光信号转换为电信号，并发送到所述测量设备；置于所述GIS外的所述激光供能装置通过供能光纤给所述光发射机供电。根据本发明方法的一个实施例,在所述静触头内部,在所述Rogwski线圈和光发射机外部添加金属屏蔽盒，并将所述光接收机与所述激光供能装置分开封装；所述光接收机采用电池供电。根据本发明方法的一个实施例，使用多模光纤将所述光发射机的激光供能接口和所述GIS腔体外的所述激光供能装置的激光输出接口连接；使用单模光纤将所述光发射机的信号传输接口和所述GIS腔体外的光接收机上的光信号输入接口连接；使用同轴电缆连接所述光接收机上的电信号输出接口和所述测量设备。本发明的方法利用Rogwski线圈对GIS中隔离开关开合空载短母线过程中产生的 VFTC进行测量，通过光纤进行电能供应和信号传输。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为根据本发明的VFTC的测量系统的一个实施例的示意图；图2为根据本发明的VFTC的测量系统的另一个实施例的示意图；图3为根据本发明的VFTC的测量系统的测量回路的一个实施例的示意图；图4为根据本发明VFTC的测量方法的一个实施例的流程图；图5为本发明的静触头中布置传感器线圈的一个实施例的示意图。
具体实施例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。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图I为根据本发明的VFTC的测量系统的一个实施例的示意图。如图I所示VFTC的测量系统I包括测量子系统11、传输子系统12和激光供能装置13。测量子系统11使用RogWSki线圈测量GIS中隔离开关开合空载短母线产生的特快速暂态过电压VFTC。传输子系统12将测量信号通过光纤传输到测量设备；激光供能装置13通过光纤采用激光为传输子系统提供电源。图2为根据本发明的VFTC的测量系统的另一个实施例的示意图。如图2所示使用Rogwski线圈在高电位处测量GIS中隔离开关开合空载短母线产生的VFTC， 也可以使用Rogwski线圈在低电位处测量VFTC，在GIS中隔离开关的静触头处安装高频 Rogwski线圈。传输子系统21包括光发射机211和光接收机212。高频Rogwski线圈测量的VFTC信号通过光纤传送到光发射机211，并通过光发射机211转换为光信号，通过光纤进行传输，在接收端通过光接收机212把光信号转化为电信号并传输给测量设备。激光供能装置22通过供能光纤，采用激光为传输子系统提供电源。根据本发明的一个实施例，光发射机211与Rogwski线圈一起封在静触头中。 Rogwski线圈安装在静触头内的导电管上，光发射机211将Rogwski线圈测量VFTC的信号转化为光信号，通过光纤将光信号从GIS中隔离开关中引出。GIS中隔离开关外的光接收机 212接收到光信号，将光信号转化为电信号，接入测量设备。置于GIS中隔离开关外的激光供能装置22通过供能光纤给光发射机供电。本发明的系统利用Rogwski线圈对GIS中隔离开关开合空载短母线过程中产生的VFTC进行测量，并通过光纤系统进行电能供应和信号传输，解决了 GIS内部高电位测量 VFTC所需的宽频带、抗干扰、电位隔离、信号传输、电能供应等一系列难题，经实施，测量系统带宽达到了 70MHz，取得了很好的测量效果，通过测量VFTC掌握了高频电弧的特性及发
展规律。图3为根据本发明的VFTC的测量系统的测量回路的一个实施例的示意图。如图 3所示，VFTC的测量系统的实际测量回路包括试验变压器31、保护电感32、耦合电容33、 套管34、GIS中隔离开关35、rogowski线圈36、光发射机37、光接收机38和测量设备39。 rogowski线圈36安装在隔离开关35电源侧的负载侧的静触头上,在GI S中隔离开关35 的静触头处设计安装高频Rogwski线圈36测量VFTC，Rogwski线圈36在高电位处测量。输出信号经电光转换后通过模拟光纤传输到地电位，经过光电转换后供给测量设备39采集， 测量设备39可以为示波器等。VFTC测量系统的高电位测量所需电源通过地电位采用模拟光纤通过激光送能实现。VFTC测量系统高电位部分采取了较好的屏蔽措施以抵抗触头放电干扰。隔离开关35操作时，无论电源测还是负载侧均为高电位，要测量VFTC，需要对高电位进行隔离。为了隔离高电位，采用光纤进行信号传输，Rogwski线圈36输出为电信号， 先经过一个光发射机37转化为光信号(模拟量)，并通过光纤进行传输。在接收端，用一个光接收机38把光信号转化为电信号，并传送进入测量设备39。光发射机37把传感器的电信号转化为光信号，其内部原件所需电源由激光输入供能。激光供能发射激光，为光发射机 37提供能量。信号激光用单模光纤传输，供能激光用多模光纤传输。光纤传输的频率特性应该满足要求，例如，对252kV试验平台采用的光纤传输系统进行扫频试验，其平直段范围在10k-20MHz，3dB带宽约为100MHz，增益为0. 066，基本可以满足电流测量需要。根据本发明的一个实施例，隔离开关35触头击穿时会产生非常强烈的电磁辐射， 测量系统高电位部分离开关断口很近，虽然Rogwski线圈3和光发射机虽然位于静触头内部，仍然会受到很大的干扰。为加强屏蔽，在静触头内部，在Rogwski线圈36和光发射机37 外添加金属屏蔽盒，以去除干扰，保证VFTC测量精确可靠。将光接收机38与激光供能装置分开封装，光接收机38采用电池供电。使用多模光纤将光发射机37的激光供能接口和GIS 中隔离开关腔体外的激光供能装置38的激光输出接口连接。使用单模光纤将光发射机37 的信号传输接口和GIS中隔离开关腔体外的光接收机38上的光信号输入接口连接。可以使用50 Q同轴电缆连接光接收机38上的电信号输出接口至测量设备39。图4为根据本发明VFTC的测量方法的一个实施例的流程图。如图4所示步骤402，使用Rogwski线圈测量GIS中隔离开关开合空载短母线产生的特快速暂态过电压VFTC。步骤403，将测量信号通过光纤传输到测量设备，并通过光纤采用激光为进行高电位测量VFTC提供电源。根据本发明的一个实施例，在GIS中隔离开关的静触头处安装高频Rogwski线圈， 高频Rogwski线圈测量的VFTC信号通过光发射机转换为光信号，通过光纤进行传输，在接收端通过光接收机把光信号转化为电信号并传输给测量设备。光发射机与Rogwski线圈一起封在静触头中。Rogwski线圈安装在静触头内的导电管上,光发射机将Rogwski线圈测量VFTC的信号转化为光信号，通过光纤将光信号从GIS中引出。GIS外的光接收机接收到光信号，将光信号转化为电信号，接入测量设备。置于GIS外的激光供能装置通过供能光纤给光发射机供电。激光供能装置和光接收机也可以安放在GIS的内部。在静触头内部，在 Rogwski线圈和光发射机外添加金属屏蔽盒,将光接收机与激光供能装置分开封装,光接收机采用电池供电。使用多模光纤将光发射机的激光供能接口和GIS中隔离开关腔体外的激光供能装置的激光输出接口连接。使用单模光纤将光发射机的信号传输接口和GIS中隔离开关腔体外的光接收机上的光信号输入接口连接。可以使用同轴电缆，如50Q同轴电缆， 连接光接收机上的电信号输出接口至测量设备。图5为本发明的静触头中布置传感器线圈的一个实施例的示意图。Rogwski线圈的灵敏度和带宽由试验回路仿真所得VFTC的幅值和频率确定。例如，252kV试验回路仿真计算其VFTC幅值不超过4000A，示波器量程为40V，因此电流传感器的灵敏度选为0. OlV/ A0 VFTC的主要频率分别为4MHz、18MHz、27MHz、38MHz和49MHz，因此传感器频带最少应保证 4MHz-50MHzo采用的电流传感器为Pearson7355，其灵敏度为0. 01V/A，带宽上限为70MHz。 由于VFTC的主要频率大约为几MHz-几十MHz。当隔离开关静触头导电管比较粗时，测量 VFTC须采用大尺寸的Rogwski线圈，而大尺寸Rogwski线圈的带宽上限一般较低，不能满足测量要求。此外，由于趋肤效应，VFTC主要分布于导体表面，电流偏离线圈中心过大时， 会给测量带来较大误差。如图5所示，静触头5使得电流流经一节较细的导电体，这样就可用带宽满足要求的小尺寸线圈Rogwski线圈51进行测量,并通过光发射机52将Rogwski 线圈51测量的VFTC数据通过光纤发送出去。可以采用胶封方式对进出GIS的光纤进行封装，可以使光纤及法兰全部用胶封在两个孔中，两件之间使用橡胶圈密封，等胶彻底固化后进行气压试验以确保气密性。根据本发明的一个实施例，将Rogwski线圈安装在静触头内的导电管上。使用多模光纤将光发射机的激光供能接口和GIS腔体外的激光供能�？樯系募す馐涑鼋涌诹�。 使用单模光纤将光发射机的信号传输接口和GIS腔体外的光接收机上的光信号输入接口连接。50Ω同轴电缆连接光接收机上的电信号输出接口至示波器或其它测量记录设备。确定系统连接无误后，可以进行GIS腔体充气及试验回路连线。试验回路升到所需电压，进行隔离开关分/合闸操作，测量和记录VFTC。试验完成后，将试验电压降至零，关闭光纤传输系统和不波器电源。本发明的系统和方法利用Rogwski线圈对GIS中隔离开关开合空载短母线过程中产生的VFTC进行测量，并通过光纤系统进行电能供应和信号传输，解决了 GIS内部高电位测量VFTC所需的宽频带、抗干扰、电位隔离、信号传输、电能供应等一系列难题。本发明的系统和方法可以获取VFTC的波形信息，掌握隔离开关高频电弧的产生、燃弧和熄弧规律， 可以与VFT0(Very Fast Transient Over-voltage,特快速暂态过电压)测量结合,为隔离开关电弧特性研究及仿真建模提供试验依据。可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。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。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
1.一种特快速暂态电流VFTC的测量系统，包括测量子系统，用于使用Rogwski线圈测量GIS中隔离开关开合空载短母线过程中产生的 VFTC ；传输子系统，用于将所述Rogwski线圈测量的VFTC信号通过光纤传输到测量设备； 激光供能装置，用于通过光纤采用激光为所述传输子系统提供电源。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于在所述GIS中隔离开关的静触头处安装高频Rogwski线圈；所述传输子系统包括光发射机和光接收机；所述高频Rogwski线圈测量的VFTC信号通过所述光发射机转换为光信号，通过光纤进行传输，所述光接收机将所述光信号转换为电信号并传输给所述测量设备。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于所述光发射机与所述Rogwski线圈封在所述静触头中；所述Rogwski线圈安装在所述静触头内的导电管上；所述光发射机将所述Rogwski线圈测量的VFTC信号转化为光信号，通过光纤将所述光信号从GIS中引出；所述GIS外的所述光接收机接收到所述光信号，将所述光信号转换为电信号，接入所述测量设备；置于所述GIS外的所述激光供能装置通过供能光纤给所述光发射机供电。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于在所述静触头内部，在所述Rogwski线圈和光发射机的外部添加金属屏蔽盒；将所述光接收机与所述激光供能装置分开封装，所述光接收机采用电池供电。
5.如权利要求3或4所述的系统，其特征在于使用多模光纤将所述光发射机的激光供能接口和所述GIS腔体外的所述激光供能装置的激光输出接口连接；使用单模光纤将所述光发射机的信号传输接口和所述GIS腔体外的光接收机上的光信号输入接口连接；使用同轴电缆连接所述光接收机上的电信号输出接口和所述测量设备。
6.一种特快速暂态过电压VFTC的测量方法，其特征在于，包括使用Rogwski线圈测量GIS中隔离开关开合空载短母线过程中产生的VFTC ；将所述Rogwski线圈测量的VFTC的信号通过光纤传输到测量设备，并通过光纤采用激光为进行测量VFTC提供电源。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于在所述GIS中隔离开关的静触头处安装高频Rogwski线圈,所述高频Rogwski线圈测量的VFTC信号通过光发射机转换为光信号，通过光纤进行传输，在接收端通过光接收机把光信号转换为电信号并传输给所述测量设备。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述光发射机与所述Rogwski线圈封在所述静触头中；所述Rogwski线圈安装在所述静触头内的导电管上；所述光发射机将所述Rogwski线圈测量的VFTC信号转换为光信号，通过光纤将所述光信号从GIS中引出；所述GIS外的所述光接收机接收到所述光信号，将所述光信号转换为电信号，并发送到所述测量设备；置于所述GIS外的所述激光供能装置通过供能光纤给所述光发射机供电。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于在所述静触头内部，在所述Rogwski线圈和光发射机外部添加金属屏蔽盒，并将所述光接收机与所述激光供能装置分开封装；所述光接收机采用电池供电。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于使用多模光纤将所述光发射机的激光供能接口和所述GIS外的所述激光供能装置的激光输出接口连接；使用单模光纤将所述光发射机的信号传输接口和所述GIS中腔体外的光接收机上的光信号输入接口连接；使用同轴电缆连接所述光接收机上的电信号输出接口和所述测量设备。
全文摘要
本发明公开了一种VFTC的测量系统和方法，涉及电力系统过电压保护技术领域，使用Rogwski线圈测量GIS中隔离开关开合空载短母线产生的特快速暂态过电压VFTC，将测量信号通过光纤传输到测量设备，并通过光纤采用激光为进行高电位测量VFTC提供电源。本发明公开的系统和方法，利用Rogwski线圈对GIS中隔离开关开合空载短母线过程中产生的VFTC进行测量，并通过光纤进行电能供应和信号传输，解决了GIS内部高电位测量VFTC所需的宽频带、抗干扰、电位隔离、信号传输、电能供应等问题。
文档编号G01R19/00GK102608389SQ20121006486
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者刘北阳, 李志兵, 李成榕, 欧阳卓, 段韶峰, 王浩, 詹花茂, 赵承楠, 郑记玲, 陈国强, 陈维江, 颜湘莲 申请人:中国电力科学研究院, 华北电力大学, 国家电网公司
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