专利名称：用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及特高压交流输变电系统中气体绝缘开关设备(GIS)瞬态外壳电压 (TEV)的测量系统，尤其涉及对气体绝缘开关设备瞬态外壳电压测量系统的电磁干扰屏蔽。
背景技术：
特高压交流输变电系统中气体绝缘开关设备具有占地面积小，密封性好，受环境 影响小，运行可靠性高，检修周期长，维护工作量少，运行费用低等显著优点，在我国电网得 到了广泛应用，并已成功应用到特高压试验示范工程。GIS中的隔离开关、接地开关和断路 器操作时，产生波头很陡的行波，这些行波在GIS内发生多次折反射后，形成特快速暂态过 电压(VFTO)。当VFTO传播到外壳接地引线连接处、分支母线末端等位置，由于阻抗不连续 使得GIS设备外壳对地出现瞬态电位升高，并将沿外壳与大地构成的传输线进行传播，进 一步形成TEV，这对GIS装置及其邻近的设备有很大的危害，也会以传导和辐射的形式影响 二次设备。因此，有必要对GIS设备瞬态外壳电压进行有效的测量。国标GB/T 18134. 1-2000《极快速冲击高电压试验技术-第1部分气体绝缘变 电站中陡波前过电压测量系统》提到对于瞬态外壳电压的测量尚无通用的测量技术，仅推 荐使用电场探头和电阻性阻抗电压测量装置测量瞬态外壳电压。目前国内还没有好的测量 系统测量瞬态外壳电压，国内外使用过球形电场探头来测量瞬态外壳电压。然而，由于特高压交流输变电系统的电压等级高，GIS设备结构复杂，电磁干扰对 未考虑电磁屏蔽措施的电阻性阻抗分压测量装置带来很大的干扰，干扰严重时得到的测量 结果会远远偏离实际的真实值，致使测量结果不可信，因此有必要对电阻性阻抗分压测量 装置采取电磁屏蔽措施。通常，使用电场探头测量适用于GIS设备结构简单的情况，当GIS设备结构复杂特 别是带分支母线时，电场探头测量的电场值很难通过电场反演得到瞬态外壳电压。目前国 内外还没有对基于电阻性阻抗分压测量GIS设备瞬态外壳电压的测量系统的屏蔽做过系 统的介绍。
发明内容
如上所述，为了降低测量GIS设备时电磁干扰所带来的不利影响，提高测量的准 确性，期望提供一种对于测量GIS设备瞬态外壳电压系统的屏蔽装置。根据本发明的一方面，提供了一种用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系 统，其特征在于包括测量电缆，连接在所述气体绝缘开关设备的外壳和电压测量装置之 间；电压测量装置，用于测量所述气体绝缘开关设备外壳处的电压；测量数据处理系统，用 于处理来自所述电压测量装置的测量数据；其中，所述测量系统包括整体地屏蔽所述测量 电缆、所述电压测量装置以及所述测量数据处理系统的屏蔽装置。根据本发明的一方面，所述屏蔽装置包括屏蔽所述测量电缆的屏蔽层、屏蔽所述 电压测量装置的屏蔽盒以及屏蔽所述测量数据处理系统的屏蔽箱，所述屏蔽层、所述屏蔽盒和所述屏蔽箱通过带有屏蔽功能的连接头连接。根据本发明的一方面，所述屏蔽层、所述屏蔽盒和所述屏蔽箱是一体成形的。根据本发明的一方面，所述带有屏蔽功能的连接头是BNC接头、连接器。根据本发明的一方面，所述测量数据处理系统使用独立式电源。根据本发明的一方面，所述独立式电源包括蓄电池和与所述蓄电池连接的逆变
ο根据本发明的一方面，所述独立式电源包括太阳能电池和与所述蓄电池连接的逆变器。根据本发明的一方面，所述屏蔽装置是由金属屏蔽网或金属屏蔽层构成的。根据本发明的一方面，所述测量数据处理系统还包括用于将所测量的瞬态电压 数据存储在存储器中、并对所测量的数据进行分析的中央处理单元；用于存储测量数据的 存储器；用于对外通信的远程通信单元；其中所述中央处理单元对所测量的数据进行分 析，并且响应于所测量的数据通过所述远程通信单元发送信号。通过上述技术方案，提供了对于测量GIS设备瞬态外壳电压的屏蔽装置，降低了 电磁干扰的影响，提高了测量的准确性。
在此将描述本发明的优选实施例，请参考随附的图示。于本发明所附的图示中，相 同的参考标号即表示相同的结构元素。图1示出了基于电阻性阻抗分压测量GIS设备瞬态外壳电压的测量装置的示意 图；图2A和2B示出了测量数据处理系统的屏蔽箱的边缘搭接以及开孔处理的示意 图；图3A-3C示出了使用根据本发明的屏蔽装置进行测量和未使用屏蔽装置进行测 量所得到的测量结果以及示出了仿真测量结果。
具体实施例方式下面结合附图，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，而并非意图限制本发明的范围及其应用。本发明提出了特高压交流输变电系统中GIS设备瞬态外壳电压的一种测量系统。 图1示意性地示出了基于电阻性阻抗分压测量装置的GIS设备瞬态外壳电压的测量系统的 示意图。在附图1中，附图标记110表示GIS设备外壳，附图标记111表示电压测量装置的 屏蔽盒，附图标记112表示电压测量装置，附图标记113表示接地端，附图标记114表示接 地引线，附图标记115表示接地网，附图标记116表示连接器，附图标记117表示测量电缆， 附图标记118表示测量电缆的屏蔽层。如图1所示，附图标记120表示测量数据处理系统， 其中附图标记121表示中央处理单元，附图标记122表示采样装置，附图标记123表示独立 电源，附图标记1 表示存储器，附图标记125表示控制电缆，附图标记1 表示GIS控制 柜，附图标记127表示测量数据处理系统的屏蔽箱，附图标记1 表示远程通信单元。图1示出了根据本发明的测量系统的示意性框图。如图1所示，从GIS设备外壳
4110的测量点处引一根带有屏蔽层118的电缆117与屏蔽盒111内的电压测量装置112的 输入端相连，电压测量装置112的输出端与测量数据处理系统120相连。电压测量装置112 的接地端113与接地网接地引线114相连。接地端113是指电压测量装置112的、通过导 线连接到接地网115的接地引线114上的端点。接地端连接应当可靠，接地端与接地引线 之间的导线优选地尽可能得短。优选地，对这段导线也采取屏蔽措施，如采用屏蔽电缆。为 了进一步减小电磁辐射的影响，优选导线长度小于15厘米。在恶劣的空间电磁环境下，导 线越短，接地端的电位与接地引线的电位越能保持一致。如图所示，对电缆和电压测量装置均进行屏蔽，以避免外界电磁干扰(特别是GIS 设备的电磁干扰)所带来的测量误差。测量电缆的屏蔽层可以使用金属层或金属网制成， 例如金属铜、或者镀锌的金属铁制成的屏蔽层或屏蔽网。电压测量装置的屏蔽盒111可以 由与测量电缆的屏蔽层相同的材料制成，例如，可以使用2毫米厚的镀锌铁制造屏蔽盒，在 接缝处采用焊接技术。屏蔽盒的形状可以采用任意适当的形状，用于容纳其中的测量装置。 在一个实施例中，屏蔽盒的形状为长方体形。对于测量数据处理系统120也采用了屏蔽。在一个实施例中，使用屏蔽箱127对 测量数据处理系统120进行屏蔽。例如，所设计的屏蔽箱127采用单层金属结构，材料是镀 锌铁，也就是表面镀锌的铁皮，厚度为3毫米。为了考虑屏蔽箱携带方便，接缝处采用搭接 技术，这样可拆卸屏蔽箱。屏蔽箱127的形状可以为长方体型，用于容纳其中的测量数据处 理系统120，在一个实施例中，一种屏蔽箱的尺寸为700 600 900毫米，另一种为550 * 500 650毫米。箱体处可以开孔，以便通过连接器直接与屏蔽盒相连，从而避免空间电磁 干扰通过开孔处辐射到箱内。如附图2所示，屏蔽箱的门采用内折式的搭接。当采用内折 式搭接时，关门后增大了金属的接触面积，减少细缝引起的电磁干扰，提高了屏蔽效能。此 外，可以采用各种其他的连接方式，例如焊接、铆接等等。如上所述，对于屏蔽盒和屏蔽箱，各个接缝处的处理、开孔处的处理以及屏蔽箱门 的处理对于抗电磁干扰来说是重要的。如附图2A所示，对于屏蔽箱和屏蔽盒的边缘，可以 采用内折的结构以增加接触面积，增强屏蔽的效果。此外，尽管附图中未示出，也可以将屏 蔽盒或屏蔽箱设计成具有带卡槽的屏蔽门的形式。附图2B示出了对于屏蔽装置的各部分 之间通过连接器连接时的开孔的处理。如图所示，开孔可以穿过屏蔽盒表面从该表面的两 侧凸出，而屏蔽网或屏蔽层可以被置于该凸起部分的内侧。这样，在屏蔽装置的各部分的连 接之间也具有了恰当的屏蔽保护。应当理解，上述各种措施单独使用均可以提升该测量系 统对于辐射的抗干扰能力，而上述各种措施可以自由组合使用。在一个实施例中，电缆111的屏蔽层通过连接器116与电压测量装置屏蔽盒116 相连接，屏蔽盒116通过连接器116与屏蔽箱127连接。连接器116优选地带有屏蔽功能 用于对抗外界的电磁辐射干扰。本发明的一个实施例使用了 BNC连接器。BNC连接器保证 了屏蔽电缆的屏蔽层、屏蔽盒111和屏蔽箱127之间具有可靠的连接且为等电位。优选地， 可以在制造时将电缆和电压测量装置的屏蔽一体成型，从而提供无缝的、全方位的屏蔽。例 如，可以通过铸造形成整体的屏蔽装置，并随后将电缆、电压测量装置和测量数据处理系统 放入该整体屏蔽装置中。在另一个实施例中，通过在柔性绝缘材料中夹置金属屏蔽网或金 属屏蔽层来整体地制造屏蔽电缆的屏蔽层118、屏蔽盒111和屏蔽箱127，并使用该柔性材 料包裹整个系统以形成屏蔽。
如上所述，为整个测量系统提供了屏蔽装置，该屏蔽装置包括用于测量电缆的屏 蔽层、用于电压测量装置的屏蔽盒以及用于数据处理系统的屏蔽箱。上述屏蔽层、屏蔽盒和 屏蔽箱整体地为GIS设备的瞬态电压测量系统提供对于电磁辐射的抗干扰能力。附图1中的电压测量装置112可以包括多种类型的电压测量装置。在一个实施例 中，可以使用电阻性阻抗分压测量装置。如附图1示意性地示出的，该电阻性阻抗分压测量 装置由串联连接的电阻构成。电阻Rl和R2构成了分压电路，并且决定了分压比。在输入 的电压信号为高频情况下，由于电阻、连接线带来的杂散感性阻抗的影响，优选地需要为分 压电阻配置并联电容以补偿杂散感性阻抗带来的影响，提高分压器的带宽。GIS设备的瞬态 外壳电压(TEV)的上升沿为纳秒级别、频率可达几十兆的高压信号，可以为该设备配置补 偿电容。补偿电容的取值一般为7 49pF，也可以使用成可调电容。在一个实施例中，可以 选择的分压器的主要参数为最大高压20kV DC/40kV峰值(也就是直流为20kV，瞬态电 压峰值为40kV)，带宽100MHz，上升时间3. 5nS。在另一个实施例中，可以直接使用可商业 获得的电压探头，例如泰克CTektronix)P6015A高压探头，品致(pintech)P6039A高压探 头。电压测量装置112还可以包括其他适当的用于测量GIS设备外壳电压的装置类型，例 如，电容式分压测量装置。测量数据处理系统120可以包括中央处理单元121。中央处理单元121用于处理来 自电压测量装置112的数据。在一个实施例中，测量数据处理系统120包括采样装置122。 采样装置可以将来自电压测量装置112测量的信号转换为中央处理单元121能够处理的信 号形式。采样装置122可选的是AD/DA转换器。此外，采样装置122还可以是数据采集卡。 在一个实施例中，测量数据处理系统120可以包括存储器124。存储器IM用于根据中央 处理单元处理的结果存储数据。在一个实施例中，测量数据处理系统还包括显示装置(未 示出)，用于显示测量的结果。在另一个实施例中，测量数据处理系统120还包括远程通信 接口 128，用于与外部通信，以便将例如所处理的数据、GIS设备的位置、GIS设备的标识符 (例如，唯一标识符)传输到远程位置。在一个实施例中，中央处理单元121将所测量的瞬 态电压数据存储在存储器124中，并对记录的瞬态电压数据进行分析，并在测量数据满足 特定条件时采取行动。例如，在GIS设备的外壳瞬态电压超过某一阈值时或者在多次测量 结果中超过特定阈值的测量结果超过一定数量时，通过对外的通信接口 128，测量数据处理 系统120可以将分析的结构发送到远程的位置。由此，位于远程位置的工作人员将会知道 该GIS设备的外壳电压的情况以及该GIS设备所处的位置。必要时，工作人员可以迅速到 现场进行处理，避免危险的发生。尽管在这里并未详细阐释，然而本领域技术人员应当理解 此处的通信可以采取各种适当的形式，例如利用各种通信协议的有线通信、无线通信等等。 在一个实施例中，测量数据处理系统120包括示波器和可以与示波器配套使用的数据采集 卡。为了进一步降低辐射的影响，在测量数据处理系统中使用了独立式电源123。在一 个实施例中，如附图1所示，使用蓄电池经逆变器为测量数据处理系统提供电源。在另一实 施例中，使用太阳能电池经过逆变器为测量数据处理系统提供电源。此外，大容量的独立电 源可由单独的发电机提供。在现有技术中，使用常规的接电柜为示波器提供电源。然而，这 样的做法存在缺点，空间电磁干扰会耦合到接电柜与示波器之间的电源线上，以传导形式 进入示波器电源端口，影响示波器的正常工作。而使用独立电源则可以大大降低甚至消除这种传导干扰。附图3A-3C示出了根据本发明提出的测量系统和装置的示意图，在武汉国网特高 压交流示范基地IOOOkV GIS试验回路上安排试验，测量隔离开关操作时GIS设备分支母线 末端壳体对接地网接地引线的瞬态外壳电压。请参见附图3A，在未考虑测量装置的电磁屏 蔽措施情况下测到的瞬态外壳电压峰值为68. lkV。根据本发明，在考虑测量装置电磁屏蔽 措施情况下测到的瞬态外壳电压峰值为10. 8kV，请参见附图;3B。而瞬态外壳电压的仿真值 为12.4kV，如附图3C所示。可以看出当测量装置考虑了电磁屏蔽措施时，能够减小电磁干 扰对测量装置的影响，其测量结果更接近于仿真结果；结合仿真结果来看，使用本发明提出 的测量系统和测量装置结合屏蔽装置可以准确的测量GIS设备瞬态外壳电压，验证测量方 法的正确性和测量装置的实用性。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。
权利要求
1.一种用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在于，包括测量电缆，连接在所述气体绝缘开关设备的外壳和电压测量装置之间；电压测量装置，用于测量所述气体绝缘开关设备外壳处的电压；测量数据处理系统，用于处理来自所述电压测量装置的测量数据；其中，所述测量系统包括整体地屏蔽所述测量电缆、所述电压测量装置以及所述测量 数据处理系统的屏蔽装置。
2.如权利要求1所述的用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在 于，所述屏蔽装置包括屏蔽所述测量电缆的屏蔽层、屏蔽所述电压测量装置的屏蔽盒以及 屏蔽所述测量数据处理系统的屏蔽箱，所述屏蔽层、所述屏蔽盒和所述屏蔽箱通过带有屏 蔽功能的连接头连接。
3.如权利要求2所述的用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在 于，所述屏蔽层、所述屏蔽盒和所述屏蔽箱是一体成形的。
4.如权利要求2所述的用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在 于，所述带有屏蔽功能的连接头是BNC接头。
5.如权利要求1所述的用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在 于，所述测量数据处理系统使用独立式电源。
6.如权利要求5所述的用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在 于，所述独立式电源包括蓄电池和与所述蓄电池连接的逆变器。
7.如权利要求5所述的用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在 于，所述独立式电源包括太阳能电池和与所述蓄电池连接的逆变器。
8.如权利要求1所述的用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在 于，所述屏蔽装置是通过在柔性绝缘材料中夹置金属屏蔽网络而构成的。
9.如权利要求1所述的用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在 于，所述屏蔽装置是通过在柔性绝缘材料中夹置金属屏蔽层而构成的。
10.如权利要求1所述的用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在 于，所述测量数据处理系统还包括用于将所测量的瞬态电压数据存储在存储器中、并对所测量的数据进行分析的中央处 理单元；用于存储测量数据的存储器；用于对外通信的远程通信单元；其中所述中央处理单元对所测量的数据进行分析，并且响应于所测量的数据通过所述 远程通信单元发送信号。
全文摘要
希望降低测量GIS设备时电磁干扰所带来的不利影响，提高测量的准确性，期望提供一种对于测量GIS设备瞬态外壳电压系统的屏蔽装置。为此，本发明提供了一种用于测量气体绝缘开关设备瞬态外壳电压的系统，其特征在于包括测量电缆，连接在所述气体绝缘开关设备的外壳和电压测量装置之间；电压测量装置，用于测量所述气体绝缘开关设备外壳处的电压；测量数据处理系统，用于处理来自所述电压测量装置的测量数据；其中，所述测量系统包括整体地屏蔽所述测量电缆、所述电压测量装置以及所述测量数据处理系统的屏蔽装置。通过上述技术方案，提供了对于测量GIS设备瞬态外壳电压的屏蔽装置，降低了电磁干扰的影响，提高了测量的准确性。
文档编号G01R1/18GK102121948SQ201010577420
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者崔翔, 张卫东, 戴敏, 李志兵, 胡榕, 陈国强, 陈维江, 齐磊 申请人:中国电力科学研究院, 华北电力大学, 国家电网公司, 国网电力科学研究院