专利名称：一种特高压直流绝缘子泄漏电流测量系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统特高压输电技术领域，具体涉及一种特高压直流绝缘子泄漏电流测量系统，特别适用于特高压强电磁环境下绝缘子泄漏电流的快速安全测量。
背景技术：
随着我国工业的持续快速发展，电网容量的增大和额定电压等级的升高，电力系统输变电设备外绝缘的污闪事故日益突出。由于绝缘子常年运行于不同的地理环境和气候环境中，空气中的尘土、盐碱、工业烟尘等各种微粒沉积在绝缘子外表面就会形成污秽层，在一定气候条件下就会在绝缘子表面产生局部放电，发展到一定程度就会产生闪络。针对我国气候和环境的特殊性，线路电晕特性和电磁环境影响以及高海拔、覆冰、重污秽等恶劣自然条件下的外绝缘特性都需要进行深入的试验研究。绝缘子泄漏电流是指在运行电压作用下污秽受潮时测得的流过绝缘子表面污层的电流。显然，它是电压、气候、污秽三要素的综合反映和最终结果，故称为动态参数。当电压和气候条件一定时，绝缘子表面泄漏电流与污秽严重程度成正比。绝缘子泄漏电流同污闪电压之间存在着明显的确定关系，能够在很大程度上估计和预测绝缘子的污闪电压以及评价绝缘子的污秽水平。对于特高压直流输电线路绝缘子污秽水平测量方法的选择，最好是能够在运行地点模仿实际情况，挂上实际绝缘子并施加运行电压以便观察到染污放电过程。显而易见，泄漏电流法是研究绝缘污秽的最有效方法，通过对绝缘子泄漏电流的测量能有效的评估绝缘子污秽水平，同时绝缘子泄漏电流的变化又反映了绝缘子污秽度的变化过程，所以对绝缘子泄漏电流的研究是绝缘子的污秽研究最直接有效的方法。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种高速、安全、可靠的特高压直流绝缘子泄漏电流测量系统。本发明是通过如下技术方案实现的一种特高压直流绝缘子泄漏电流测量系统，包括测量系统远程端，包括第一供电单元、绝缘子泄漏电流传感器、高速数据采集卡和电光转换单元；所述第一供电单元分别为高速数据采集卡和电光转换单元供电，所述泄漏电流传感器分别与高速数据采集卡的采集通道和第一光电转换单元相连，所述高速数据采集卡对泄漏电流采集装置所测量的泄漏电流信号进行采集，并传至所述电光转换单元转换为数字光信号；测量系统本地端，包括第二供电单元、光电转换单元和计算机显示控制中心；所述第二供电单元为光电转换单元供电，所述光电转换单元将所述远程端的电光转换单元传来的数字光信号转换为数字电信号后，传输至所述计算机显示控制中心进行监测；远程通信模块，用于实现远程端与本地端之间的数据远程传输。
本发明是基于泄漏电流法测量绝缘子污秽状态的有效性，利用虚拟仪器技术和光纤通信技术，提出的一种特高压直流绝缘子泄漏电流测量系统。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果I)该系统可以满足特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流的测量要求，达到高速、安全、可靠的实时测量泄漏电流的目的，还可以快速实时地反映出特高压输电线路绝缘子的污移状态。2)该系统通过高速数据采集卡进行多通道采集泄漏电流，可以实现数据的高速采集和大容量存储，还可以全天候24小时监测泄漏电流变化趋势。3)该系统还考虑防水、防潮和防强电场干扰，达到长时间全天候室外稳定可靠测量的要求，完全能够适用于野外环境下的泄漏电流传感器和独立电源系统供电单元设计。
图1是本发明中的特高压直流绝缘子泄漏电流测量系统总体框图；图2是本发明中的绝缘子泄漏电流传感器的分解结构示意图；图3是本发明中的泄漏电流传感器的内部示意图；图4是本发明中的第一供电单元示意图；图5是本发明中的24V电源转换模块的连接示意图；图6是本发明中的高压杆塔分段电源线的连接示意图； 图中，1-绝缘子泄漏电流传感器，2-高速数据采集卡，3-第一供电单元，4-电光转换单元，5-光电转换单元,6-第二供电单元,7-计算机显示控制中心,8-绝缘子,9-泄露电流传感器，10-内导电层，11-中间绝缘层，12-外导电层，13-传感器测量单元，14-气体放电管，15-瞬变电压抑制二极管(以下简称TVS管)，16-排水孔。
具体实施例方式下面结合附图对本发明测量系统的技术方案做进一步的详细说明。如图1所示，本发明的特高压直流绝缘子泄漏电流测量系统，主要包括绝缘子泄漏电流传感器1、高速数据采集卡2、第一供电单元3、电光转换单元4、光电转换单元5和第二供电单元6。其中，泄漏电流传感器1、高速数据采集卡2、第一供电单元3和电光转换单元4位于远程端；光电转换单元5和第二供电单元6位于本地端；经过电光转换单元4转换后输出的数字光信号通过远程通信模块传输至光电转换单元5进行光电转换，转换后得到的数字电信号通过USB通信传至位于本地的计算机显示控制中心6进行监测。远程通信模块包括光纤，可通过光纤连接电光转换单元4与光电转换单元5，实现远程端与本地端之间的数据远程传输。图2为绝缘子泄漏电流传感器的分解结构示意图，其主要包括待测承重绝缘子8和两个半环形泄漏电流传感器9，可将图中的螺栓焊接在泄漏电流传感器的边缘处，再通过螺栓进行固定。由于绝缘子长期处在野外，表面会有很多污秽，故先将其表面擦拭干净；然后在导电环区域涂上导电胶，以增强绝缘子与导电环的导电性，接着将一对传感器卡入绝缘子的伞片上。半环形传感器对接端处各有两个铜材质的螺孔，待传感器与绝缘子伞面贴平后，可将两根铜螺杆旋入两个半环形传感器相对的螺孔中锁紧，从而将两个半环形传感器固定成一个完整的环形泄漏电流传感器。可通过金属夹将该环形泄漏电流传感器固定在绝缘子的伞片上。图3为半环形泄漏电流传感器的内部结构示意图，每个泄漏电流传感器9均由三层结构构成，由内到外依次为内导电层10、中间绝缘层11、外导电层12。中间绝缘层11内设有传感器测量单元13 ;本例中，传感器测量端13采用三个阻值分别为IkQ、10kQ和100 Ω的电阻串联而成，电阻取值偏大，这是因为绝缘子的绝缘特性所决定的，泄漏电流几乎在纳安级别。电阻分为3个数量级，这是因为泄漏电流变化范围较大，3档可以覆盖所有的范围。为了避免泄漏电流传感器遭受电压击穿的风险，可在传感器测量单元的两端并联有气体放电管14，还可并联有TVS管15 ;为了保证传感器测量单元可以放水、防潮，可在传感器测量单元外部涂抹硅橡胶。内、外导电层10、12上均开设有等距离分布的排水孔16，目的是为了快速排出泄漏电流传感器中的水滴，防止雨水的沉积。图4为第一供电单元设计，其包括地面24V电源转换模块、高压杆塔分段电源线和5V电源转换模块。由于所测绝缘子悬挂于空中，测量系统远程端位于高压杆塔顶端的横梁上，供电只能从地面经由高压杆塔输送。绝缘子附近设有专用配电柜，可提供220V的市电。由于高压杆塔采用金属材质，直接将市电引上杆塔顶端容易引发安全事故。因此，利用两次降压的方法实现供电，首先，经过24V电源转换模块(本例中该模块为开关电源)将市电转化为24V的直流电，保证在人体可承受范围之内；然后，通过高压杆塔分段电源线将24V直流电传输至高压杆塔顶端；最后，经过5V电源转换模块转换后输出5V直流电，同时为高速数据采集卡2和电光转换单元4供电。图5为地面24V电源转换模块设计图。为了实现泄漏电流的24小时全天候监测，可利用高压杆塔附近的配电柜。配电柜内提供220V市电，经过开关电源后，输出双路24V直流电。配电柜内包含两个电源盒，使用两个电源盒是为了防止其中一个供电出现问题，另外一个可作为备用功能，确保供电的不间断。开关电源中输出电压容易发生反射，电压波动范围较大，为了抑制这种现象，串联稳压管。图6为高压杆 塔分段电源线连接示意图。整个电源线分为3段，经过防水插头转接后，可至高压杆塔的顶端。第一段电源线(即图中地面段22m电源线)的两个芯公头端a、b与配电柜内开关电源的两个输出端相接，另一两芯母头端c绑在高压塔塔臂上；第二段电源线(即图中108m电源线)的两芯公头端c’朝下、与第一段电源线的两芯母头端c对接，另一四芯公头端d朝上沿着杆塔至上层横梁；第三段电源线(即图中36m电源线和74m电源线)的四芯母头端d’与第二段电源线的四芯公头端d对接，另两个两芯母头端e、f分别沿横梁南北方向至绝缘子正上方。22m第一段电源线与108m第二段电源线两芯头对接，108m第二段电源线与36m、74m第三段电源线四芯头对接。为了节省电源线的长度和减少工人的扛拉电线重量，采取了南北两侧从地面至塔顶的电源线公用的原则。由两个半环形泄漏电流传感器组成的传感器用于测量绝缘子表面的微弱泄漏电流，输出信号为放大后的电压信号，然后经过高速数据采集卡2快速采集后并存储在内部的缓存模块中。高速数据采集卡2采用USB2. O总线输出，可连接至电光转换单元的USB接口。第一供电单元3同时为高速数据采集卡2和电光转换单元4提供稳定可靠的5V直流供电。本地端由光纤通讯装置本地端和计算机显示控制中心组成。通过光纤通信，将远程端的泄漏电流信号快速安全得传输到本地计算机。最后，实验人员使用上位机软件实现远程实时监控泄漏电流的变化趋势。高速数据采集卡2可使用TIEPIE公司生产HS4高速数据采集卡，其量程范围宽，可测量20mV至80V之间的电压信号；其采集精度高，提供12bit，14bit，16bit分辨率；其采样率最高可至5MS/s，基本覆盖泄漏电流的频谱。本例中适用于特高压直流环境下的绝缘子泄漏电流测量系统，基于虚拟仪器技术和光纤通信技术实现了绝缘子表面泄漏电流的远程实时监测；此外，研制与设计了适宜于野外工作环境下的绝缘子泄漏电流传感器和独立电源供电单元设计；该测量系统可以实现特高压复杂电磁环境下绝缘子泄漏电流信号的高速采集、大容量存储和安全传输。本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种特高压直流绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于，该系统包括 测量系统远程端，包括第一供电单元、绝缘子泄漏电流传感器、高速数据采集卡和电光转换单元；所述第一供电单元分别为高速数据采集卡和电光转换单元供电，所述泄漏电流传感器分别与高速数据采集卡的采集通道和第一光电转换单元相连，所述高速数据采集卡对泄漏电流采集装置所测量的泄漏电流信号进行采集，并传至所述电光转换单元转换为数字光信号； 测量系统本地端，包括第二供电单元、光电转换单元和计算机显示控制中心；所述第二供电单元为光电转换单元供电，所述光电转换单元将所述远程端的电光转换单元传来的数字光信号转换为数字电信号后，传输至所述计算机显示控制中心进行监测；和 远程通信模块，用于实现远程端与本地端之间的数据远程传输。
2.根据权利要求1所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述绝缘子泄漏电流传感器包括绝缘子和两个半环形泄漏电流传感器；两个泄漏电流传感器的对接端分别开设有螺纹孔，所述泄漏电流传感器紧密贴合在所述绝缘子的伞面上，并通过螺杆旋入两个泄漏电流传感器的相对螺纹孔中组成一环形泄漏电流传感器。
3.根据权利要求2所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述两个泄漏电流传感器通过金属夹固定在绝缘子的伞面上。
4.根据权利要求2所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述泄漏电流传感器包括内导电层、中间绝缘层和外导电层； 所述泄漏电流传感器的中间绝缘层内设有传感器测量单元以及与传感器测量单元相并联的限幅保护电路，所述传感器测量单元包括不同电阻值的相互串联的各电阻。
5.根据权利要求4所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述泄漏电流传感器的内、外导电层上设有等间距布置的排水孔。
6.根据权利要求4所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述传感器测量单元的外部涂抹有硅橡胶，所述泄漏电流传感器的内、外导电层表面上涂抹有导电胶。
7.根据权利要求4所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述限幅保护电路包括相互并联气体放电管和瞬变电压抑制二极管。
8.根据权利要求1所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述测量系统远程端安装于高压杆塔顶端的横梁上；所述第一供电单元包括地面24V电源转换模块、高压杆塔分段电源线和5V电源转换模块，所述地面24V电源转换模块将220V市电转换为24V直流电输出，并通过高压杆塔分段电源线将24V直流电传至高压塔顶端，经5V电源转换模块转换后输出5V直流电，同时为测量系统远程端的高速数据采集卡和电光转换单元供电。
9.根据权利要求8所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述地面24V电源转换模块为开关电源；所述地面24V电源转换模块采用双路直流电输出，用于保证供电的稳定可靠。
10.根据权利要求8所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述地面24V电源转换模块的输出端串联有稳压管，用于抑制开关电源输出电压的反射和波动。
11.根据权利要求8所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于，所述高压杆塔分段电源线包括三段 第一段电源线具有两芯公头端和两芯母头端，两个所述两芯公头端分别与所述地面24V直流电模块的两个输出端相连接，所述两芯母头端绑在高压杆塔的塔臂上； 第二段电源线具有两芯公头端和四芯公头端，所述两芯公头端朝下与所述第一段电源线的两芯母头端对接，所述四芯公头端沿着高压杆塔向上至杆塔的横梁处； 第三段电源线具有四芯母头端和两芯母头端，所述四芯母头端与所述第二段电源线的四芯公头端对接，两个所述两芯母头端分别沿横梁的南北方向至绝缘子的正上方。
12.根据权利要求1所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述第二供电单元包括电源转换模块，所述电源转换模块将220V市电转换为5V直流电，为测量系统本地端的第二光电转换单元供电。
13.根据权利要求1所述的特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流测量系统，其特征在于所述泄漏电流采集装置中的高速数据采集卡采用HS4高速数据采集卡，其采用USB2. O总线输出，用于实现数据的高速采集和大容量存储。
全文摘要
本发明提出了一种特高压直流绝缘子泄漏电流测量系统，包括测量系统远程端、测量系统本地端以及实现上述二者之间数据传输的远程通信模块，测量系统远程端包括第一供电单元、绝缘子泄漏电流传感器、高速数据采集卡和电光转换单元，高速数据采集卡对泄漏电流采集装置所测量的泄漏电流信号进行采集，并传至电光转换单元转换为数字光信号；测量系统本地端包括第二供电单元、光电转换单元和计算机显示控制中心，光电转换单元将数字光信号转换为数字电信号后传输至计算机显示控制中心进行监测。该系统可满足特高压直流线段侧绝缘子泄漏电流的测量要求，具有高速、安全、可靠测量以及快速反映绝缘子污秽状态等优点，特别适用于野外环境作业。
文档编号G01R19/25GK103033676SQ20121053514
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者刘元庆, 李炼炼, 陆家榆, 袁海文, 吕建勋, 鞠勇 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司