專利名稱：雙極高壓直流(hvdc)輸電設(shè)備的一個電極導(dǎo)線的電監(jiān)測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙極高壓直流輸電設(shè)備的一個電極導(dǎo)線的監(jiān)測方法及裝置，其中電極導(dǎo)線從一個分支點分為兩個導(dǎo)線。
一個借助高壓直流傳輸電力的設(shè)備包括兩個變流器站，它們通過一根直流導(dǎo)線彼此相連接。在所謂單極直流輸電情況下，這兩個變流器站通過單個直流導(dǎo)線彼此相連接，其中返回電流通過大地傳導(dǎo)。在每個站中一個直流電極將借助良好的接地端子接地。通常該接地端子被設(shè)置在離變流器站一定距離處及通過一個導(dǎo)線連接到該站，它被稱為電極導(dǎo)線。通常則希望或必需使接地端子設(shè)置在離該站直至百公里的遠距離處。
在所謂雙極直流輸電情況下這兩個站通過兩個直流導(dǎo)線彼此相連接，以致在正常運行時直流電流不需要通過地返回。出于不同的原因，主要是為了在一個變流器故障時能使設(shè)備以單極運行，在雙極直流輸電情況下變流器站也設(shè)有一個接地端子，它通過一個電極導(dǎo)線連接到站。
電極導(dǎo)線對地絕緣并通常由一根導(dǎo)線組成，它被掛在絕緣子上。盡管通常與設(shè)備中其它電壓相比電極導(dǎo)線及地之間的電壓小，但電極導(dǎo)線的接地故障將會產(chǎn)生傷害人員或其它設(shè)備部件損壞、如電腐蝕損壞的危險。因此需要能盡可能快及可靠地發(fā)現(xiàn)接地故障及導(dǎo)線破裂，包括高歐姆接地故障在內(nèi)。
為了確定一個電極導(dǎo)線的接地故障，有人已建議使用一種差分保護裝置。在這種保護裝置中將檢測電極導(dǎo)線兩端的電流，及在兩個檢測電流之間具有差值就意味著存在接地故障。但是這種保護裝置具有各種缺點。它需要在電極導(dǎo)線兩個端部之間的通信聯(lián)系，因此成本昂貴，尤其是與長的電極導(dǎo)線連接的情況。這種保護裝置也不能對在電極導(dǎo)線中不引起電流的這種接地故障起反應(yīng)，通常兩極傳輸?shù)姆枪收线\行就是這種情況。同樣在這種情況下，即當(dāng)在電極導(dǎo)線中不流過直流電流的情況下，不對稱的電流可能引起在導(dǎo)線中形成危險電壓。
有人還建議，這樣地確定電極導(dǎo)線的接地故障，即在變流器站中對導(dǎo)線供給確定頻率的交流電流信號或交流電壓信號。在此情況下在導(dǎo)線兩端設(shè)置抑制濾波器，其中該濾波器被調(diào)整在輸入信號的頻率上。一個阻抗測量機構(gòu)用于測量輸入點上供電頻率下電極導(dǎo)線對地的阻抗。這樣檢測的阻抗變化是接地故障的標志。該方法在較短的電極導(dǎo)線的情況下能很好地工作，但在長電極導(dǎo)線情況下顯示出缺點。為了識別導(dǎo)線故障必需這樣選擇測量頻率，即導(dǎo)線長度小于波長的四分之一。由于該原因，在較長電極導(dǎo)線的情況下將會選擇這樣低的頻率，即該頻率存在著危險它會使測量受電網(wǎng)頻率或電網(wǎng)頻率低次諧波的干擾。此外，在低頻的情況下，設(shè)在電極導(dǎo)線兩端且必需測量電極導(dǎo)線中最大電流的抑制濾波器將很大及昂貴。
在EP 0360109 B1中描述了一種開頭所述類型的電極導(dǎo)線的保護裝置，其中在長電極導(dǎo)線的情況下也使用高的測量頻率，由此使抑制濾波器的尺寸及成本以及受電網(wǎng)頻率和其諧波干擾的危險可顯著地減小。為了避免電極導(dǎo)線上的靜止波，抑制濾波器在相對供入點的電極導(dǎo)線另一端上設(shè)有電阻元件，它們具有這樣的電阻值，即該濾波器應(yīng)與電極導(dǎo)線的波阻抗相適配。以此方式可避免電極導(dǎo)線另一端部上的磁路信號被反射。
由US-PS 5,083,086公知了一種對一個電纜中故障點定位的方法。在該方法中為了確定故障點維修技術(shù)人員將這樣實施該方法，其中首先使故障電纜斷電，即電纜不處于工作。其次，在斷電的電纜一端連接一個裝置，用它來執(zhí)行確定故障點的該方法。該裝置向電纜輸入第一電脈沖并記錄接收的反射信號。然后升高連接在斷電的電纜上的電壓，向電纜輸入第二脈沖及記錄接收的反射信號。通過供給電壓的升高將改變電纜中故障點處的阻抗，以致可接收到反射信號，它能明確地給出故障點。記錄的回波信號被彼此相比較，借助該差值及檢測的傳送時間可計算出電纜中的故障點。
由更早一些的德國專利申請196 50 974.2公開了用于檢測一種高壓直流輸電設(shè)備(HG設(shè)備)中電極導(dǎo)線的狀態(tài)的一種方法和裝置，該HG設(shè)備是一種雙極HG設(shè)備。在該狀態(tài)檢測方法中，將第一脈沖輸入電極導(dǎo)線的第一端部并檢測該導(dǎo)線的回波信號。然后在導(dǎo)線的第一端部輸入第二脈沖并檢測它的回波信號。接著將這兩個回波信號彼此相比較。當(dāng)這兩個回波信號相偏移和/或相一致時產(chǎn)生一個相應(yīng)的報警信號。這些方法步驟被繼續(xù)重復(fù)，直至產(chǎn)生一個故障信號。通過該報警信號將停止該狀態(tài)檢測方法。借助記錄的回波信號可求得故障點。對于不同工作狀態(tài)的故障回波信號與儲存的回波信號的比較能夠很快地確定故障(接地，導(dǎo)線斷開…)。
用于檢測電極導(dǎo)線狀態(tài)的裝置具有一個脈沖發(fā)生器，一個求值裝置以及一個耦合單元。通過該耦合單元使脈沖發(fā)生器的脈沖輸入電極導(dǎo)線并使其回波信號傳送到求值裝置之中。該用于檢測電極導(dǎo)線狀態(tài)的裝置被連接到電極導(dǎo)線的第一端部。該電極導(dǎo)線的第二端部與地電位相連接。為了使電脈沖不進入HG設(shè)備而僅進入電極導(dǎo)線的待監(jiān)測區(qū)段，在電極導(dǎo)線的端側(cè)設(shè)有阻尼機構(gòu)。求值裝置包括一個比較器，一個存儲器及一個釋放裝置。脈沖發(fā)生器與一時鐘同步地產(chǎn)生具有直流分量的矩形脈沖，它持續(xù)地被輸入到電極導(dǎo)線中直到出現(xiàn)一個故障信號為止。
所述方法允許在HG設(shè)備工作時簡單地識別故障，而不必需使用現(xiàn)有的測量信號。因此該方法能自足地工作。因為在無故障的情況下，地參與傳導(dǎo)脈沖，回波信號影響起伏的地導(dǎo)電性能及由此影響可靠地識別故障。此外，在直流脈沖方式中由脈沖引起的電磁能量的輻射相當(dāng)大。另一缺點在于，在電極導(dǎo)線兩端，衰減器必需串聯(lián)連接到電極導(dǎo)線中。由此在現(xiàn)有的HG設(shè)備中用于補充安裝的費用相當(dāng)高。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于監(jiān)測雙極HG設(shè)備的電極導(dǎo)線的方法和裝置，它不再具有上面提到的在先有技術(shù)中出現(xiàn)的缺點。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的將用權(quán)利要求1和11中的特征來實現(xiàn)。
通過由一個對地不對稱脈沖產(chǎn)生出一個推挽方式的對地對稱脈沖并使其輸入到電極導(dǎo)線的兩根導(dǎo)線中，地幾乎不再參與該脈沖的傳送，因此，根據(jù)本發(fā)明的方法幾乎與強烈擺動的地導(dǎo)電率無關(guān)。另一優(yōu)點在于，相對同相方式電磁能量形式的輻射明顯地減小，此外，推挽方式引起很小的導(dǎo)電衰減，因此在較小的回波信號偏移的同時具有大的系統(tǒng)有效范圍。
但推挽方式的重要優(yōu)點是相對同相方式具有完全的去耦。而來自HG設(shè)備的干擾信號僅能在同相方式中傳播，因為在分支點的該側(cè)上電極導(dǎo)線結(jié)合成一個導(dǎo)線，因此電磁場僅可存在于該導(dǎo)線及地之間。來自HG設(shè)備的干擾信號約以光速在電極導(dǎo)線上傳播，在分支點上幾乎幅值及相位相同地分配，然后在兩個波導(dǎo)、即導(dǎo)線-地和地-導(dǎo)線上傳播到電極導(dǎo)線遠離設(shè)備的端部。但在離分支點相同距離的輸入端子之間該干擾信號不能產(chǎn)生出任何電壓，因此由該監(jiān)測HG設(shè)備中電極導(dǎo)線的方法獲得了一種理想的、與頻率無關(guān)的去耦。另一方面由于電極導(dǎo)線的互換性，以推挽方式輸入到輸入端子的信號不會到達HG設(shè)備，因此該方法與HG設(shè)備的偶然電路狀態(tài)無關(guān)。
為使推挽方式的信號能輸入到由兩個導(dǎo)線組成的電極導(dǎo)線中，對于該方式必需使分支點上的短路變得不起作用。這例如可這樣地實現(xiàn)，即輸入端子及分支點之間總有一個大電感的線圈串聯(lián)在電極導(dǎo)線中。因為在單極工作中大數(shù)量級kA的電流將流過電極導(dǎo)線，對此所需的兩個線圈必需對于該電流來設(shè)計。
在所述方法的一個有利構(gòu)型中，推挽方式的輸入不需要用如所述線圈這類元件來實施。當(dāng)輸入點處于離分支點一個確定距離上，且該距離約相應(yīng)于產(chǎn)生的不對稱脈沖的中間頻率的自由空間波長的四分之一時，這便可實現(xiàn)。在該頻率上分支點處的短路被變換成輸入端子上的空載，及在相鄰頻率上該短路被變換成高歐姆電抗，它被看成在輸入端子上與導(dǎo)線的波阻并聯(lián)連接。
該方法的另一優(yōu)點在于，該監(jiān)測方法能獨立地適應(yīng)不同的工作條件。它是這樣實現(xiàn)的，即根據(jù)一個被記錄的實際回波曲線及一個被記錄的、被構(gòu)成的動態(tài)給定回波曲線來產(chǎn)生回波差值曲線。通過使用動態(tài)的、在時間上變化的給定回波曲線便可在該監(jiān)測方法中結(jié)合考慮譬如季節(jié)對電極導(dǎo)線的影響，以致可明確地求得故障。
如果產(chǎn)生了一個故障信號，則可結(jié)束該監(jiān)測方法。為此將中止或關(guān)斷脈沖的發(fā)生。
在一個有利的方法中，一個預(yù)定的靜態(tài)給定回波曲線被一個在其上方及下方跟隨的邊界曲線所確定的容許幅帶覆蓋?，F(xiàn)在則可借助該交替給定回波曲線來檢驗所構(gòu)成的動態(tài)給定回波曲線，看是否該動態(tài)給定回波曲線有至少一個幅值位于靜態(tài)給定回波曲線的容許幅帶的外面。如果在一個預(yù)定時間間隔內(nèi)這至少出現(xiàn)了一次，則產(chǎn)生一個故障信號，及結(jié)束該監(jiān)測方法。通過使用預(yù)定的靜態(tài)給定回波曲線可以測出電極導(dǎo)線監(jiān)測裝置中的故障，當(dāng)它緩慢出現(xiàn)時，則將歸入隨時間變化的工作條件中。
在另一有利的方法中，動態(tài)給定回波曲線由至少兩個時間上相繼的實際回波曲線的中值來構(gòu)成，即始終由預(yù)定數(shù)目的時間上相繼的實際回波曲線構(gòu)成一個中值被作為動態(tài)給定回波曲線被存儲。由此在有每個新的實際回波曲線時將一個新的中值作為動態(tài)給定回波曲線存儲。但僅當(dāng)回波差值曲線求值時未產(chǎn)生任何報警信號的情況下才是這樣的。
所述用于監(jiān)測一個雙極HG設(shè)備中一根電極導(dǎo)線的監(jiān)測方法的其它有利構(gòu)型由從屬權(quán)利要求5至10給出。
在本發(fā)明用于監(jiān)測一個雙極HG設(shè)備中一根電極導(dǎo)線的裝置中，除了有一個具有一個脈沖發(fā)生器和一個接收裝置的脈沖回波監(jiān)測裝置之外，還設(shè)有一個輸入裝置，該裝置的輸出側(cè)與電極導(dǎo)線的兩個導(dǎo)線的一個輸入端子相連接，由此，將使一個由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的對地不對稱脈沖形成一個推挽方式的對地對稱脈沖。脈沖回波監(jiān)測裝置與輸入裝置的輸入端相連接。該輸入電路在輸入側(cè)具有一個脈沖變換裝置及在輸出側(cè)具有兩個耦合電容器，每個電容器使脈沖變換裝置的輸出端與一個輸入端子相連接。
通過輸入裝置的該構(gòu)型，一方面將由脈沖發(fā)生器的對地不對稱的脈沖產(chǎn)生出一個對地對稱的脈沖，由此形成了上述推挽方式相對同相方式的優(yōu)點，另一方面使來自HG設(shè)備的干擾經(jīng)過極強的衰減后才傳輸?shù)浇邮昭b置。
在輸入裝置的一個有利構(gòu)型中，脈沖變換裝置設(shè)有具有一個低壓線圈及兩個高壓線圈的一個隔離變壓器，兩個線圈及兩個放電器，其中每個線圈及每個放電器與一個高壓線圈并聯(lián)。兩個高壓線圈的連接點與電位相連接。這兩個耦合電容器與兩個線圈構(gòu)成兩個高通濾波器，它們各被調(diào)整在發(fā)生的脈沖的中心頻率上。在瞬時干擾(雷擊)時放電器將保護隔離變壓器免于過電壓。
在一個有利的裝置中，脈沖發(fā)生器具有兩個電壓源，兩個電容器，兩個開關(guān)，兩個電阻及一個用于開關(guān)的操作裝置，其中每個電容器借助一個電阻與一個電壓源形成導(dǎo)電連接。這兩個電容器的連接點與兩個電壓源的連接點均與地電位相連接。這兩個電容器各通過一個開關(guān)與脈沖發(fā)生器的輸出端相連接，其中操作裝置與脈沖發(fā)生器的控制輸出端相連接。借助這樣一種脈沖發(fā)生器可用簡單方式產(chǎn)生出在其中心頻率上具有高頻譜分量的、無直流的窄帶方波脈沖。
原則上在所述監(jiān)測方法中也可使用另外的具有所述頻譜特性的脈沖形狀。例如也可使用相對時間軸對稱分布的鋸齒波脈沖。但這種脈沖的產(chǎn)生成本較高。
在另一有利的實施形式中，接收裝置具有一個回波信號實時記錄裝置，一個計算單元，一個主存儲器及輸入接口和輸出接口，其中接收裝置的控制輸入端與回波信號實時記錄裝置的控制輸入端相連接。計算單元與主存儲器，實時記錄裝置及接口相連接。實時記錄裝置的信號輸入端與接收裝置的輸入端相連接，其中一個上級設(shè)備控制裝置在輸入側(cè)及輸出側(cè)與輸入接口及輸出接口相連接。
通過脈沖發(fā)生器的控制輸出端與實時記錄裝置的控制輸入端的連接將使該裝置在脈沖發(fā)生器發(fā)送脈沖時被觸發(fā)。因此回波信號可在預(yù)定的時間中被記錄，即接收裝置的該部分可在線地工作。被記錄回波信號的其它處理可離線地進行，其中這些其它的處理可集中在計算單元中展開。
在另一有利的裝置中，電極導(dǎo)線的各導(dǎo)線的輸入端子分別布置在離電極導(dǎo)線的分支點的一段距離上，其中該距離等于脈沖中心頻率上一個自由空間波長的四分之一。通過輸入端子與分支點的距離的選擇將不需要在電極導(dǎo)線中串聯(lián)任何電路元件。
對于輸入脈沖的該中心頻率，電極導(dǎo)線分支點處的短路通過λ/4波長導(dǎo)線被變換成輸入端子上的空載。對于該頻率，該λ/4波長導(dǎo)線與整個HG設(shè)備一起將不存在導(dǎo)電。在該頻率上，輸入脈沖僅遇到向地電極及向分支點傳導(dǎo)的電極導(dǎo)線的兩個導(dǎo)線的波阻。在其它頻率上該分支點上的短路通過不再為λ/4波長的導(dǎo)線被變換成一個電抗，它被看成在輸入點上與導(dǎo)線的波阻并聯(lián)連接。
通過設(shè)備側(cè)現(xiàn)有裝置的充分利用及通過推挽方式的效用對于各站測量裝置的去耦將不需要任何附加的電路措施。因此可取消昂貴的衰減機構(gòu)。
該雙極HG設(shè)備中一個電極導(dǎo)線的監(jiān)測裝置的其它有利構(gòu)型可由從屬權(quán)利要求13至19中得到。
以下將參照附圖來詳細解釋本發(fā)明，在附圖中概要地表示了根據(jù)本發(fā)明裝置的實施例。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的裝置及一個雙極HG設(shè)備的電極導(dǎo)線，圖2表示根據(jù)圖1的裝置中的脈沖發(fā)生器的原理電路圖，圖3以相對時間t的波形圖表示一個發(fā)生的脈沖，圖4表示根據(jù)圖1的裝置中接收裝置的原理電路圖，圖5以相對時間t的波形圖表示一個記錄的無故障電極導(dǎo)線的實際回波曲線，圖6以相對時間t的波形圖表示在導(dǎo)線接地故障情況下在電極導(dǎo)線上的回波差值曲線，及圖7以相對時間t的波形圖表示具有所屬容許幅帶的一個靜態(tài)給定回波曲線。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測雙極高壓直流輸電設(shè)備的一個電極導(dǎo)線4的裝置2，其中為了清楚起見僅表示出一個變流器站6。在一個亦稱為雙極直流輸電的雙極HG設(shè)備中，兩個變流器站通過兩個直流導(dǎo)線8及10相互連接，及每個站具有兩個變流器12及14，它們通過一個連接母線16串聯(lián)地電連接。在正常工作中該雙極HG設(shè)備的直流電流不通過地返回。出于各種原因，主要為了使該設(shè)備在一個變流器故障的情況下也可進行單極運行，故在雙極直流輸電中變流器站也設(shè)有一個接地端子，它借助站6中的電極導(dǎo)線4連接到連接母線16上。該電極導(dǎo)線4對地絕緣并通常由一個掛在絕緣子上的導(dǎo)體組成。這里所示的電極導(dǎo)線4在一個分支點18、即所謂分裂點上被分成兩個導(dǎo)線20及22，它們在端部與地電位相連接。電極導(dǎo)線4的這些導(dǎo)線20及22有時可能長達100km。這里未表示的雙極HG設(shè)備的第二變流器站同樣設(shè)有一個電極導(dǎo)線，即HG設(shè)備的結(jié)構(gòu)是鏡面對稱的。
在無故障運行(即對稱工作)時在電極導(dǎo)線4中幾乎不流過電流。雖然電極導(dǎo)線4及地之間的電壓與設(shè)備中的其它電壓相比很小，但電極導(dǎo)線4的接地故障將會構(gòu)成人員受傷害或其它設(shè)備單元損壞的危險。由于該原因需要能既快又可靠地發(fā)現(xiàn)接地故障、包括高歐姆接地故障在內(nèi)。此外，對于該雙極HG設(shè)備的可靠運行重要的是，要識別該電極導(dǎo)線4的狀態(tài)。在導(dǎo)線損壞及HG設(shè)備的故障運行時，該雙極HG設(shè)備不再能進行不對稱運行。
為了監(jiān)測由兩個導(dǎo)線20及22組成的該電極導(dǎo)線4，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置了裝置2。該裝置2具有一個脈沖回波監(jiān)測裝置24及一個輸入裝置26。該脈沖回波監(jiān)測裝置24由一個脈沖發(fā)生器28及一個接收裝置30組成。脈沖發(fā)生器28借助一個同軸電纜32與輸入裝置26的輸入端子相連接，該脈沖發(fā)生器28的一個有利實施形式被詳細表示在圖2中。輸入裝置26的該端子另外還與接收裝置30的輸入端子相連接。為了保證信號盡可能無干擾，該同軸電纜32將被雙重地屏蔽。此外脈沖發(fā)生器28的控制輸出端與接收裝置30的控制輸入端借助一個控制導(dǎo)線34相連接。輸入裝置26的輸出側(cè)與電極導(dǎo)線4的導(dǎo)線20及22的輸入端子36及38相連接。這些輸入端子36及38與分支點18隔有距離，該距離a約相應(yīng)λ/4，其中λ表示脈沖發(fā)生器28產(chǎn)生的脈沖u(t)中心頻率時的自由空間波長。此外輸入端子36及38各通過一個放電器40及42與地電位相連接。這兩個放電器40及42在高壓側(cè)保護輸入裝置26使其免于瞬間干擾(雷擊)。
輸入裝置26在輸入側(cè)具有一個用于脈沖變換的裝置25及在輸出側(cè)具有兩個耦合電容器50及52。脈沖變換裝置25具有一個隔離變壓器44，兩個線圈46及48及兩個放電器54及56。該隔離變壓器44由兩個高壓線圈58及60及一個低壓線圈62組成。兩個高壓線圈58及60的連接點64與地電位相連接。低壓線圈62的兩個端子構(gòu)成輸入裝置26的連接同軸電纜32的端子。線圈46及48與高壓線圈58及60并聯(lián)連接。此外，放電器54及56與隔離變壓器44的高壓線圈58及60并聯(lián)連接。耦合電容器50及52使輸入點36及38與高壓線圈58及60的一個端子相連接。這兩個耦合電容器50及52用于使輸入裝置26耦合到電極導(dǎo)線4的高壓電位上。由此這些耦合電容器50及52必須對于電極導(dǎo)線4相應(yīng)的高壓電位來設(shè)計。兩個對地電位對稱布置的線圈46及48與兩個耦合電容器50及52各構(gòu)成一個高通濾波器。這些高通濾波器阻塞來自電極導(dǎo)線4的低頻干擾、亦即由HG設(shè)備產(chǎn)生并在該HG設(shè)備不對稱工作時流過電極導(dǎo)線4的特性電流諧波。放電器54及56在瞬時干擾(雷擊，開關(guān)沖擊)時保護隔離變壓器44的高壓線圈58及60免于過電壓。這些放電器54及56對于比放電器40及42小得多的電壓定尺寸。隔離變壓器44用來使同軸電纜32的波阻與電極導(dǎo)線的導(dǎo)線20及22的波阻相匹配。此外，該隔離變壓器44表現(xiàn)為一個對稱變壓器，它以推挽方式由被脈沖發(fā)生器發(fā)生的不對稱脈沖信號產(chǎn)生出對稱的脈沖信號。
圖2表示根據(jù)圖1的脈沖回波監(jiān)測裝置24的脈沖發(fā)生器28的原理電路圖。該脈沖發(fā)生器28具有兩個電壓源66及68，兩個電容器70及72，兩個開關(guān)74及76，兩個電阻78及80以及用于開關(guān)74及76的一個操作裝置82。電容器70或72通過電阻78或80與電壓源66或68電連接。兩個電容器70及72的連接點84與兩個電壓源66及68的連接點84相連接，另外它還與地電位相連接。電容器70及72的充電電流將通過電阻78及80來調(diào)整。這些電容器70及72各通過開關(guān)74及76與脈沖發(fā)生器28的輸出端相連接，在該輸出端上連接同軸電纜32。將使用電子開關(guān)，例如晶體管來作開關(guān)74及76。操作裝置82的構(gòu)型與電子開關(guān)的選擇有關(guān)。此外，開關(guān)74及76的開關(guān)頻率與充電周期彼此相關(guān)。當(dāng)電容器70及72被充電時，首先開關(guān)74在時刻t1閉合一預(yù)定時間間隔t2-t1。在該時間間隔t2-t1期滿時該開關(guān)74被斷開并同時閉合開關(guān)76。在另一預(yù)定時間間隔t3-t2后該開關(guān)76也被斷開。然后這兩個電容器70及74借助電壓源66及68再被充電，以便產(chǎn)生下一脈沖u(t)，如圖3中以相對時間t的波形圖所表示的。通過第一開關(guān)74在時刻t1的閉合，操作裝置80經(jīng)過控制導(dǎo)線34向接收裝置30的控制輸入端發(fā)送一個觸發(fā)信號ST，該控制裝置被詳細表示在圖4中。
根據(jù)圖3所產(chǎn)生的脈沖u(t)相對于時間軸呈對稱，即它不具有直流分量。此外，該脈沖u(t)在其中心頻率上具有一個特有的頻譜分量。該中心頻率的幅值與譬如電極導(dǎo)線4是否在傳輸數(shù)據(jù)或是否設(shè)在還附加地進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)酿侂娋€的附近有關(guān)。該數(shù)據(jù)傳輸通常在譬如30kHz至500kHz的頻率范圍中進行。當(dāng)產(chǎn)生的脈沖u(t)的脈沖寬度被選擇得相當(dāng)窄時，其中心頻率將超過500kHz。當(dāng)在一個脈沖寬度時，與脈沖持續(xù)時間t3-t1如2μs的倒數(shù)相應(yīng)地，其中心頻率為500kHz，即所產(chǎn)生的脈沖u(t)的脈沖寬度應(yīng)小于2μs。因為該脈沖僅具有低于其中心頻率的較小頻譜分量，故受數(shù)據(jù)傳輸裝置的干擾幾乎為零。原則上也可使用另外的脈沖形狀。但在選擇另外的脈沖形狀時應(yīng)注意盡可能不具有直流分量及在中心頻率時存在一個特有的頻譜分量。根據(jù)該條件，圖3中所示的脈沖u(t)尤其能低成本、高效率地被產(chǎn)生。提出脈沖應(yīng)盡可能不具有直流分量這樣要求的原因在于輸入裝置26的隔離變壓器44不能傳送脈沖u(t)的頻譜中的直流分量。
圖4表示圖1中所示接收裝置30的電路原理圖。該接收裝置30具有一個用于實時記錄回波信號的裝置88，一個計算單元90，一個主存儲器92及輸入和輸出接口94和96。此外，該接收裝置30還具有一個文件存儲器98及一個顯示屏100?；夭ㄐ盘枌崟r記錄裝置88的輸入端與接收裝置30的輸入端子相連接，在該輸入端子上連接同軸電纜32。此外該裝置88的控制端子與接收裝置30的控制輸入端相連接，并在其上連接控制導(dǎo)線34。該回波信號實時記錄裝置88的輸出側(cè)與計算單元90相連接，該計算單元另外這樣地與主存儲器92及文件存儲器98相連接，即它們可以交換數(shù)據(jù)。該計算單元90的輸入側(cè)還與輸入接口94、尤其一個二進制輸入接口相連接，及其輸出側(cè)與顯示屏100及輸出接口96、尤其一個二進制輸出接口相連接。接收裝置30借助這兩個接口94及96與未示出的一個上級設(shè)備控制裝置相連接。接收裝置30從作為HG設(shè)備主導(dǎo)技術(shù)部門一部分的該設(shè)備控制裝置獲得工作及調(diào)整參數(shù)。借助輸出接口96使產(chǎn)生的報警信號或狀態(tài)信號到達主導(dǎo)技術(shù)部門。
該回波信號實時記錄裝置88由一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)及一個接在該模數(shù)轉(zhuǎn)換器后的存儲器，尤其是寫讀存儲器組成。該A/D轉(zhuǎn)換器將借助脈沖發(fā)送器28的觸發(fā)脈沖ST控制，即該A/D轉(zhuǎn)換器開始使模擬輸入信號-輸入的回波信號數(shù)字化。在數(shù)字化后該數(shù)字采樣值被存儲。裝置88的這兩個單元在線地工作，即到來的回波信號被實時地處理。A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率值及數(shù)字采樣值存儲的速率取決于電極導(dǎo)線4有多長。這意味著，通過電極電線4的長度來確定回波行進時間及由此確定對求值有用的時域。此外采樣頻率值還取決于存儲容量。該被存儲的采樣值作為時間函數(shù)構(gòu)成如圖5所示的實際回波曲線EK。
該實時求得的實際回波曲線的其它處理這時可離線地進行。為此該數(shù)字化采樣值被復(fù)制到主存儲器92中。此外該采樣值能以圖形顯示在顯示屏100上，即圖5中所示的實際回波曲線EK被顯示在顯示屏100上。該實際回波曲線EK將借助計算單元90與存儲在主存儲器92中的一動態(tài)給定回波曲線相比較，即將計算回波差值曲線EDK，例如在圖6中以相對時間t的波形圖所表示的。該回波差值曲線EDK設(shè)有在該回波差值曲線EDK上方及下方的邊界曲線GKO及GKU。這兩個GKO及GKU由此構(gòu)成一個容許幅帶，用于找到故障點。
根據(jù)圖5的實際回波曲線EK表示在無故障狀態(tài)下在電極電線4的端部被確定地反射的脈沖。該回波被反射及在接收器上以時域表示或求值。例如它形成了該圖示的實際回波曲線EK，它表示整個系統(tǒng)(同軸電纜32，輸入裝置26及無故障的電極導(dǎo)線4)的脈沖響應(yīng)。該實際回波曲線EK類似地象征無故障系統(tǒng)的“指紋”。圖5表示一個約7.4km長的無故障電極導(dǎo)線4的典型實際回波曲線EK。該波形的所屬時間軸t可用距離的公里數(shù)作參量。在該實際回波曲線EK中可區(qū)分幾個區(qū)域。這些區(qū)域被標號，它們被列舉如下a)輸入脈沖(1)b)在隔離變壓器44上的反射(2)c)輸入裝置上的振蕩及衰減過程(3)d)電極導(dǎo)線端部的確定反射(4)如果現(xiàn)在電極導(dǎo)線4上出現(xiàn)了一個故障(導(dǎo)體接地故障或?qū)Ь€斷開)，則由故障點形成一個附加回波。這導(dǎo)致實際回波曲線EK的改變。圖6所示的波形表示離輸入點36，38約4.5km處發(fā)生接地故障并產(chǎn)生了一個明顯的回波或脈沖LEF。同時，電極導(dǎo)線4端部確定的實際回波曲線EK也發(fā)生畸變，它在差值曲線上表示為第二脈沖FZ。時間上較近的第一脈沖LEF總是起源于故障點及可用于故障點的確定，如果它作為數(shù)據(jù)是所希望的話。由從故障點反射的回波的形狀及強度通常也可用于推斷故障類型(導(dǎo)體接地故障或?qū)Ь€斷開)。對于電極導(dǎo)線4的故障持續(xù)監(jiān)測，通常只需監(jiān)測回波差值曲線EDK上容許幅帶以外的脈沖LEF就足夠了。
如上所述，為了求出回波差值曲線EDK使用一種動態(tài)給定回波曲線。該給定回波曲線至少由兩個在時間上被相繼記錄的實際回波曲線EK1及EK2構(gòu)成，其方式是由這兩個曲線EK1及EK2構(gòu)成一個中值回波曲線，然后將它作為給定回波曲線儲存。該計算將動態(tài)地持續(xù)進行，即一個新的實際回波曲線EK3被用來計算一個新的給定回波曲線，其中不再使用第一實際回波曲線EK1。這種計算可借助一個移位寄存器來執(zhí)行，其中總是讀入新的曲線及讀出時間上最早的曲線。由讀入移位寄存器的曲線來計算中值回波曲線。因此將在每個觸發(fā)脈沖ST后計算一個新的動態(tài)給定回波曲線。當(dāng)一個現(xiàn)時的實際回波曲線與一個現(xiàn)時的給定回波曲線相比較發(fā)出一個無故障狀態(tài)信號時，才開始該計算。借助調(diào)整參數(shù)可確定為計算一個動態(tài)曲線應(yīng)使用多少個實際回波曲線。
在該監(jiān)測方法中通過使用動態(tài)地隨時間變化的給定回波曲線可結(jié)合考慮譬如季節(jié)對電極導(dǎo)線4的影響，以便可明確地求得故障。
除了動態(tài)求值外還進行靜態(tài)的求值。在靜態(tài)求值時將使用確定的隨時間不發(fā)生變化的給定的回波曲線EK*，它對應(yīng)于電極導(dǎo)線4的一個確定的工作狀態(tài)。該靜態(tài)回波曲線EK*借助如圖7所示的一個在上及下方跟隨的邊界曲線GKOd及GKUd構(gòu)成的容許幅帶來包絡(luò)。在靜態(tài)求值時將一個構(gòu)成的動態(tài)給定回波曲線與靜態(tài)回波曲線EK*相比較，以便由此得出該動態(tài)給定回波曲線是否在構(gòu)成的容許幅帶以內(nèi)。如果在一個給定的時間間隔中至少有一次未符合該情況，則產(chǎn)生一個故障信號。一旦產(chǎn)生了故障信號，該監(jiān)測電極導(dǎo)線4的裝置2即被關(guān)斷，直到它被手動復(fù)位為止。隨著故障信號的產(chǎn)生便將該瞬時的動態(tài)給定回波曲線及多個在先的實際回波曲線中間地存儲到文件存儲器98中，用于存檔目的。
靜態(tài)給定回波線EK*的容許幅帶的調(diào)整及回波差值曲線的容許幅帶的調(diào)整將借助調(diào)整參數(shù)來進行。對屬于電極導(dǎo)線4的一個確定工作狀態(tài)的靜態(tài)回波曲線EK*的調(diào)用將借助調(diào)節(jié)參數(shù)來實現(xiàn)，其前提是在主存儲器92中存儲了多個靜態(tài)給定回波曲線EK*。
權(quán)利要求
1.一種對雙極高壓直流輸電設(shè)備的一個電極導(dǎo)線(4)進行監(jiān)測的監(jiān)測方法，其中電極導(dǎo)線(4)從一個分支點(18)分為兩個導(dǎo)線(20，22)，該方法具有以下方法步驟a)產(chǎn)生一個對地不對稱的脈沖(u(t))并在發(fā)送該脈沖時發(fā)送一個觸發(fā)信號(ST)，b)以推挽方式將發(fā)送的所產(chǎn)生的對地不對稱的脈沖(u(t))轉(zhuǎn)換成一個對地對稱的脈沖，c)使推挽方式的脈沖耦合到電極導(dǎo)線(4)的兩個導(dǎo)線(20，22)中，d)通過在一個預(yù)定時間中實時地記錄回波信號來構(gòu)成一個實際回波曲線(EK)，e)根據(jù)所記錄的實際回波曲線(EK)和一個存儲的所構(gòu)成的動態(tài)額定回波曲線來構(gòu)成一個回波差值曲線(EDK)，f)檢驗從一個容許幅帶中伸出的回波差值曲線(EDK)的幅值，該容許幅帶由兩個預(yù)定的對稱于時間軸分布的恒定邊界曲線(GKO，GKU)構(gòu)成，g)一旦出現(xiàn)至少一個幅值超出容許幅帶的檢驗結(jié)果，就產(chǎn)生一個故障信號，及h)一旦出現(xiàn)了故障信號就關(guān)斷脈沖發(fā)生裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在相應(yīng)于所產(chǎn)生的對地不對稱脈沖(u(t))中間頻率的約1/4自由空間波長(λ)的距離(a)上，將推挽方式的對地對稱脈沖從電極導(dǎo)線(4)的分支點(18)輸入到兩個導(dǎo)線(20，22)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，一個預(yù)定的靜態(tài)給定回波曲線(EK*)被一個在上方及下方跟隨的邊界曲線(GKOd，GKUd)構(gòu)成的容許幅帶所包絡(luò)，其中根據(jù)該靜態(tài)給定回波曲線(EK*)的容許幅帶來檢驗所構(gòu)成的動態(tài)給定回波曲線是否延伸在靜態(tài)給定回波曲線(EK*)的容許幅帶內(nèi)，其中一旦在一個預(yù)定時間間隔內(nèi)至少出現(xiàn)一次被檢驗的動態(tài)給定回波曲線的一個幅值在容許幅帶的外部，就產(chǎn)生一個故障信號，并由此基于該故障信號使脈沖發(fā)生裝置關(guān)斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中為了產(chǎn)生一個動態(tài)給定回波曲線，持續(xù)地由至少兩個時間上相繼的電極導(dǎo)線(4)無故障工作的實際回波曲線(EK1，EK2，EK3)構(gòu)成一個中值回波曲線，該中值回波曲線作為給定回波曲線被存儲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中，周期性地產(chǎn)生對地不對稱的脈沖(u(t))。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其中，產(chǎn)生一個無直流分量的具有短脈沖寬度的脈沖作為對地不對稱脈沖(u(t))。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中，隨著一個故障信號的產(chǎn)生，將瞬時動態(tài)給定回波曲線與瞬時記錄的實際回波曲線(EK)存儲起來，用于存檔目的。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，根據(jù)電極導(dǎo)線(4)的預(yù)定工作參數(shù)來產(chǎn)生靜態(tài)給定回波曲線(EK*)的容許幅帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其中，持續(xù)地存儲預(yù)定數(shù)目的所記錄的實際回波曲線(EK1，EK2，EK3)，用于存檔的目的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1，3或8所述的方法，其中，對于不同的工作條件分別產(chǎn)生和存儲一個具有所屬容許幅帶的靜態(tài)給定回波曲線(EK*)。
11.一種用于對一個雙極高壓直流輸電設(shè)備的從一個分支點(18)分為兩個導(dǎo)線(20，22)的一個電極導(dǎo)線(4)進行監(jiān)測的監(jiān)測裝置(2)，該裝置(2)具有一個脈沖回波監(jiān)測裝置(24)和一個輸入裝置(26)，其中，該脈沖回波監(jiān)測裝置(24)具有一個脈沖發(fā)生器(28)和一個接收裝置(30)并在輸出側(cè)與輸入裝置(26)的輸入端子相連接，其中，輸入裝置(26)的輸出側(cè)分別與電極導(dǎo)線(4)的導(dǎo)線(20，22)的輸入端子(36，38)相連接，并且該輸入裝置(26)具有一個脈沖變換裝置(25)和兩個耦合電容器(50，52)，后者使脈沖變換裝置(25)的輸出端與輸入裝置(26)的輸出端相連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置(2)，其中，脈沖變換裝置(25)具有一個隔離變壓器(44)，該變壓器具有一個低壓線圈及兩個高壓線圈(62，58，60)，后者的連接點(64)與地電位相連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置(2)，其中，脈沖變換裝置(25)具有一個隔離變壓器(44)，兩個線圈(46，48)及兩個放電器(54，56)，其中每一個線圈(46，48)及每一個放電器(54，56)與一個高壓線圈(58，60)并聯(lián)地電連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項所述的裝置(2)，其中，脈沖發(fā)生器(28)具有兩個電壓源(66，68)，兩個電容器(70，72)，兩個開關(guān)(74，76)，兩個電阻(78，80)及一個用于開關(guān)(74，76)的操作裝置(82)，其中，每個電容器(70，72)借助一個電阻(78，80)與一個電壓源(66，68)電連接，其中，每個電容器(70，72)的連接點(84)與兩個電壓源(66，68)的連接點(86)均與地電位相連接，其中，電容器(70，72)分別通過一個開關(guān)(74，76)與脈沖發(fā)生器(28)的輸出端相連接，及其中操作裝置(82)與脈沖發(fā)生器(28)的一控制輸出端相連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項所述的裝置(2)，其中，接收裝置(30)具有一個回波信號實時記錄裝置(88)，一個計算單元(90)，一個主存儲器(92)及輸入接口和輸出接口(94，96)，及其中接收裝置(30)的控制輸入端與回波信號實時記錄裝置(88)的控制輸入端相連接，其中，計算單元(90)與主存儲器(92)、實時記錄裝置(88)及接口(94，96)相連接，其中，實時記錄裝置(88)的信號輸入端與接收裝置(30)的輸入端相連接，及其中一個上級設(shè)備控制裝置在輸入側(cè)及輸出側(cè)與輸入接口及輸出接口(96，94)相連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項所述的裝置(2)，其中，電極導(dǎo)線(4)的導(dǎo)線(20，22)的輸入端子(36，38)分別布置在離電極導(dǎo)線(4)的分支點(18)的一段距離(a)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置(2)，其中，距離(a)等于脈沖(u(t))的中心頻率上一個自由空間波長(λ)的四分之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求11至17中任一項所述的裝置(2)，其中，輸入端子(36，38)分別通過一個放電器(40，42)與地電位相連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求11至18中任一項所述的裝置(2)，其中，脈沖發(fā)生器(28)及接收裝置(30)構(gòu)成一個脈沖回波監(jiān)測裝置(24)。
20.根據(jù)權(quán)利要求11至19中任一項所述的裝置(2)，其中，設(shè)置一根同軸電纜(32)作為脈沖發(fā)生器(28)與輸入裝置(26)之間的連接導(dǎo)線和輸入裝置(26)與接收裝置(30)之間的連接導(dǎo)線。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置(2)，其中，所述同軸電纜(32)被雙重地屏蔽。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置(2)，其中，所述實時記錄裝置(28)具有一個模擬-數(shù)子-轉(zhuǎn)換器以及連接在其后的存儲器。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置(2)，其中，所述接收裝置(30)具有一個文件存儲器(98)，該文件存儲器與計算單元(90)相連接。
24.根據(jù)權(quán)利要求15或23所述的裝置(2)，其中，所述接收裝置(30)具有一個顯示屏(100)，該顯示屏的輸入側(cè)與計算單元(90)相連接。
全文摘要
為了監(jiān)測雙極HGU設(shè)備中由兩個導(dǎo)線(20,22)組成的一個電極導(dǎo)線(4),由一個對地不對稱的電脈沖信號(u(t))產(chǎn)生出一個推挽方式的對地對稱的脈沖信號并使其輸入到導(dǎo)線(20,22)中,及由回波信號記錄一個實際回波曲線(EK),它與動態(tài)給定回波曲線相比較,其中當(dāng)超出一個位于回波差值曲線(EDK)周圍的容許幅帶時產(chǎn)生一個故障信號。由此獲得了一種監(jiān)測方法,它幾乎與強烈擺動的地導(dǎo)電率無關(guān),它在較小的回波偏移的同時具有大的有效范圍,并輻射很小的電磁能量,且不需要附加去耦元件。
文檔編號G01R31/08GK1307682SQ99807947
公開日2001年8月8日 申請日期1999年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月29日
發(fā)明者喬格·安蒙, 格哈德·普萊夫卡, 格哈德·沙勒 申請人:西門子公司