專利名稱：一種高壓直流輸電晶閘管阻尼回路電流測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于測量測試技術領域，尤其涉及一種高壓直流輸電晶閘管阻尼回路 電流測量裝置。
背景技術：
HVDC換流閥屬吊裝結構，內部由幾十至幾百只晶閘管串聯而成，每只晶閘管兩端 并有RC阻尼回路，起到均壓作用。在進行周期性觸發(fā)、非周期觸發(fā)等試驗時，晶閘管在斷態(tài) 情況下，系統電壓為阻尼電容C充電，在晶閘管觸發(fā)開通過程中，阻尼電容C上所充的高電 壓隨即通過晶閘管放電，相當于給晶閘管施加了正向過沖電流，加大了開通瞬間的電流上 升率(di/dt)，此時，由于晶間管尚未完全導通，過沖電流的注入易燒毀晶間管，存在極大的 安全隱患。目前，確定此電流的方法僅局限于仿真計算，但在試驗中，換流閥位于高電位，其 所處電磁環(huán)境十分惡劣，且易受層層間、層地間的雜散電容、電感的影響，因此仿真計算往 往存在較大誤差，不能滿足工程的實際需要。因此，迫切需要能夠置入閥層內的晶閘管阻尼 回路電流測量裝置，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、測量范圍廣、誤差小、靈敏度 高、穩(wěn)定可靠的高壓直流輸電晶閘管阻尼回路電流測量裝置。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晶閘管阻尼回路電流 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C形磁芯I，所述屏蔽殼II內設有纏繞著線圈II的C形磁芯II、積分電路和分壓器， 所述積分電路的輸入端和屏蔽殼II均與線圈II相連接，所述積分電路的輸出端連接分壓 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均采用C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。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為絕緣材料制成的環(huán)狀結構，所述磁芯 固定件I通過絕緣膠粘接于屏蔽殼I內部，所述磁芯固定件II通過絕緣膠粘接于屏蔽殼II 內部。其中，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II均采用C形結構，所述屏蔽殼I和屏蔽殼II的開 口端對接后通過外部緊固件固定成一環(huán)形屏蔽殼。其中，所述屏蔽殼的內環(huán)中線上設有縫槽，在所述縫槽中嵌入有用于和被測物體 絕緣隔離的絕緣套墊。其中，所述磁芯I上繞制的線圈I匝數為5匝，所述磁芯II上繞制的線圈II匝數 為5匝，所述線圈I和線圈II的匝間距為10mm。[0011]其中，所述積分電路由10個并聯的電阻構成。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3mm，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于 1)該測量裝置的可靠性高、穩(wěn)定性好，測量范圍可達士300A，且具備良好的線性 度；2)該測量裝置頻帶可達40Hz 20MHz，高低頻相應良好，測量最大誤差僅為 0. 48%，遠遠小于高壓測量標準要求的3% ；3)該測量裝置外殼屏蔽性能好，由于在內環(huán)中線的縫槽內嵌入絕緣套墊，使得該 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采用兩個C形構件對接組成的環(huán)形結 構，具有體積小，重量輕的優(yōu)點，該測量裝置通過緊固插件將其嵌套在換流閥閥層內的阻尼 回路導線上，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11，3_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-彈簧，11-端蓋， 12-分壓器輸出端，13-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。本實用新型所述的阻尼回路電流測量裝置采用自積分式Rogowski線圈原理，其 等效電路如圖1所示，在環(huán)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晶閘管阻尼回路 導線上，因此外形設計成對口式結構，該結構體積小，安裝方便。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C形屏蔽殼I Ia和C形磁芯I 2a。屏蔽殼I Ia內設有兩個用于固定磁芯I 2a的磁芯固定件I 6a，該磁芯固定件I通過絕緣膠對稱粘接于屏蔽殼I內，在 磁芯固定件I 6a的前面并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通過絕緣膠粘接于屏蔽殼I Ia內；用一根銅漆包線繞設在磁芯I 2a上，繞制后磁芯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11，將纏 繞有線圈I的磁芯I伸入屏蔽殼I內，并將該磁芯I的兩個短邊穿過磁芯固定件I 6a進行 固定，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11封閉。B部分主要包括C形屏蔽殼II lb、C形磁芯II 2b、積分電路3和分壓器4。屏蔽 殼II Ib內設有兩個用于固定磁芯I 2a的兩個磁芯固定件II 6b，該磁芯固定件II通過絕 緣膠對稱粘接于屏蔽殼II Ib內，本例中緊固插件的插槽7b通過絕緣膠粘接于屏蔽殼II Ib內；用兩根銅漆包線對稱繞設在磁芯II 2b上，繞制后磁芯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11，將纏繞有線圈II的磁芯II伸入屏蔽殼II內，并將 該磁芯II的兩個短邊穿過磁芯固定件II 6b，將兩根銅漆包線首端的兩個線圈II接頭分 別與兩個緊固插件的插槽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12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10和銅片13組成。將上述各部件連接好后，最后將屏蔽 殼II右側的端蓋12封閉。屏蔽殼I Ia和屏蔽殼II Ib采用硬鋁制成，殼厚3mm，可以將外界復雜的電磁干擾 屏蔽掉。本例中在環(huán)形屏蔽殼1的內環(huán)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 3mm厚的絕緣套墊(圖中未畫出)后，再將上述安裝好 的A、B兩部分嵌套在晶閘管阻尼回路導線上，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，最后通過兩個外部緊固件8將A、B兩部分扣緊即可?？劬o 后，屏蔽殼I和屏蔽殼II對接成一環(huán)形屏蔽殼1，磁芯I和磁芯II對接成一環(huán)形磁芯?？p 槽9的作用在于一是保證屏蔽殼內的線圈能夠很好的耦合阻尼回路電流激發(fā)的磁場；二 是切斷屏蔽殼上的感應環(huán)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為絕緣材料制成的環(huán)狀結構，本例中采用環(huán)氧樹脂環(huán)。線圈的設計該測量裝置設計頻帶為40Hz 20MHz，自積分式Rogowski線圈高頻 截至頻率主要取決于線圈與屏蔽殼之間的空間電容Ctl，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于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1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(fā)熱，并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，因此采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C形鐵氧體磁芯形成框架結構，其中C形鐵氧體磁芯I和磁芯II的截面直徑是15. 5mm, 相對磁導率2000。線圈I、II均采用銅漆包線，用一根銅漆包線在磁芯I上繞制的線圈匝 數為5匝磁芯I 2a的兩個短邊上分別纏繞有1匝線圈I、長邊上纏繞有3匝線圈I ；用兩 根銅漆包線在磁芯II上對稱繞制，共纏繞有5匝線圈II 第一根銅漆包線在磁芯II的一 個短邊上纏繞1匝線圈II、長邊上纏繞2匝線圈II，第二根銅漆包線在磁芯II的另一個短 邊和長邊上分別纏繞1匝線圈II ；線圈I和線圈II的匝間距為8mm均勻繞制，線圈I與屏蔽殼I的間距以及所述線圈II與屏蔽殼II的間距均為5mm。積分電路3的設計如果采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只1Ω電阻并聯成0. 1Ω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，以上設計的阻尼回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(wěn)定性好等優(yōu)點，該裝置的 測量范圍為士 300A，頻 帶為40Hz 20MHz，靈敏度為10mV/kA，最大誤差為0. 48%。該測量裝置在使用時，需先通過緊固插件將整個裝置嵌套在換流閥閥層內的晶閘 管阻尼回路導線上，再將換流閥的銅排插入到環(huán)形屏蔽殼1的內環(huán)中，銅排與嵌入縫槽9中 的絕緣套墊相觸接，即可實現該裝置對通過敬祖管阻尼回路中電流的監(jiān)測，當該裝置測量 的電流超過晶閘管所能承受的范圍時，便啟動保護裝置對晶閘管進行保護，一般流過晶閘 管阻尼回路的過電流為士5Ka，該測量裝置的結構設計使得其測量范圍為士300A，可大大 延長該測量裝置的使用壽命。最后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，盡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 型精神和范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范圍當中。
權利要求一種高壓直流輸電晶閘管阻尼回路電流測量裝置，其特征在于該測量裝置包括由屏蔽殼I(1a)和屏蔽殼II(1b)構成的屏蔽殼(1)，所述屏蔽殼I(1a)內設有纏繞著線圈I(5a)的C形磁芯I(2a)，所述屏蔽殼II(1b)內設有纏繞著線圈II(5b)的C形磁芯II(2b)、積分電路(3)和分壓器(4)，所述積分電路的輸入端和屏蔽殼II(1b)均與線圈II(5b)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(12)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(10)和銅片(13)組成。
2.根據權利要求1所述的阻尼回路電流測量裝置，其特征在于所述磁芯I(2a)和磁 芯II (2b)均采用C形鐵氧體磁芯，所述屏蔽殼I (la)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)。
3.根據權利要求2所述的阻尼回路電流測量裝置，其特征在于所述屏蔽殼(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所述的阻尼回路電流測量裝置，其特征在于所述磁芯固定件I(6a) 和磁芯固定件II (6b)為絕緣材料制成的環(huán)狀結構，所述磁芯固定件I (6a)通過絕緣膠粘接 于屏蔽殼I(Ia)內部，所述磁芯固定件II (6b)通過絕緣膠粘接于屏蔽殼II (lb)內部。
5.根據權利要求4所述的阻尼回路電流測量裝置，其特征在于所述屏蔽殼I(Ia)和 屏蔽殼II (Ib)均采用C形結構，所述屏蔽殼I(Ia)和屏蔽殼II (Ib)的開口端對接后通過 外部緊固件(8)固定成一環(huán)形屏蔽殼(1)。
6.根據權利要求5所述的阻尼回路電流測量裝置，其特征在于所述屏蔽殼(1)的內 環(huán)中線上設有縫槽(9)，在所述縫槽中嵌入有用于和被測物體絕緣隔離的絕緣套墊。
7.根據權利要求6所述的阻尼回路電流測量裝置，其特征在于所述磁芯I(2a)上繞 制的線圈I (5a)匝數為5匝，所述磁芯II (2b)上繞制的線圈II (5b)匝數為5匝，所述線圈 I (5a)和線圈II (5b)的匝間距為10mm。
8.根據權利要求7所述的阻尼回路電流測量裝置，其特征在于所述積分電路(3)由 10個并聯的電阻構成。
9.根據權利要求8所述的阻尼回路電流測量裝置，其特征在于所述分壓器(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。
10.根據權利要求9所述的阻尼回路電流測量裝置，其特征在于所述磁芯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于測量測試技術領域，尤其涉及一種高壓直流輸電晶閘管阻尼回路電流測量裝置。該裝置包括由屏蔽殼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C形磁芯I，蔽殼II內設有纏繞著線圈II的C形磁芯II、積分電路和分壓器，積分電路的輸入端和屏蔽殼II均與線圈II相連接，分電路的輸出端連接分壓器，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。該阻尼回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(wěn)定性好等優(yōu)點，該裝置的測量范圍為±300kA，頻帶為40Hz～20MHz，靈敏度為10mV/kA，最大誤差為0.48％。
文檔編號H01F3/00GK201773134SQ20102024330
公開日2011年3月23日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權日2010年6月25日
發(fā)明者張春雨, 李成榕, 李躍, 王高勇, 程養(yǎng)春 申請人:中國電力科學研究院;華北電力大學