專利名稱：船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動(dòng)錄波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及供電網(wǎng)絡(luò)故障錄波技術(shù)，具體地指一種船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電 流自動(dòng)錄波裝置。
背景技術(shù)：
短路電流波形的測(cè)量及記錄是進(jìn)行電網(wǎng)短路故障分析的重要基礎(chǔ)，也是進(jìn)行電網(wǎng) 安全性優(yōu)化設(shè)計(jì)和短路保護(hù)參數(shù)重新整定的關(guān)鍵依據(jù)。電網(wǎng)短路故障是一個(gè)隨機(jī)發(fā)生的電 磁暫態(tài)過(guò)程，短路電流自動(dòng)錄波裝置要求能夠自動(dòng)檢測(cè)短路故障，并自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)短路故 障前及短路故障后一段時(shí)間內(nèi)的電流變化參數(shù)，唯有如此，才能真實(shí)還原完整的短路故障 全過(guò)程。因此，錄波裝置的短路故障檢測(cè)及短路電流波形記錄必須有極高的響應(yīng)速度。相對(duì)于陸上交流高壓大電網(wǎng)(電壓等級(jí)為數(shù)十千伏至數(shù)百千伏)，船舶直流幅壓電 網(wǎng)的電壓等級(jí)較低(一般為數(shù)百伏至上千伏)、輸電距離短、電纜線徑粗，其短路電流上升速 度快、電流幅值大，在數(shù)百μ s至數(shù)ms的極短時(shí)間內(nèi)可超過(guò)上百kA，尤其在短路的初期，電 流上升率最大，其短路電流波形類似于脈沖大電流的上升沿部分。另外，在短路期間，由于 電壓和電流劇烈變化，還會(huì)引起強(qiáng)烈的電磁干擾。如果能對(duì)短路電流的上升率進(jìn)行測(cè)量，那么在短路的初期就可檢測(cè)到故障，并啟 動(dòng)錄波，保證短路波形記錄的完整性。傳統(tǒng)的短路電流自動(dòng)錄波裝置一般采用電磁式電流互感器、分流器或者霍爾傳感 器測(cè)量短路電流。其中，電磁式電流互感器測(cè)量頻帶窄、易出現(xiàn)磁飽和，當(dāng)一次側(cè)電流變化 過(guò)快時(shí)，電磁式電流互感器的二次側(cè)電流往往失真嚴(yán)重，嚴(yán)重影響測(cè)量的精確性；而分流器 的一次和二次側(cè)沒(méi)有隔離，不利于屏蔽電磁干擾，且體積較大；霍爾傳感器雖然實(shí)現(xiàn)了電氣 隔離，測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快，但仍無(wú)法直接測(cè)量電流上升率，且需要直流電源供電。更重 要的是，上述傳統(tǒng)測(cè)量元件都無(wú)法直接測(cè)得短路電流上升率，必須通過(guò)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行處理， 這會(huì)導(dǎo)致短路故障檢測(cè)時(shí)間的滯后。因此，普通的錄波裝置無(wú)法滿足直流幅壓電網(wǎng)短路電 流測(cè)量及波形記錄的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動(dòng) 錄波裝置，能夠通過(guò)直接測(cè)量短路電流上升率來(lái)進(jìn)行短路故障檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)了短路全過(guò)程 電流波形的高速采樣和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)具備很強(qiáng)的抗電磁干擾能力。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的一種船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動(dòng)錄 波裝置，包括設(shè)置于電網(wǎng)主回路的霍爾型電流傳感器，其特別之處在于它還包括Rogowski線圈電流傳感器，設(shè)置于電網(wǎng)主回路，用于測(cè)量電網(wǎng)主回路的電流上升 率；自動(dòng)錄波儀，與Rogowski線圈電流傳感器的信號(hào)輸出端連接，用于接收Rogowski 線圈電流傳感器測(cè)得的電流上升率測(cè)量信號(hào)，自動(dòng)錄波儀還與霍爾型電流傳感器的信號(hào)輸出端和電源接口連接，用于接收霍爾型電流傳感器測(cè)得的電流波形測(cè)量信號(hào)并為霍爾型電 流傳感器供電；電源，與自動(dòng)錄波儀的電源接口連接，用于為自動(dòng)錄波儀供電。上述技術(shù)方案中，所述自動(dòng)錄波儀包括DSP處理器，所述Rogowski線圈電流傳感器的信號(hào)輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸入電路模 塊和高速A/D轉(zhuǎn)換模塊與DSP處理器的信號(hào)輸入端連接，用于接收電流上升率測(cè)量信號(hào)并 判斷短路故障；所述霍爾型電流傳感器的信號(hào)輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸入電路模塊和高速A/D 轉(zhuǎn)換模塊與DSP處理器的信號(hào)輸入端連接，用于接收并臨時(shí)儲(chǔ)存電流波形測(cè)量信號(hào)；專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，與DSP處理器連接，用于存儲(chǔ)短路故障前后的電流波形測(cè)量信 號(hào)；精密時(shí)鐘，與DSP處理器連接，用于提供時(shí)鐘信號(hào)；電源模塊，外接電源，并與DSP處理器和霍爾型電流傳感器連接，用于為DSP處理 器和霍爾型電流傳感器供電；通信接口電路，與DSP處理器連接，用于提取錄波數(shù)據(jù)。上述技術(shù)方案中，所述電源為蓄電池電源。上述技術(shù)方案中，所述Rogowski線圈電流傳感器包括采樣電路和取樣電路，所 述采樣電路套設(shè)于電網(wǎng)主回路，采樣電路由環(huán)形非磁性骨架和Rogowski線圈構(gòu)成，所述 Rogowski線圈為均勻密繞在環(huán)形非磁性骨架上的空心螺線管。本實(shí)用新型的有益效果在于1)采用了 Rogowski線圈電流傳感器，能夠直接測(cè)量 船舶電網(wǎng)的電流上升率，從而在短路前期發(fā)現(xiàn)短路故障并進(jìn)行響應(yīng)，且Rogowski線圈電流 傳感器不含鐵心，無(wú)磁滯飽和問(wèn)題，響應(yīng)頻帶寬、測(cè)量范圍大；2)自動(dòng)錄波儀能夠?qū)崟r(shí)將電 流波形測(cè)量信號(hào)記錄在內(nèi)部緩存中，并在短路故障后將電流波形測(cè)量信號(hào)記錄并存入專用 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的同時(shí)，將內(nèi)部緩存中、短路故障前一段時(shí)間的電流波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存入專用數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器，從而得到完整的短路電流波形數(shù)據(jù)；3) Rogowski線圈電流傳感器、霍爾型電流傳 感器和獨(dú)立的蓄電池電源供電等均實(shí)現(xiàn)了與直流幅壓電網(wǎng)主回路的電氣隔離，使錄波裝置 免受電磁干擾的影響。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為Rogowski線圈電流傳感器的測(cè)量原理圖。圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1和圖3所示，本實(shí)用新型的一種船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動(dòng)錄波裝置， 包括Rogowski線圈電流傳感器、霍爾型電流傳感器、自動(dòng)錄波儀和蓄電池電源。其中=Rogowski線圈電流傳感器設(shè)置于電網(wǎng)主回路，用于測(cè)量電網(wǎng)主回路的電流 上升率。Rogowski線圈電流傳感器包括采樣電路和取樣電路，采樣電路套設(shè)于電網(wǎng)主回路。 采樣電路由環(huán)形非磁性骨架和Rogowski線圈構(gòu)成，如圖2所示，Rogowski線圈實(shí)際上是均勻密繞在一個(gè)環(huán)形非磁性骨架上的空心螺線管，被測(cè)電流主回路從上述環(huán)形非磁性骨架中 穿過(guò)。當(dāng)被測(cè)電流發(fā)生變化時(shí)，Rogowski線圈感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)只與線圈尺寸、 匝數(shù)及被測(cè)電流變化率有關(guān)。因此，Rogowski線圈電流傳感器的輸出電壓信號(hào)正比于被測(cè) 電流的變化率。高精度快速響應(yīng)型的霍爾型電流傳感器也設(shè)置于電網(wǎng)主回路，用于實(shí)時(shí)獲取電網(wǎng) 主回路的電流波形測(cè)量信號(hào)。自動(dòng)錄波儀包括DSP處理器和分別與DSP處理器連接的專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、精密時(shí) 鐘、電源模塊和通信接口電路。上述Rogowski線圈電流傳感器的信號(hào)輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸 入電路模塊和高速A/D轉(zhuǎn)換模塊與DSP處理器的信號(hào)輸入端連接，DSP處理器接收電流上 升率測(cè)量信號(hào)并判斷短路故障。上述霍爾型電流傳感器的信號(hào)輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸入電路 模塊和高速A/D轉(zhuǎn)換模塊與DSP處理器的信號(hào)輸入端連接，DSP處理器接收并臨時(shí)儲(chǔ)存電 流波形測(cè)量信號(hào)。專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)短路故障前后的電流波形測(cè)量信號(hào)。精密時(shí)鐘 用于提供時(shí)鐘信號(hào)。電源模塊外接電源，并與DSP處理器和霍爾型電流傳感器連接，用于為 DSP處理器和霍爾型電流傳感器供電。通信接口電路則用于提取錄波數(shù)據(jù)。蓄電池電源與自動(dòng)錄波儀的電源模塊連接，用于為自動(dòng)錄波儀供電。本自動(dòng)錄波裝置的工作原理為自動(dòng)錄波儀接收Rogowski線圈電流傳感器的輸 出信號(hào)，根據(jù)電流上升率測(cè)量信號(hào)，判斷是否發(fā)生了短路故障；當(dāng)無(wú)短路故障時(shí)，自動(dòng)錄波 儀采集霍爾型電流傳感器的電流波形測(cè)量信號(hào)，記錄在DSP處理器的內(nèi)部緩存中，數(shù)據(jù)記 錄采用“先進(jìn)先出”原則，緩存寫(xiě)滿后則從前往后自動(dòng)覆蓋；發(fā)生短路的瞬間，電流上升率超 過(guò)短路整定值，自動(dòng)錄波儀判斷發(fā)生短路故障，立即啟動(dòng)記錄存儲(chǔ)功能，將霍爾型電流傳感 器測(cè)量的電流波形測(cè)量信號(hào)記錄并存入專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，同時(shí)將內(nèi)部緩存中記錄的故障 前一段時(shí)間的電流波形測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)也轉(zhuǎn)存入專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，組成完整的短路電流波 形；短路故障切除后，專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器停止存儲(chǔ)，恢復(fù)成無(wú)短路電流的工作狀態(tài)。需要提取 短路電流波形數(shù)據(jù)進(jìn)行電網(wǎng)事故分析時(shí)，通過(guò)自動(dòng)錄波儀的通信接口電路讀取專用數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)即可。船舶直流幅壓電網(wǎng)短路期間，電壓電流變化劇烈，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾現(xiàn)象，短 路電流自動(dòng)錄波裝置工作在這種環(huán)境中，對(duì)其抗電磁干擾能力要求很高。而本實(shí)用新型的 裝置采用的Rogowski線圈電流傳感器、霍爾型電流傳感器均同直流幅壓電網(wǎng)主回路實(shí)現(xiàn) 了電氣隔離，并由獨(dú)立的蓄電池電源供電，自動(dòng)錄波儀內(nèi)的電路系統(tǒng)采用浮地技術(shù)，電路板 均封裝于密閉金屬盒內(nèi)，對(duì)外接口采用光電隔離技術(shù)。通過(guò)這些技術(shù)措施，最大程度提高了 本錄波裝置的抗電磁干擾能力。
權(quán)利要求1.一種船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動(dòng)錄波裝置，包括設(shè)置于電網(wǎng)主回路的霍爾型電 流傳感器，其特征在于它還包括Rogowski線圈電流傳感器，設(shè)置于電網(wǎng)主回路，用于測(cè)量電網(wǎng)主回路的電流上升率；自動(dòng)錄波儀，與Rogowski線圈電流傳感器的信號(hào)輸出端連接，用于接收Rogowski線圈 電流傳感器測(cè)得的電流上升率測(cè)量信號(hào)，自動(dòng)錄波儀還與霍爾型電流傳感器的信號(hào)輸出端 和電源接口連接，用于接收霍爾型電流傳感器測(cè)得的電流波形測(cè)量信號(hào)并為霍爾型電流傳 感器供電；電源，與自動(dòng)錄波儀的電源接口連接，用于為自動(dòng)錄波儀供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動(dòng)錄波裝置，其特征在于所 述自動(dòng)錄波儀包括DSP處理器，所述Rogowski線圈電流傳感器的信號(hào)輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸入電路模塊和 高速A/D轉(zhuǎn)換模塊與DSP處理器的信號(hào)輸入端連接，用于接收電流上升率測(cè)量信號(hào)并判斷 短路故障；所述霍爾型電流傳感器的信號(hào)輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸入電路模塊和高速A/D轉(zhuǎn)換 模塊與DSP處理器的信號(hào)輸入端連接，用于接收并臨時(shí)儲(chǔ)存電流波形測(cè)量信號(hào)；專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，與DSP處理器連接，用于存儲(chǔ)短路故障前后的電流波形測(cè)量信號(hào)；精密時(shí)鐘，與DSP處理器連接，用于提供時(shí)鐘信號(hào)；電源模塊，外接電源，并與DSP處理器和霍爾型電流傳感器連接，用于為DSP處理器和 霍爾型電流傳感器供電；通信接口電路，與DSP處理器連接，用于提取錄波數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動(dòng)錄波裝置，其特征在于 所述電源為蓄電池電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動(dòng)錄波裝置，其特征在于 所述Rogowski線圈電流傳感器包括采樣電路和取樣電路，所述采樣電路套設(shè)于電網(wǎng)主回 路，采樣電路由環(huán)形非磁性骨架和Rogowski線圈構(gòu)成，所述Rogowski線圈為均勻密繞在環(huán) 形非磁性骨架上的空心螺線管。
專利摘要一種船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動(dòng)錄波裝置，包括設(shè)置于電網(wǎng)主回路的霍爾型電流傳感器，其特別之處在于它還包括Rogowski線圈電流傳感器，設(shè)置于電網(wǎng)主回路，用于測(cè)量電網(wǎng)主回路的電流上升率；自動(dòng)錄波儀，與Rogowski線圈電流傳感器的信號(hào)輸出端連接，用于接收Rogowski線圈電流傳感器測(cè)得的電流上升率測(cè)量信號(hào)，自動(dòng)錄波儀還與霍爾型電流傳感器的信號(hào)輸出端和電源接口連接，用于接收霍爾型電流傳感器測(cè)得的電流波形測(cè)量信號(hào)并為霍爾型電流傳感器供電；電源，與自動(dòng)錄波儀的電源接口連接，用于為自動(dòng)錄波儀供電。本裝置通過(guò)直接測(cè)量短路電流上升率進(jìn)行短路故障檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了短路全過(guò)程電流波形的高速采樣和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)具備很強(qiáng)的抗電磁干擾能力。
文檔編號(hào)G01R15/18GK201886112SQ20102064874
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者夏偉, 寧鷗, 王云鶴, 范則陽(yáng), 陽(yáng)世榮 申請(qǐng)人:中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心