專利名稱：船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動錄波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及供電網(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 流自動錄波裝置。
背景技術(shù)：
短路電流波形的測量及記錄是進行電網(wǎng)短路故障分析的重要基礎(chǔ)，也是進行電網(wǎng) 安全性優(yōu)化設(shè)計和短路保護參數(shù)重新整定的關(guān)鍵依據(jù)。電網(wǎng)短路故障是一個隨機發(fā)生的電 磁暫態(tài)過程，短路電流自動錄波裝置要求能夠自動檢測短路故障，并自動記錄、存儲短路故 障前及短路故障后一段時間內(nèi)的電流變化參數(shù)，唯有如此，才能真實還原完整的短路故障 全過程。因此，錄波裝置的短路故障檢測及短路電流波形記錄必須有極高的響應(yīng)速度。相對于陸上交流高壓大電網(wǎng)(電壓等級為數(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的極短時間內(nèi)可超過上百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，還會引起強烈的電磁干擾。如果能對短路電流的上升率進行測量，那么在短路的初期就可檢測到故障，并啟 動錄波，保證短路波形記錄的完整性。傳統(tǒng)的短路電流自動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 器測量短路電流。其中，電磁式電流互感器測量頻帶窄、易出現(xiàn)磁飽和，當(dāng)一次側(cè)電流變化 過快時，電磁式電流互感器的二次側(cè)電流往往失真嚴(yán)重，嚴(yán)重影響測量的精確性；而分流器 的一次和二次側(cè)沒有隔離，不利于屏蔽電磁干擾，且體積較大；霍爾傳感器雖然實現(xiàn)了電氣 隔離，測量精度高，響應(yīng)速度快，但仍無法直接測量電流上升率，且需要直流電源供電。更重 要的是，上述傳統(tǒng)測量元件都無法直接測得短路電流上升率，必須通過中間環(huán)節(jié)進行處理， 這會導(dǎo)致短路故障檢測時間的滯后。因此，普通的錄波裝置無法滿足直流幅壓電網(wǎng)短路電 流測量及波形記錄的要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題就是提供一種船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動 錄波裝置，能夠通過直接測量短路電流上升率來進行短路故障檢測，并實現(xiàn)了短路全過程 電流波形的高速采樣和數(shù)據(jù)存儲，同時具備很強的抗電磁干擾能力。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供的一種船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動錄 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，用于測量電網(wǎng)主回路的電流上升 率；自動錄波儀，與Rogowski線圈電流傳感器的信號輸出端連接，用于接收Rogowski 線圈電流傳感器測得的電流上升率測量信號，自動錄波儀還與霍爾型電流傳感器的信號輸出端和電源接口連接，用于接收霍爾型電流傳感器測得的電流波形測量信號并為霍爾型電 流傳感器供電；電源，與自動錄波儀的電源接口連接，用于為自動錄波儀供電。上述技術(shù)方案中，所述自動錄波儀包括DSP處理器，所述Rogowski線圈電流傳感器的信號輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸入電路模 塊和高速A/D轉(zhuǎn)換模塊與DSP處理器的信號輸入端連接，用于接收電流上升率測量信號并 判斷短路故障；所述霍爾型電流傳感器的信號輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸入電路模塊和高速A/D 轉(zhuǎn)換模塊與DSP處理器的信號輸入端連接，用于接收并臨時儲存電流波形測量信號；專用數(shù)據(jù)存儲器，與DSP處理器連接，用于存儲短路故障前后的電流波形測量信 號；精密時鐘，與DSP處理器連接，用于提供時鐘信號；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)短路故障并進行響應(yīng)，且Rogowski線圈電流 傳感器不含鐵心，無磁滯飽和問題，響應(yīng)頻帶寬、測量范圍大；2)自動錄波儀能夠?qū)崟r將電 流波形測量信號記錄在內(nèi)部緩存中，并在短路故障后將電流波形測量信號記錄并存入專用 數(shù)據(jù)存儲器的同時，將內(nèi)部緩存中、短路故障前一段時間的電流波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存入專用數(shù)據(jù) 存儲器，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 感器和獨立的蓄電池電源供電等均實現(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量原理圖。圖3為本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的一個具體實施例作進一步的詳細(xì)描述。如圖1和圖3所示，本實用新型的一種船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動錄波裝置， 包括Rogowski線圈電流傳感器、霍爾型電流傳感器、自動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線圈實際上是均勻密繞在一個環(huán)形非磁性骨架上的空心螺線管，被測電流主回路從上述環(huán)形非磁性骨架中 穿過。當(dāng)被測電流發(fā)生變化時，Rogowski線圈感應(yīng)出電動勢，該感應(yīng)電動勢只與線圈尺寸、 匝數(shù)及被測電流變化率有關(guān)。因此，Rogowski線圈電流傳感器的輸出電壓信號正比于被測 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，用于實時獲取電網(wǎng) 主回路的電流波形測量信號。自動錄波儀包括DSP處理器和分別與DSP處理器連接的專用數(shù)據(jù)存儲器、精密時 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處理器的信號輸入端連接，DSP處理器接收電流上 升率測量信號并判斷短路故障。上述霍爾型電流傳感器的信號輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸入電路 模塊和高速A/D轉(zhuǎn)換模塊與DSP處理器的信號輸入端連接，DSP處理器接收并臨時儲存電 流波形測量信號。專用數(shù)據(jù)存儲器用于存儲短路故障前后的電流波形測量信號。精密時鐘 用于提供時鐘信號。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)。蓄電池電源與自動錄波儀的電源模塊連接，用于為自動錄波儀供電。本自動錄波裝置的工作原理為自動錄波儀接收Rogowski線圈電流傳感器的輸 出信號，根據(jù)電流上升率測量信號，判斷是否發(fā)生了短路故障；當(dāng)無短路故障時，自動錄波 儀采集霍爾型電流傳感器的電流波形測量信號，記錄在DSP處理器的內(nèi)部緩存中，數(shù)據(jù)記 錄采用“先進先出”原則，緩存寫滿后則從前往后自動覆蓋；發(fā)生短路的瞬間，電流上升率超 過短路整定值，自動錄波儀判斷發(fā)生短路故障，立即啟動記錄存儲功能，將霍爾型電流傳感 器測量的電流波形測量信號記錄并存入專用數(shù)據(jù)存儲器中，同時將內(nèi)部緩存中記錄的故障 前一段時間的電流波形測量信號數(shù)據(jù)也轉(zhuǎn)存入專用數(shù)據(jù)存儲器中，組成完整的短路電流波 形；短路故障切除后，專用數(shù)據(jù)存儲器停止存儲，恢復(fù)成無短路電流的工作狀態(tài)。需要提取 短路電流波形數(shù)據(jù)進行電網(wǎng)事故分析時，通過自動錄波儀的通信接口電路讀取專用數(shù)據(jù)存 儲器內(nèi)存儲的波形數(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，會產(chǎn)生強烈的電磁干擾現(xiàn)象，短 路電流自動錄波裝置工作在這種環(huán)境中，對其抗電磁干擾能力要求很高。而本實用新型的 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)主回路實現(xiàn) 了電氣隔離，并由獨立的蓄電池電源供電，自動錄波儀內(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)，對外接口采用光電隔離技術(shù)。通過這些技術(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，用于測量電網(wǎng)主回路的電流上升率；自動錄波儀，與Rogowski線圈電流傳感器的信號輸出端連接，用于接收Rogowski線圈 電流傳感器測得的電流上升率測量信號，自動錄波儀還與霍爾型電流傳感器的信號輸出端 和電源接口連接，用于接收霍爾型電流傳感器測得的電流波形測量信號并為霍爾型電流傳 感器供電；電源，與自動錄波儀的電源接口連接，用于為自動錄波儀供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶直流幅壓電網(wǎng)短路電流自動錄波裝置，其特征在于所 述自動錄波儀包括DSP處理器，所述Rogowski線圈電流傳感器的信號輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸入電路模塊和 高速A/D轉(zhuǎn)換模塊與DSP處理器的信號輸入端連接，用于接收電流上升率測量信號并判斷 短路故障；所述霍爾型電流傳感器的信號輸出端依次經(jīng)調(diào)理輸入電路模塊和高速A/D轉(zhuǎn)換 模塊與DSP處理器的信號輸入端連接，用于接收并臨時儲存電流波形測量信號；專用數(shù)據(jù)存儲器，與DSP處理器連接，用于存儲短路故障前后的電流波形測量信號；精密時鐘，與DSP處理器連接，用于提供時鐘信號；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，用于測量電網(wǎng)主回路的電流上升率；自動錄波儀，與Rogowski線圈電流傳感器的信號輸出端連接，用于接收Rogowski線圈電流傳感器測得的電流上升率測量信號，自動錄波儀還與霍爾型電流傳感器的信號輸出端和電源接口連接，用于接收霍爾型電流傳感器測得的電流波形測量信號并為霍爾型電流傳感器供電；電源，與自動錄波儀的電源接口連接，用于為自動錄波儀供電。本裝置通過直接測量短路電流上升率進行短路故障檢測，實現(xiàn)了短路全過程電流波形的高速采樣和數(shù)據(jù)存儲，同時具備很強的抗電磁干擾能力。
文檔編號G01R15/18GK201886112SQ20102064874
公開日2011年6月29日 申請日期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, 陽世榮 申請人:中國艦船研究設(shè)計中心