電極線監(jiān)測單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電極線監(jiān)測單元和電極線路監(jiān)測組件，用于在直流電力傳輸中使用。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，交流電(AC)通常轉(zhuǎn)換成直流電(DC)經(jīng)由架空電線和/或海底電纜進(jìn)行傳輸。此轉(zhuǎn)換無需補(bǔ)償由傳輸線或電纜所造成的交流容性負(fù)載的影響，因此可以減小每公里電線和/或電纜的成本。從AC到DC的轉(zhuǎn)換在需要長距離傳輸電力時(shí)成本效益更高。這種電力傳輸網(wǎng)絡(luò)被稱為高壓直流(HVDC)電力傳輸系統(tǒng)。
[0003]一個(gè)HVDC電力傳輸系統(tǒng)典型地包括一個(gè)經(jīng)由接地電極接地的連接。該接地連接可作為接地基準(zhǔn)或HVDC的單極返回路徑。使用一個(gè)或多個(gè)電極線來連接該HVDC系統(tǒng)和接地電極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于監(jiān)測電極線的電極線監(jiān)測單元，其包括:
[0005]—通信設(shè)備，具有一在使用中發(fā)射信號的發(fā)射器；和
[0006]一電源，具有一功率提取電路，用于在使用中連接到電極線中使得功率提取電路兩端產(chǎn)生一電壓降，從而提供主電壓源來為電極線監(jiān)測單元的一個(gè)或多個(gè)其他部件供電，其中所述功率提取電路包括至少一個(gè)功率電子器件具有非線性電壓-電流特性。
[0007]所述電極線可以是架空電極線或埋置電極線。
[0008]在使用中，監(jiān)測或測量電極線的一個(gè)或多個(gè)特性，以確保電極線及其他與該電極線相關(guān)聯(lián)的電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行。
[0009]在電極線監(jiān)測單元中設(shè)置通信設(shè)備允許，例如，具有關(guān)于電極線的每個(gè)被監(jiān)測特性信息的信號在電極線監(jiān)測單元和終端用戶(例如HVDC控制站)之間進(jìn)行通信。當(dāng)由于電極線被監(jiān)測部分位于遠(yuǎn)離終端用戶的遠(yuǎn)程位置而導(dǎo)致電極線被監(jiān)測的部分和終端用戶之間有相當(dāng)?shù)木嚯x時(shí)，這是很有用的。例如，電極線一端的接地電極通常位于遠(yuǎn)離連接到電極線另一端的HVDC控制站的遠(yuǎn)程位置。
[0010]然后，所傳遞的信息用來確定電極線的所述或每個(gè)被監(jiān)測特性是否在正常操作參數(shù)內(nèi)。例如，該信息可以從該電極線的一端傳遞到在電極線另一端的HVDC控制站，以允許進(jìn)行端到端直流差分測量，以便檢測是否在該電極線中發(fā)生了故障。
[0011 ] 此外，除了或連同該電極線的所述或每個(gè)特征信息，該信號可以包括以下中的一個(gè)或多個(gè):控制指令，用以在使用中控制一個(gè)或多個(gè)電極線監(jiān)測單元；配置數(shù)據(jù)，用以在使用中配置一個(gè)或多個(gè)電極線監(jiān)測單元；有關(guān)一個(gè)或多個(gè)終端用戶和/或一個(gè)或多個(gè)電極線路監(jiān)測單元的狀態(tài)的信息。
[0012]在電極線監(jiān)測單元中包含通信設(shè)備允許從終端用戶接收到的控制指令和/或配置數(shù)據(jù)進(jìn)一步沿電極線傳送到另一個(gè)電極線監(jiān)測單元。此外，電極線監(jiān)測單元的配置允許電極線監(jiān)測單元的狀態(tài)信息被定期地發(fā)送給終端用戶，以驗(yàn)證該電極線監(jiān)測單元是否正常工作。
[0013]電源的設(shè)置允許從所述電極線獲得電力，從而提供主電壓源來為電極線監(jiān)測單元中的一個(gè)或多個(gè)其它部件供電。具體是，主電壓源用于向通信設(shè)備供電。電源對電極線中電流的依賴保證了:只要電流還流過電極線，對電極線監(jiān)測單元上一個(gè)或多個(gè)其他部件的電力供應(yīng)就不會中斷，從而為該電極線監(jiān)測單元提供了可靠的電源。
[0014]電極線可能需要在不同的電流條件下進(jìn)行操作。如果電極線被用作接地基準(zhǔn)，則將有一個(gè)小的穩(wěn)態(tài)直流接地電流(例如小于5A)流過電極線。如果電極線被用作單極返回路徑，則將有一個(gè)大的穩(wěn)態(tài)直流電流(例如超過3000A)流過電極線。如果與電極線相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)中有干擾，則該電極線可能攜帶有相當(dāng)大的瞬態(tài)電流，例如超過18kA。
[0015]所述或每個(gè)功率電子器件可以是但不限于半導(dǎo)體器件，例如功率二極管或晶閘管。
[0016]在功率提取電路中使用至少一個(gè)具有非線性電壓-電流特性的功率電子器件意味著功率提取電路兩端的電壓降產(chǎn)生受操作條件變化的影響被最小化，該操作條件的變化將導(dǎo)致電極線上電流的變化。這將使電源提供一個(gè)穩(wěn)定、可靠的電壓源來為電極線監(jiān)測單元中的一個(gè)或多個(gè)其它部件供電。
[0017]此外，功率提取電路從電極線獲取電力的方式允許電極線監(jiān)測單元可被安裝在接近電極線一端的接地電極的位置，在該位置上相對地的電壓較低。
[0018]當(dāng)結(jié)合雙極HVDC輸電系統(tǒng)使用電極線監(jiān)測單元時(shí)，可以在該電極線監(jiān)測單元使用時(shí)有意引入一個(gè)小的不平衡電流到該雙極HVDC輸電系統(tǒng)中。這是因?yàn)?，在雙極HVDC輸電系統(tǒng)中，HVDC控制站將試圖在兩極平衡該電流水平，從而有效的嘗試使該電極線電流為零。然而在實(shí)踐中，測量的不準(zhǔn)確會在電極線中引入小的非零電流。人們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)小的非零電流足以產(chǎn)生一個(gè)足夠大的壓降，其可用于為電極線監(jiān)測單元的一個(gè)或多個(gè)其它的小功率部件提供主電壓源。
[0019]因此，電源的設(shè)置使得自給自足(self-detained)的電極線監(jiān)測單元有自己可靠的電源。這因而避免了使用附加的本地電源，例如外部功率發(fā)生器，來為電極線監(jiān)測單元中的一個(gè)或多個(gè)其它部件供電。若不在電極線監(jiān)測單元中設(shè)置功率提取電路，將需要在電極線監(jiān)測單元附近建造附加的低級電源。這可能是昂貴和費(fèi)時(shí)的，因?yàn)樾枰\(yùn)送安裝點(diǎn)的部件及安裝該附加的本地電源。尤其是當(dāng)這個(gè)附加的本地電源需要安裝在遠(yuǎn)程或人口稀少的位置，或本地環(huán)境不適于安裝該附加的本地電源時(shí)。
[0020]在本發(fā)明的實(shí)施例中，電極線監(jiān)測單元還可以包括一個(gè)傳感器，其用來在使用中測量電極線的所述或每個(gè)特性。在該實(shí)施例中，主電壓源用來為該傳感器裝置供電。
[0021]該傳感器裝置可以具有用來測量電極線單一特性的單一傳感器，也可以具有用來測量電極線的多個(gè)特性的多個(gè)傳感器。所述電極線的所述或每個(gè)特性可以包括但不限于線路連接、電流及溫度。
[0022]在功率提取電路中使用至少一個(gè)功率電子器件的好處是，電極線監(jiān)測單元的尺寸和成本可通過使用一個(gè)或多個(gè)便宜且緊湊的功率電子器件來實(shí)現(xiàn)最小化。
[0023]在本發(fā)明的實(shí)施例中，功率提取電路可包括呈反向并聯(lián)(ant1-parallel)布置的多個(gè)功率電子器件。例如，該功率提取電路具有與另一功率電子器件呈反向并聯(lián)設(shè)置的單一功率電子器件。此外，以反向并聯(lián)設(shè)置的任一或每個(gè)單一功率電子器件可以用以串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個(gè)功率電子器件(例如一對串聯(lián)的功率電子器件)來替代。
[0024]在功率提取電路中使用反向并聯(lián)連接多個(gè)功率電子器件使得可以從電極線中提取功率，而無需考慮電極線中電流的方向。這也使得功率提取電路可以在多個(gè)功率電子器件兩端的電壓降被反置時(shí)繼續(xù)從電極線中提取功率。
[0025]當(dāng)一個(gè)或多個(gè)功率電子器件失效時(shí)，所述或每個(gè)失效的功率電子器件可以形成短路以允許電極線電流在使用中流經(jīng)該功率提取電路。這就避免了當(dāng)功率提取電路中的一個(gè)或多個(gè)功率電子器件失效時(shí)電極線中電流中斷。
[0026]通信設(shè)備可以是能傳輸信息到另一裝置的任何一種類型，其可使用無線或物理信號傳輸介質(zhì)。例如，該通信設(shè)備可以是或可以包括但不限于光通信設(shè)備、電力通信設(shè)備(electrical communicat1n device)和 / 或無線電通信設(shè)備。
[0027]電極線監(jiān)測單元還可以進(jìn)一步包括至少一個(gè)連接到該通信設(shè)備用以在使用中運(yùn)載信號的信號傳輸介質(zhì)。所述或每個(gè)信號傳輸介質(zhì)可以是但不限于電纜或光纖。
[0028]當(dāng)電極線監(jiān)測組件使用至少一個(gè)信號傳輸介質(zhì)時(shí)，所述或每個(gè)信號傳輸介質(zhì)可以安裝到或緊固到電極線上，或可以與該電極線集成在一起。
[0029]信號傳輸介質(zhì)與電極線的這種設(shè)置為所述或每個(gè)信號傳輸介質(zhì)在電極線監(jiān)測單元和終端用戶之間的互連或不同電極線監(jiān)測單元之間的互連提供了進(jìn)一步的支持。
[0030]另外，所述或每個(gè)信號傳輸介質(zhì)與電極的這種設(shè)置可用于檢測電極線的故障。例如，當(dāng)所述或每個(gè)信號傳輸介質(zhì)時(shí)光纖時(shí)，電極線的故障會抑制光纖運(yùn)載信號的能力。這將導(dǎo)致電極線監(jiān)測單元輸入和輸出通信的損失，其可用來指示在電極線中發(fā)生了故障。
[0031]在本發(fā)明的實(shí)施例中，通信設(shè)備進(jìn)一步包括用以在使用中接收信號的接收器。在應(yīng)用中，信號可以傳自終端用戶，例如HVDC控制站，或傳自另一電極線監(jiān)測單元。正如之前提到的，上述信號可以包括一個(gè)或多個(gè):關(guān)于電極線一個(gè)或多個(gè)特性的信息；控制指令，用以在使用中控制一個(gè)或多個(gè)電極線監(jiān)測單元；配置數(shù)據(jù)，用以在使用中配置一個(gè)或多個(gè)電極線監(jiān)測單元；有關(guān)一個(gè)或多個(gè)終端用戶和/或電極線路監(jiān)測單元的狀態(tài)的信息。
[0032]而且，在通信設(shè)備中包括接收器不僅使得電極線監(jiān)測單元可作為另一電極線監(jiān)測單元和終端用戶之間的中介(intermediary)，還可將多個(gè)電極線監(jiān)測單元組成一電極線監(jiān)測組件，用以在沿電極線的各個(gè)不同點(diǎn)上監(jiān)測該電極線的所述或每個(gè)特性。這對于具有相當(dāng)長度的電極線來說是尤為有用的。
[0033]在某種情況下，對電極線所述或每個(gè)特性的監(jiān)測可以僅需在沿電極線的特定點(diǎn)上，而該點(diǎn)與終端用戶之間的物理距離卻可以相當(dāng)大以至于在終端用戶與該點(diǎn)之間需要一個(gè)或多個(gè)中間電極線監(jiān)測單元來建立連接。在這種情況下，可以使用一個(gè)或多個(gè)省略了傳感器的電極線監(jiān)測單元來作為終端用戶和某一具有傳感器的電極線監(jiān)測單元之間的中繼或中介，這樣由于省去了所述或每個(gè)中間電極線監(jiān)測單元中的傳感器得以節(jié)省了成本。上述情形包括但不限于端到端的直流差分測量。
[0034]在使用了接收器的實(shí)施例中，該電極線監(jiān)測單元包括一通信中繼設(shè)備，其在使用中重新傳輸接收到的信號，該通信中繼設(shè)備包括發(fā)射器和接收器。
[0035]電極線的長度會導(dǎo)致信號在從電極線監(jiān)測單元傳輸?shù)浇K端用戶的過程中引發(fā)信號衰減。然而，使用通信中繼設(shè)備可以使得電極線監(jiān)測單元重新產(chǎn)生從另一電極線監(jiān)測單元接收到的衰減信另一電極線監(jiān)測單元號，然后將重新產(chǎn)生的信號發(fā)送到或終端用戶，從而提高電極線監(jiān)測的可靠性。
[0036]在使用了接收器的另一實(shí)施例中，