專利名稱：一種特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力系統特高壓輸電技術領域，具體涉及一種特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，特別適用于特高壓強電磁環境下絕緣子泄漏電流的快速安全測量。
背景技術：
隨著我國工業的持續快速發展，電網容量的增大和額定電壓等級的升高，電力系統輸變電設備外絕緣的污閃事故日益突出。由于絕緣子常年運行于不同的地理環境和氣候環境中，空氣中的塵土、鹽堿、工業煙塵等各種微粒沉積在絕緣子外表面就會形成污穢層，在一定氣候條件下就會在絕緣子表面產生局部放電，發展到一定程度就會產生閃絡。針對我國氣候和環境的特殊性，線路電暈特性和電磁環境影響以及高海拔、覆冰、重污穢等惡劣自然條件下的外絕緣特性都需要進行深入的試驗研究。絕緣子泄漏電流是指在運行電壓作用下污穢受潮時測得的流過絕緣子表面污層的電流。顯然，它是電壓、氣候、污穢三要素的綜合反映和最終結果，故稱為動態參數。當電壓和氣候條件一定時，絕緣子表面泄漏電流與污穢嚴重程度成正比。絕緣子泄漏電流同污閃電壓之間存在著明顯的確定關系，能夠在很大程度上估計和預測絕緣子的污閃電壓以及評價絕緣子的污穢水平。對于特高壓直流輸電線路絕緣子污穢水平測量方法的選擇，最好是能夠在運行地點模仿實際情況，掛上實際絕緣子并施加運行電壓以便觀察到染污放電過程。顯而易見，泄漏電流法是研究絕緣污穢的最有效方法，通過對絕緣子泄漏電流的測量能有效的評估絕緣子污穢水平，同時絕緣子泄漏電流的變化又反映了絕緣子污穢度的變化過程，所以對絕緣子泄漏電流的研究是絕緣子的污穢研究最直接有效的方法。
實用新型內容為了克服現有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提出一種高速、安全、可靠的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統。本實用新型是通過如下技術方案實現的:一種特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，包括:遠程端，包括第一供電單元、絕緣子泄漏電流傳感器、高速數據采集卡和電光轉換單元；所述第一供電單元分別為高速數據采集卡和電光轉換單元供電，所述泄漏電流傳感器分別與高速數據采集卡的采集通道和第一光電轉換單元相連，所述高速數據采集卡對泄漏電流采集裝置所測量的泄漏電流信號進行采集，并傳至所述電光轉換單元轉換為數字光信號;本地端，包括第二供電單元、光電轉換單元和計算機監控中心；所述第二供電單元為光電轉換單元供電，所述光電轉換單元將所述遠程端的電光轉換單元傳來的數字光信號轉換為數字電信號后，通過USB通信傳輸至所述計算機監控中心進行監測；遠程端與本地端之間通過光纖連接實現數據的遠程傳輸。[0011]本實用新型是基于泄漏電流法測量絕緣子污穢狀態的有效性，利用虛擬儀器技術和光纖通信技術，提出的一種特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統。與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果:I)該系統可以滿足特高壓直流線段側絕緣子泄漏電流的測量要求，達到高速、安全、可靠的實時測量泄漏電流的目的，還可以快速實時地反映出特高壓輸電線路絕緣子的污移狀態。2)該系統通過高速數據采集卡進行多通道采集泄漏電流，可以實現數據的高速采集和大容量存儲，還可以全天候24小時監測泄漏電流變化趨勢。3)該系統還考慮防水、防潮和防強電場干擾，達到長時間全天候室外穩定可靠測量的要求，完全能夠適用于野外環境下的泄漏電流傳感器和獨立電源系統供電單元設計。
圖1是本實用新型中的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統總體框圖；圖2是本實用新型中的絕緣子泄漏電流傳感器的分解結構示意圖；圖3是本實用新型中的泄漏電流傳感器的內部示意圖；圖4是本實用新型中的第一供電單元示意圖；圖5是本實用新型中的開關電源的連接示意圖；圖6是本實用新型中的高壓桿塔分段電源線的連接示意圖； 圖中，1-絕緣子泄漏電流傳感器，2-高速數據采集卡，3-第一供電單元，4-電光轉換單元，5-光電轉換單元,6-第二供電單元,7-計算機顯示控制中心,8-絕緣子,9-泄露電流傳感器，10-內導電層，11-中間絕緣層，12-外導電層，13-傳感器測量單元，14-氣體放電管，15-瞬變電壓抑制二極管(以下簡稱TVS管)，16-排水孔。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型測量系統的技術方案做進一步的詳細說明。如圖1所示，本實用新型的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，主要包括:絕緣子泄漏電流傳感器1、高速數據采集卡2、第一供電單元3、電光轉換單元4、光電轉換單元5和第二供電單元6。其中，泄漏電流傳感器1、高速數據采集卡2、第一供電單元3和電光轉換單元4位于遠程端；光電轉換單元5和第二供電單元6位于本地端；經過電光轉換單元4轉換后輸出的數字光信號通過光纖(即遠程通信模塊)傳輸至光電轉換單元5進行光電轉換，轉換后得到的數字電信號通過USB通信傳至位于本地的計算機顯示控制中心6進行監測。圖2為絕緣子泄漏電流傳感器的分解結構示意圖，其主要包括待測承重絕緣子8和兩個半環形泄漏電流傳感器9，可將圖中的螺栓焊接在泄漏電流傳感器的邊緣處，再通過螺栓進行固定。由于絕緣子長期處在野外，表面會有很多污穢，故先將其表面擦拭干凈；然后在導電環區域涂上導電膠，以增強絕緣子與導電環的導電性，接著將一對傳感器卡入絕緣子的傘片上。半環形傳感器對接端處各有兩個銅材質的螺孔，待傳感器與絕緣子傘面貼平后，可將兩根銅螺桿旋入兩個半環形傳感器相對的螺孔中鎖緊，從而將兩個半環形傳感器固定成一個完整的環形泄漏電流傳感器。可通過金屬夾將該環形泄漏電流傳感器固定在絕緣子的傘片上。圖3為半環形泄漏電流傳感器的內部結構示意圖，每個泄漏電流傳感器9均由三層結構構成，由內到外依次為:內導電層10、中間絕緣層11、外導電層12。中間絕緣層11內設有傳感器測量單元13 ;本例中，傳感器測量端13采用三個阻值分別為IkQ、10kQ和100Q的電阻串聯而成，電阻取值偏大，這是因為絕緣子的絕緣特性所決定的，泄漏電流幾乎在納安級別。電阻分為3個數量級，這是因為泄漏電流變化范圍較大，3檔可以覆蓋所有的范圍。為了避免泄漏電流傳感器遭受電壓擊穿的風險，可在傳感器測量單元的兩端并聯有氣體放電管14，還可并聯有TVS管15 ;為了保證傳感器測量單元可以放水、防潮，可在傳感器測量單元外部涂抹硅橡膠。內、外導電層10、12上均開設有等距離分布的排水孔16，目的是為了快速排出泄漏電流傳感器中的水滴，防止雨水的沉積。圖4為第一供電單元設計，其包括地面24V電源模塊、高壓桿塔分段電源線和5V電源轉換模塊。由于所測絕緣子懸掛于空中，測量系統遠程端位于高壓桿塔頂端的橫梁上，供電只能從地面經由高壓桿塔輸送。絕緣子附近設有專用配電柜，可提供220V的市電。由于高壓桿塔采用金屬材質，直接將市電引上桿塔頂端容易引發安全事故。因此，利用兩次降壓的方法實現供電，首先，經過24V電源轉換模塊(本例中該模塊為開關電源)將市電轉化為24V的直流電，保證在人體可承受范圍之內；然后，通過高壓桿塔分段電源線將24V直流電傳輸至高壓桿塔頂端；最后，經過5V電源轉換模塊轉換后輸出5V直流電，同時為高速數據采集卡2和電光轉換單元4供電。圖5為地面24V電源轉換模塊設計圖。為了實現泄漏電流的24小時全天候監測，可利用高壓桿塔附近的配電柜。配電柜內提供220V市電，經過開關電源后，輸出雙路24V直流電。配電柜內包含兩個電源盒，使用兩個電源盒是為了防止其中一個供電出現問題，另外一個可作為備用功能，確保供電的不間斷。開關電源中輸出電壓容易發生反射，電壓波動范圍較大，為了抑制這種現象，串聯穩壓管。圖6為高壓桿塔分段電源線連接示意圖。整個電源線分為3段，經過防水插頭轉接后，可至高壓桿塔的頂端。第一段電源線(即圖中地面段22m電源線)的兩個芯公頭端a、b與配電柜內開關電源的兩個輸出端相接，另一兩芯母頭端c綁在高壓塔塔臂上；第二段電源線(即圖中108m電源線)的兩芯公頭端c’朝下、與第一段電源線的兩芯母頭端c對接，另一四芯公頭端d朝上沿著桿塔至上層橫梁；第三段電源線(即圖中36m電源線和74m電源線)的四芯母頭端d’與第二段電源線的四芯公頭端d對接，另兩個兩芯母頭端e、f分別沿橫梁南北方向至絕緣子正上方。22m第一段電源線與108m第二段電源線兩芯頭對接，108m第二段電源線與36m、74m第三段電源線四芯頭對接。為了節省電源線的長度和減少工人的扛拉電線重量，采取了南北兩側從地面至塔頂的電源線公用的原則。由兩個半環形泄漏電流傳感器組成的傳感器用于測量絕緣子表面的微弱泄漏電流，輸出信號為放大后的電壓信號，然后經過高速數據采集卡2快速采集后并存儲在內部的緩存模塊中。高速數據采集卡2采用USB2.0總線輸出，可連接至電光轉換單元的USB接口。第一供電單元3同時為高速數據采集卡2和電光轉換單元4提供穩定可靠的5V直流供電。本地端由光纖通訊裝置本地端和計算機顯示控制中心組成。通過光纖通信，將遠程端的泄漏電流信號快速安全得傳輸到本地計算機。最后，實驗人員使用上位機軟件實現遠程實時監控泄漏電流的變化趨勢。[0030]高速數據采集卡2可使用TIEPIE公司生產HS4高速數據采集卡，其量程范圍寬，可測量20mV至80V之間的電壓信號；其采集精度高，提供12bit，14bit，16bit分辨率；其采樣率最高可至5MS/s，基本覆蓋泄漏電流的頻譜。本例中適用于特高壓直流環境下的絕緣子泄漏電流測量系統，基于虛擬儀器技術和光纖通信技術實現了絕緣子表面泄漏電流的遠程實時監測；此外，研制與設計了適宜于野外工作環境下的絕緣子泄漏電流傳感器和獨立電源供電單元設計；該測量系統可以實現特高壓復雜電磁環境下絕緣子泄漏電流信號的高速采集、大容量存儲和安全傳輸。本實用新型申請人結合說明書附圖對本實用新型的實施例做了詳細的說明與描述，但是本領域技術人員應該理解，以上實施例僅為本實用新型的優選實施方案，詳盡的說明只是為了幫助讀者更好地理解本實用新型精神，而并非對本實用新型保護范圍的限制，相反，任何基于本實用新型的實用新型精神所作的任何改進或修飾都應當落在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，其特征在于，該系統包括: 遠程端，包括第一供電單元、絕緣子泄漏電流傳感器、高速數據采集卡和電光轉換單元；所述第一供電單元分別為高速數據采集卡和電光轉換單元供電，所述泄漏電流傳感器分別與高速數據采集卡的采集通道和第一光電轉換單元相連，所述高速數據采集卡對泄漏電流采集裝置所測量的泄漏電流信號進行采集，并傳至所述電光轉換單元轉換為數字光信號; 本地端，包括第二供電單元、光電轉換單元和計算機監控中心；所述第二供電單元為光電轉換單元供電，所述光電轉換單元將所述遠程端的電光轉換單元傳來的數字光信號轉換為數字電信號后，通過USB通信傳輸至所述計算機監控中心進行監測；和 通過光纖實現遠程端與本地端之間的數據遠程傳輸。
2.根據權利要求1所述的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，其特征在于:所述絕緣子泄漏電流傳感器包括絕緣子和兩個半環形泄漏電流傳感器；兩個泄漏電流傳感器的對接端分別開設有螺紋孔，所述泄漏電流傳感器緊密貼合在所述絕緣子的傘面上，并通過螺桿旋入兩個泄漏電流傳感器的相對螺紋孔中組成一環形泄漏電流傳感器；所述泄漏電流傳感器包括內導電層、中間絕緣層和外導電層。
3.根據權利要求2所述的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，其特征在于:所述兩個泄漏電流傳感器通過金屬夾固定在絕緣子的傘面上。
4.根據權利要求2所述的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，其特征在于:所述泄漏電流傳感器的內、外導電層上設有等間距布置的排水孔，所述傳感器測量單元的外部設有娃橡I父層； 所述泄漏電流傳感器的中間絕緣層內設有傳感器測量單元以及與傳感器測量單元相并聯的氣體放電管，所述傳感器測量單元包括不同阻值的相互串聯的各電阻。
5.根據權利要求4所述的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，其特征在于:所述傳感器測量單元的兩端還并聯有瞬變電壓抑制二極管。
6.根據權利要求1所述的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，其特征在于:所述測量系統遠程端安裝于高壓桿塔頂端的橫梁上；所述第一供電單元包括開關電源、分段電源線和5V電源轉換模塊，所述開關電源將220V市電轉換為24V直流電輸出，并通過分段電源線將24V直流電傳至高壓桿塔頂端，經5V電源轉換模塊轉換后輸出5V直流電，同時為遠程端的高速數據采集卡和電光轉換單元供電。
7.根據權利要求6所述的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，其特征在于:所述開關電源采用雙路直流電輸出，用于保證供電的穩定可靠。
8.根據權利要求6所述的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，其特征在于:所述地面24V電源模塊的輸出端串聯有用于抑制開關電源輸出電壓反射和波動的穩壓管。
9.根據權利要求6所述的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，其特征在于，所述高壓桿塔分段電源線包括三段: 第一段電源線具有兩芯公頭端和兩芯母頭端，兩個所述兩芯公頭端分別與所述地面24V直流電模塊的兩個輸出端相連接，所述兩芯母頭端綁在高壓桿塔的塔臂上； 第二段電源線具有兩芯公頭端和四芯公頭端，所述兩芯公頭端朝下與所述第一段電源線的兩芯母頭端對接，所述四芯公頭端沿著高壓桿塔向上至桿塔的橫梁處；第三段電源線具有四芯母頭端和兩芯母頭端，所述四芯母頭端與所述第二段電源線的四芯公頭端對接，兩個所述兩芯母頭端分別沿橫梁的南北方向至絕緣子的正上方。
10.根據權利要求1所述的特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，其特征在于:所述泄漏電流采集裝置中的高速數據采集卡采用USB2.0總線輸出，用于實現數據的高速采集和大容量存儲。
專利摘要本實用新型提出了一種特高壓直流絕緣子泄漏電流測量系統，包括遠程端、本地端以及實現遠程端與本地端數據傳輸的光纖，遠程端包括第一供電單元、絕緣子泄漏電流傳感器、高速數據采集卡和電光轉換單元，高速數據采集卡對泄漏電流采集裝置所測量的泄漏電流信號進行采集，并傳至電光轉換單元轉換為數字光信號；本地端包括第二供電單元、光電轉換單元和計算機顯示控制中心，光電轉換單元將數字光信號轉換為數字電信號后，通過USB通信傳輸至計算機顯示控制中心進行監測。該系統可滿足特高壓直流線段側絕緣子泄漏電流的測量要求，具有高速、安全、可靠測量以及快速反映絕緣子污穢狀態等優點，特別適用于野外環境作業。
文檔編號G01R19/25GK203069663SQ20122068431
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者劉元慶, 李煉煉, 陸家榆, 袁海文, 呂建勛, 鞠勇 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司