CN102707131B - 一种高灵敏度介质窗vfto自动测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电气设备在线监测系统技术领域的一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统。它的结构如下：环形压板通过螺栓将介质窗固定在金属接地圆筒上，金属接地圆筒通过螺栓固定在GIS外壳的拔口上，快速暂态过电压测量探头外壳通过螺栓固定在金属接地圆筒上，快速暂态过电压测量探头电极用于测量GIS导电杆上的信号，测量探头电极通过信号输出接口与二次分压单元相连；二次分压单元通过同轴电缆连接信号采集处理单元。本发明的有益效果为：解决了现有技术安装时间长，不具备自动处理能力的缺点，避免了安装停电所造成的巨大经济损失，同时节约了人力物力成本。

Description

一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统

技术领域

本发明属于电气设备在线监测系统技术领域，尤其是涉及一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统。

背景技术

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）具有占地面积小、绿色环保、寿命长、便于安装维护、易于控制等优点，在我国电力系统中得到大量应用，尤其是特高压变电站，普遍采用GIS、HGIS电气设备。

目前国内外应用于GIS中的快速暂态过电压测量系统包括GIS手窗式电容分压法测量系统、套管末屏式快速暂态过电压传感器测量系统和盆式绝缘子预埋环式电容分压法测量系统，其中带宽最好的是GIS手窗式电容分压法测量系统。在GIS手窗位置预先安装感应电极。感应电极与GIS高压导杆之间构成一个电容，也与GIS接地外壳构成一个电容。两个电容可以构成一个分压系统。该方法存在的主要问题是测量系统安装周期长，长期可靠性差。由于测量电极与GIS内的SF₆气体直接接触，对正在运行中的GIS设备进行快速暂态过电压测量时，需要首先停电，然后打开拔口放气，安装手窗式传感器，然后重新充气，充气后需要静置24个小时，检测系统的气密性是否良好，之后还要使用大型加压设备进行GIS设备耐压试验，安装时间大约需要4到5天的时间，造成大量的人力、物力损失，由于GIS设备通常用于高电压等级变电站中，安装快速暂态过电压测量设备停电所造成的经济损失数以亿记。当快速暂态过电压测量设备存在问题时，检修过程与传感器安装过程类似，依然会造成巨大的经济损失。

在快速暂态过电压测量研究过程中，隔离开关操作通常为数千次，而一次波形记录的数据量通常为几百兆字节，多次测量结果的数据量约为几百吉字节。为了获得所测量信号的电压上升陡度，最大值，主要频率成分，重击穿次数等特征量及其分布，需要大量的时间进行后期处理，且人为读数因素也会造成误差。

综上，现有技术的缺点是，安装时间长，造成巨大经济损失，不具备自动处理能力，同时需要大量的时间进行后期处理，浪费人力物力。

发明内容

本发明针对上述缺陷公开了一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统。

一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统的结构如下：环形压板通过螺栓将介质窗固定在金属接地圆筒上，快速暂态过电压测量探头外壳通过螺栓固定在金属接地圆筒上，金属接地圆筒通过螺栓固定在GIS外壳的拔口上，快速暂态过电压测量探头电极通过信号输出接口与二次分压单元相连；探头外壳与探头电极之间使用环氧绝缘隔离高低电位，二次分压单元通过同轴电缆连接信号采集处理单元；

所述介质窗的制作材料为环氧材料或玻璃材料。

所述信号采集处理单元用于测量快速暂态过电压；

信号采集处理单元能够完整记录一次隔离开关操作所产生的多次重击穿过程；

信号采集处理单元具有模数转换功能，能够将测量得到的VFTO模拟信号转化为数字信号，同时信号采集处理单元具有数字处理功能，能够获得所测量信号的电压上升陡度、最大值、主要频率成分和重击穿次数；

信号采集处理单元具有统计功能，能够获得多次快速暂态过电压信号的电压上升陡度、最大值、主要频率成分和重击穿次数的分布特性；

信号采集处理单元的触发模式有两种，一种为测量信号上升沿或下降沿触发，另外一种利用外接信号触发，只要满足其中一种触发条件，信号采集处理单元就会被触发；

所述信号采集处理单元具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；

第一端口将二次分压单元的信号引入至信号采集处理单元中；第二端口将触发信号引入至信号采集处理单元中；第四端口将未经处理的输入信号直接输出，能够使用示波器测量该输出信号；第三端口为通讯端口。

所述通讯端口为网口、USB接口或串口；所述信号采集处理单元通过第三端口连接计算机，计算机用于控制信号采集处理单元，同时接收采集处理单元输出数据。

所述螺栓为圆头螺栓。

所述金属接地圆筒用于将地电位引至环形压板处，防止环形压板形成悬浮电位。

所述快速暂态过电压测量探头电极用于与GIS导电杆间形成电容，其下端圆板直径尺寸应小于100mm。

所述二次分压单元的结构如下：信号输出接口连接匹配电阻和分压电容的公共节点，匹配电阻和保护管均通过同轴电缆连接信号采集处理单元；

分压电容由直插式高频瓷介电容、直插式独石电容或表面封装电容并联组成；

匹配电阻值应与同轴电缆的波阻抗值相同；

保护管的作用是防止过高电压通过同轴电缆进入信号采集处理单元，防止信号采集处理单元损坏。

所述快速暂态过电压测量探头由探头电极、绝缘和探头外壳组成，用于测量GIS导电杆上的快速暂态过电压信号。

本发明的有益效果为：解决了现有技术安装时间长，不具备自动处理能力的缺点，避免了安装停电所造成的巨大经济损失，同时节约了人力物力成本。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的GIS安装示意图；

图2为本发明的一个实施例的信号采集处理单元示意图；

图3为本发明的二次分压单元的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1所示，一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统的结构如下：环形压板140通过螺栓将介质窗130固定在金属接地圆筒150上，快速暂态过电压测量探头外壳165通过螺栓固定在金属接地圆筒150上，金属接地圆筒150通过螺栓固定在GIS外壳120的拔口180上，快速暂态过电压测量探头电极160通过信号输出接口170与二次分压单元相连；探头外壳165与探头电极160之间使用环氧绝缘163隔离高低电位；二次分压单元通过同轴电缆190连接信号采集处理单元210。

介质窗130的制作材料为频率特性良好的环氧材料或玻璃材料；其对测量系统幅频响应平直度的影响在VFTO测量范围内（通常为0到100MHz）小于5%，平直度测量方法采用幅频响应（扫频）方法或纳秒级方波响应法获得；

信号采集处理单元210用于测量快速暂态过电压，

信号采集处理单元210具有采样频率高，记录数据长的优点，能够完整记录一次隔离开关操作所产生的多次重击穿过程；

信号采集处理单元210具有模数转换功能，能够将测量得到的VFTO模拟信号转化为数字信号，同时信号采集处理单元210具有数字处理功能，能够获得所测量信号的电压上升陡度、最大值、主要频率成分和重击穿次数；

信号采集处理单元210具有统计功能，能够获得多次快速暂态过电压信号的电压上升陡度、最大值、主要频率成分和重击穿次数的分布特性；

信号采集处理单元210的触发模式有两种，一种为测量信号上升沿或下降沿触发，另外一种利用外接信号触发，只要满足其中一种触发条件，信号采集处理单元210就会被触发；

如图2所示，所述信号采集处理单元210具有第一端口220、第二端口230、第三端口240和第四端口250；

第一端口220将二次分压单元的信号引入至信号采集处理单元210中；第二端口230将触发信号引入至信号采集处理单元210中；第四端口250将未经处理的输入信号直接输出，可使用示波器测量该输出信号；第三端口240为通讯端口。

通讯端口为网口、USB接口或串口；所述信号采集处理单元210通过第三端口240连接计算机，计算机用于控制信号采集处理单元210，同时接收采集处理单元210输出数据。

螺栓为圆头螺栓，避免尖头螺栓造成电场畸变，形成电晕。

金属接地圆筒150用于将地电位引至环形压板140处，防止环形压板140形成悬浮电位，金属接地圆筒150的尺寸应考虑接地金属对快速暂态过电压测量探头电极160的屏蔽作用，以及其对快速暂态过电压测量探头电极160与GIS导电杆110间电容的削弱作用；可采用静电场计算或有限元仿真计算的方法获得适当的金属接地圆筒150尺寸。

快速暂态过电压测量探头电极160用于与GIS导电杆110间形成电容，其下端圆板直径尺寸应小于100mm，避免高频信号对VFTO测量的干扰；探头电极前端应尽量靠近介质窗，以增大与GIS金属导杆间所形成的电容。

如图3所示，二次分压单元的结构如下：信号输出接口170连接匹配电阻和分压电容的公共节点，匹配电阻和保护管均通过同轴电缆190连接信号采集处理单元210；

分压电容由直插式高频瓷介电容、直插式独石电容或表面封装电容并联组成（例如分压电容由直插式高频瓷介电容并联组成）；

匹配电阻值应与同轴电缆190的波阻抗值相同；

保护管的作用是防止过高电压通过同轴电缆190进入信号采集处理单元210，防止信号采集处理单元210损坏。

快速暂态过电压测量探头电极160用于测量GIS导电杆110上的快速暂态过电压信号。

金属接地圆筒150深入GIS外壳120的拔口180，以便将介质窗130固定在拔口180内部，进而使得快速暂态过电压测量探头电极160接近GIS导电杆110，提高测量灵敏度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统，它的结构如下：环形压板（140）通过螺栓将介质窗（130）固定在深入拔口（180）的金属接地圆筒（150）上，快速暂态过电压测量探头外壳（165）通过螺栓固定在金属接地圆筒（150）上，金属接地圆筒（150）通过螺栓固定在GIS外壳（120）的拔口（180）上，快速暂态过电压测量探头电极（160）通过信号输出接口（170）与二次分压单元相连；探头外壳（165）与探头电极（160）之间使用环氧绝缘（163）隔离高低电位，二次分压单元通过同轴电缆（190）连接信号采集处理单元（210）； 

所述信号采集处理单元（210）用于测量快速暂态过电压； 

信号采集处理单元（210）能够完整记录一次隔离开关操作所产生的多次重击穿过程； 

信号采集处理单元（210）具有模数转换功能，能够将测量得到的VFTO模拟信号转化为数字信号，同时信号采集处理单元（210）具有数字处理功能，能够获得所测量信号的电压上升陡度、最大值、主要频率成分和重击穿次数；其特征在于， 

信号采集处理单元（210）具有统计功能，能够获得多次快速暂态过电压信号的电压上升陡度、最大值、主要频率成分和重击穿次数的分布特性； 

信号采集处理单元（210）的触发模式有两种，一种为测量信号上升沿或下降沿触发，另外一种利用外接信号触发，只要满足其中一种触发条件，信号采集处理单元（210）就会被触发； 

所述信号采集处理单元（210）具有第一端口（220）、第二端口（230）、第三端口（240）和第四端口（250）； 

第一端口（220）将二次分压单元的信号引入至信号采集处理单元（210）中；第二端口（230）将触发信号引入至信号采集处理单元（210）中；第四端口（250）将未经处理的输入信号直接输出，能够使用示波器测量该输出信号；第三端口（240）为通讯端口。 

2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统，其特征在于，所述介质窗（130）的制作材料为环氧材料或玻璃材料。 

3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统，其特征在于，所述通讯端口为网口、USB接口或串口；所述信号采集处理单元（210）通过第三端口（240）连接计算机，计算机用于控制信号采集处理单元（210），同时接收信号采集处理单元（210）的输出数据。 

4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统，其特征在于，所述螺栓为圆头螺栓。 

5.根据权利要求1所述的一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统，其特征在于，所述金属接地圆筒（150）用于将地电位引至环形压板（140）处，防止环形压板（140）形成悬浮电位。 

6.根据权利要求1所述的一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统，其特征在于，所述快速暂态过电压测量探头电极（160）用于与GIS导电杆（110）间形成电容，快速暂态过电压测量探头电极（160）下端圆板直径尺寸小于100mm。 

7.根据权利要求1所述的一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统，其特征在于，所述二次分压单元的结构如下：信号输出接口（170）连接匹配电阻和分压电容的公共节点，匹配电阻和保护管均通过同轴电缆（190）连接信号采集处理单元（210）； 

分压电容由直插式高频瓷介电容、直插式独石电容或表面封装电容并联组成； 

匹配电阻值应与同轴电缆（190）的波阻抗值相同； 

保护管的作用是防止过高电压通过同轴电缆（190）进入信号采集处理单元（210），防止信号采集处理单元（210）损坏。 

8.根据权利要求1所述的一种高灵敏度介质窗VFTO自动测量系统，其特征在于，所述快速暂态过电压测量探头电极（160）用于测量GIS导电杆（110）上的快速暂态过电压信号。 

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