一種高壓直流輸電換流閥主迴路電流測量裝置的製作方法

2023-10-11 01:20:24

專利名稱：一種高壓直流輸電換流閥主迴路電流測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於測量測試技術領域，尤其涉及一種高壓直流輸電換流閥主迴路 電流測量裝置。
背景技術：
HVDC換流閥屬吊裝結構，在進行過電流、過電壓、非周期觸發等試驗時，主 迴路中會流過衝擊大電流，目前，確定此電流的方法僅局限於仿真計算，但在試驗中， 換流閥位於高電位，其所處電磁環境十分惡劣，且各閥層內串並有電抗器、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，因此仿真計算存在較大誤 差，不能滿足工程的實際需要。試驗過程中，換流閥主迴路中將流過數千安培的過電 流，如此大的電流流經晶閘管時，可能會燒毀晶閘管，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的主迴路電流測量裝置，然而，國內外在此應用領域的測 量裝置仍是空白。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種體積小、測量範圍廣、誤差小、靈敏 度高、穩定可靠的高壓直流輸電換流閥主迴路電流測量裝置。為解決上述技術問題，本實用新型提出了一種高壓直流輸電換流閥主迴路電流 測量裝置，包括由屏蔽殼I和屏蔽殼II對接而成的屏蔽殼，所述屏蔽殼I內設有纏繞著線 圈I的磁芯I，所述屏蔽殼II內設有纏繞著線圈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 分壓器輸出端將測量信號輸出，所述分壓器輸出端連接一彈片結構，所述彈片結構由彈 簧和銅片組成。其中，所述磁芯I和磁芯II均採用U形鐵氧體磁芯，所述屏蔽殼I內設有對磁芯 I進行固定的磁芯固定件I，屏蔽殼II內設有對磁芯II進行固定的磁芯固定件II，所述磁 芯I與磁芯II對接後形成一環形磁芯。其中，所述屏蔽殼內設有緊固插件，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為絕緣材料製成的環狀結構，所述磁芯 固定件I通過絕緣膠粘接於屏蔽殼I內部，所述磁芯固定件II通過絕緣膠粘接於屏蔽殼II 內部。其中，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II均採用U形結構，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II的開 口端對接後通過外部緊固件固定成一環形屏蔽殼。其中，所述屏蔽殼的內環中線上設有縫槽，在所述縫槽中嵌入有用於和被測物 體絕緣隔離的絕緣套墊。其中，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II內部設有用於固定磁芯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匝數為34匝，所述磁芯II上繞制的線圈II匝 數為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個並聯的電阻構成。其中，所述分壓器由兩個串聯的電阻構成，其中一個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。本實用新型的有益效果在於1)該測量裝置的可靠性高、穩定性好，測量範圍可達士 10kA，且具備良好的線 性度；2)該測量裝置頻帶可達40Hz 6MHz，高低頻相應良好，測量最大誤差僅為 1.22%,遠遠小於高壓測量標準要求的3% ；3)該測量裝置外殼屏蔽性能好，由於在內環中線的縫槽內嵌入絕緣套墊，使得 測量裝置與被測電路既無電氣連接又能緊密接觸，安全可靠；4)該測量裝置的內部磁芯和外部屏蔽殼均採用兩個U形構件對接組成的環形結 構，具有體積小，重量輕的優點，該測量裝置通過緊固插件將其嵌套在換流閥閥層內的 主迴路矩形銅排上，安裝方便，操作簡單。

圖1是自積分式Rogowski線圈等效電路圖；圖2是本實用新型的電流測量裝置的安裝位置示意圖；圖3是本實用新型的電流測量裝置的外形圖；圖4是本實用新型的電流測量裝置的內部結構示意圖，即電流測量裝置的縱向 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。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的電流測量裝置做進一步詳細的說明。本實用新型所述的主迴路電流測量裝置採用自積分式Rogowski線圈原理，其等 效電路如圖1所示，在環繞被測電流的骨架上繞制線圈Ltl，則線圈兩端會感應出與被測 電流的導數di/dt成正比的感應電勢e(t)，感應電勢被線圈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)與被測電流的波形一致。所述Ctl為線圈Ltl 與屏蔽殼之間產生的電容，所述Rtl為線圈Ltl與屏蔽殼之間產生的電阻。如圖2所示，本實用新型的電流測量裝置安裝在換流閥閥層內的主迴路矩形銅 排上，因此外形設計成對口式結構，該結構體積小，安裝方便。[0028]如圖3、4所示，該電流測量裝置主要包括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內對稱分布有用 於固定磁芯I 2a的兩個磁芯固定件I 6a和兩個絕緣支撐10，磁芯固定件I 6a和絕緣支撐 10通過絕緣膠粘接於屏蔽殼Ila內，在磁芯固定件I 6a的前面並排設置有一緊固插件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通過絕緣膠粘接於屏蔽殼I Ia內；用一根銅漆包線繞設在磁芯I 2a上，繞制後磁芯I 2a上纏繞的線圈I 5a均勻分布。 開啟屏蔽殼I左側的端蓋12，將纏繞有線圈I的磁芯I伸入屏蔽殼I內，並將該磁芯I的 兩個長邊依次穿過絕緣支撐10和磁芯固定件I 6a，將銅漆包線首尾的兩個線圈I接頭分別 與粘接在屏蔽殼I內的兩個插針7a相連接，再將屏蔽殼I左側的端蓋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內對稱分布有用於固定磁芯I 2a的兩個磁芯固定件II 6b和兩個絕緣支撐10，磁 芯固定件II 6b和絕緣支撐10通過絕緣膠粘接於屏蔽殼II Ib內，本例中緊固插件的插槽 7b通過絕緣膠粘接於屏蔽殼II Ib內；用兩根銅漆包線對稱繞設在磁芯II 2b上，繞制後磁 芯II 2b上纏繞的線圈II 5b均勻分布。開啟屏蔽殼II右側的端蓋12，將纏繞有線圈II的 磁芯II伸入屏蔽殼II內，並將該磁芯II的兩個長邊依次穿過絕緣支撐10和磁芯固定件II 6b，將兩根銅漆包線首端的兩個線圈II接頭分別與兩個插槽7b相連接，再將兩根銅漆包 線末端的兩個線圈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 量信號輸出，分壓器輸出端13連接有一彈片結構，所述彈片結構由彈簧11和銅片14組 成，將上述各部件連接好後，最後將屏蔽殼II右側的端蓋12封閉。屏蔽殼I Ia和屏蔽殼II Ib採用硬鋁製成，殼厚3mm，可以將外界複雜的電磁幹 擾屏蔽掉。本例中在環形屏蔽殼1的內環中線上開有一圈縫槽9，在實際應用時，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)後，再將上述 安裝好的A、B兩部分嵌套在主迴路矩形銅排上，將緊固插件的插針7a插入插槽7b中， 對A、B兩部分起到連接和固定作用，最後通過兩個外部緊固件8將A、B兩部分扣緊即 可。扣緊後，屏蔽殼I和屏蔽殼II對接成一環形屏蔽殼1，磁芯I和磁芯II對接成一環形 磁芯。縫槽9的作用在於一是保證屏蔽殼內的線圈能夠很好的耦合主迴路電流激發的 磁場；二是切斷屏蔽殼上的感應環流；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為絕緣材料製成的環狀結構，本例中採用環氧樹脂環。線圈的設計該測量裝置設計頻帶為40Hz 6MHz，自積分式Rogowski線圈高 頻截至頻率主要取決於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於積分電路和線圈電感之比。因此，線圈的匝數不能太 多，否則線圈與屏蔽殼之間的空間電容Ctl過大，高頻特性不好；線圈匝數也不能太少， 否則線圈上的電流太大，線圈將發熱，並要求積分電路所產生的電阻極小。當線圈匝數 較少時，其低頻截至頻率不易降低，因此採取鐵氧體軟磁材料作為磁芯以增大電感。經 計算，本實用新型確定選用U形鐵氧體磁芯形成框架結構，其中磁芯I和磁芯II的截面直 徑是15.5mm，相對磁導率2000。線圈I、II均採用銅漆包線，用一根銅漆包線在磁芯I 上繞制的線圈匝數為34匝磁芯I的兩個長邊上分別纏繞有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的一個長邊上纏繞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的另一個長邊上纏繞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的設計如果採用阻值極小的電阻難以加工，且受寄生電感影響較 大，因此經計算，本裝置選擇將10隻0.1 Ω電阻並聯成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的設計所述分壓器4由兩個串聯的電阻構成，其中一個電阻作為高壓 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將測量信號輸出。經多次實驗驗證，以上設計的主迴路電流測量裝置具有良好的屏蔽性，對換流 閥閥體內的場強分布影響小，具有體積小、線性度好、可靠性高、穩定性好等優點，該 裝置頻帶為40Hz 6MHz，靈敏度為150mV/kA，最大誤差為1.22%。採用上述結構的 電流測量裝置測量範圍為士 10kA，可使測量量程足夠寬，能滿足實際測量需求。最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限 制，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應 當理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實 用新型精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍 當中。
權利要求1.一種高壓直流輸電換流閥主迴路電流測量裝置，其特徵在於該測量裝置包括由 屏蔽殼I(Ia)和屏蔽殼II(Ib)對接而成的屏蔽殼(1)，所述屏蔽殼I(Ia)內設有纏繞有線 圈I(5a)的磁芯I(2a)，所述屏蔽殼II(Ib)內設有纏繞有線圈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)將測量信號輸出，所述分 壓器輸出端連接一彈片結構，所述彈片結構由彈簧(11)和銅片(14)組成。
2.根據權利要求1所述的主迴路電流測量裝置，其特徵在於所述磁芯I(2a)和磁芯 II(2b)均採用U形鐵氧體磁芯，所述屏蔽殼I(Ia)內設有對磁芯I(2a)進行固定的磁芯固 定件I(6a)，屏蔽殼II(Ib)內設有對磁芯II(2b)進行固定的磁芯固定件II(6b)，所述磁芯 I與磁芯II對接後形成一環形磁芯。
3.根據權利要求2所述的主迴路電流測量裝置，其特徵在於所述屏蔽殼(1)內設有 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.根據權利要求3所述的主迴路電流測量裝置，其特徵在於所述磁芯固定件I(6a) 和磁芯固定件II(6b)為絕緣材料製成的環狀結構，所述磁芯固定件I(6a)通過絕緣膠粘接 於屏蔽殼I(Ia)內部，所述磁芯固定件II(6b)通過絕緣膠粘接於屏蔽殼II(Ib)內部。
5.根據權利要求4所述的主迴路電流測量裝置，其特徵在於所述屏蔽殼I(Ia)和屏 蔽殼II(Ib)均採用U形結構，所述屏蔽殼I(Ia)和屏蔽殼II(Ib)的開口端對接後通過外 部緊固件(8)固定成一環形屏蔽殼(1)。
6.根據權利要求5所述的主迴路電流測量裝置，其特徵在於所述屏蔽殼(1)的內環 中線上設有縫槽(9)，在所述縫槽中嵌入有用於和被測物體絕緣隔離的絕緣套墊。
7.根據權利要求6所述的主迴路電流測量裝置，其特徵在於所述屏蔽殼I(Ia)和屏 蔽殼II(Ib)內部設有用於固定磁芯I(2a)和磁芯II(2b)的絕緣支撐(10)。
8.根據權利要求7所述的主迴路電流測量裝置，其特徵在於所述磁芯I上繞制的線 圈I(5a)匝數為34匝，所述磁芯II上繞制的線圈II(5b)匝數為26匝，所述線圈I(5a)和 線圈II (5b)的匝間距為8mm均勻繞制。
9.根據權利要求8所述的主迴路電流測量裝置，其特徵在於所述積分電路(3)由10 個並聯的電阻構成。
10.根據權利要求9所述的主迴路電流測量裝置，其特徵在於所述分壓器(4)由兩 個串聯的電阻構成，其中一個電阻作為高壓臂(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.根據權利要求10所述的電流測量裝置，其特徵在於所述磁芯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。
專利摘要本實用新型屬於測量測試技術領域，尤其涉及一種高壓直流輸電換流閥主迴路電流測量裝置，包括由屏蔽殼I和屏蔽殼II對接而成的屏蔽殼，屏蔽殼I內設有纏繞著線圈I的磁芯I，屏蔽殼II內設有纏繞著線圈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，分壓器輸出端將測量信號輸出，分壓器輸出端連接一彈片結構，彈片結構由彈簧和銅片組成。該電流測量裝置具有良好的屏蔽性，對換流閥閥體內的場強分布影響小，具有體積小、線性度好、可靠性高、穩定性好等優點，該裝置的測量範圍為±10kA，頻帶為40Hz～6MHz，靈敏度為150mV/kA，最大誤差為1.22％。
文檔編號G01R31/00GK201804056SQ20102024377
公開日2011年4月20日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者張新剛, 張春雨, 李成榕, 李躍, 程養春 申請人:中國電力科學研究院, 華北電力大學