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摘要：在电力、农业等众多领域中，很多实验设备都需要用到直流高压电。而为了能够有效的控制和利用直流高压电，对其测量值进行精确的检测与记录，就成为迫切的要求。一个理想的测量装置应具有良好的实时性，从被测对象所取的电流很小，在保证较高测量精度的同时，有完善的电气隔离。通过对不高于100kV 的高压直流电进行实时在线监测, 并能够实现现场与监控中心的实时数据传输，使操作者在监控中心就可以实时监测现场的高压量值。
关键词：高压直流；电监测；传输
目前，我国已建成高压直流输电工程，由于高压直流输电接地极地处野外，监测数据需远程传输，因此线监测系统对通信有特殊要求。现有的高压直流电检测系统大致分为直接测量系统和间接测量系统两种，直接测量系统又包括球隙测量系统、静电电压表测量系统、高压电子束测量系统、超导谐振腔测量系统等。其中，球隙测量系统和静电电压表测量系统测量精度低，而高压电子束测量系统和超导谐振腔测量系统结构又太复杂。因此，间接测量系统在高压电监测方面使用更为普遍。
一、系统设计
高压直流电监测系统结构如图所示。
其中直流高压分压装置，用于对被测的高压直流源进行分压并将分压后得到的低压直流电压信号输出至隔离模块；隔离模块用于实现其输出后的低压部分与其输入前的高压部分的信号隔离；信号变送器将隔离模块隔离后的低压信号转换为电流信号；无线传输装置用于采集电流信号并无线传输；工控机接收无线传输装置的数据并进行数据显示。
设计的无线传输装置包括发送设备和接收设备，发送设备与信号变送器连接，接收设备与工控机连接；发送设备将信号变送器输出的电流信号转换为数字信号并调制为射频信号，进行无线发送；接收设备用于对接收的射频信号进行解调并将数字信号发送至工控机。
二、高压直流电监测设计系统实现
高压直流电监测系统可以实现对不高于100kV的高压直流电进行实时在线监测。被测的高压源为直流高压，且额定电压要求不能大于100kV。高压开关的过载保护或短路保护原理是：当监测线路内由过载或短路而引起电流过大，造成熔丝熔断时，在高压开关触头两端产生电弧，熔丝管内衬的钢纸管在电弧作用下产生大量的气体。高压分压装置的作用是实现对高压直流源进行电压安全分压，经分压器输出的低电压在可以进行变换、测量、处理的范围之内。高压分压装置的结构包括均压球、分压缸、底座、高压端接口、接地接口和输出端接口。其中均压球的作用是使输入的高压在球形腔内均匀分布，保证在球形空间的各部位间没有电压差，这样就避免了由于导入的高电压在局部形成电压过高而造成局部击穿的现象。
分压缸的工作原理是：按照电阻分压原理，将多个电阻串联成高压臂，并选择阻值合适的电阻作为低压臂，从而得到一定比例的分压比。影响分压缸测量精度的最主要因素就是分压比变化，而电阻阻值的不稳定又是引起分压比变化的主因，因此，该分压缸选用高精度电阻器件，受温度和端电压影响很小，从而保证了较好的分压性能。且该分压缸采用平衡式等电位屏蔽结构，具有测试准确、线性好、稳定性高等特点。
1、高压分压装置在使用过程中，必须注意装置底座要安置在平坦的地面，接地接口必须连接地线，并接地牢固。高压端接口与被测高压电源使用专用高压线缆连接，并按要求固定到均压球的顶端。在高压直流电监测系统正常工作时，在高压分压装置的输出端就会有按一定比例进行分压后的低电压输出。
2、隔离模块连接到高压分压装置的输出端，另一端接到信号变送器的输入端，实现高压配电部分与低压配电部分间的信号隔离作用，对低压配电部分起到设备保护的作用。隔离模块采用独立供电的形式，其电源、输入、输出之间完全隔离，能有效的保证系统具有较高的抗干扰性能。
3、信号变送器的作用是对隔离模块的输出电压信号进行变换处理的设备，将输入的电压信号变换为电流信号，以保证可靠的传输采集。其工作原理是：首先将输入的电压信号通过半导体器件进行调制，然后通过光感器件进行隔离转换，之后在调制成与输入信号呈线性关系的电流型信号，供无线传输装置采集使用。
4、无线传输装置包含两个部分：发送设备和接收设备。发送设备还具有数据采集功能，它接受外部电流型信号，电流型模拟信号进行模数转换，转换成数字信号，再对数字信号进行信号调制，再射频传输。接收设备对接收到的射频信号进行解调，还原成原始数字信号后，通过RS232 串口将数字信号传递给工控机。无线传输装置的数据采集方式采用主从询问式。与工控机相连的接收设备作为主站，相应的，发送设备被称为从站。接收设备和工控机统称为监控中心。主从询问式的数据采集方式，由工控机发出数据采集命令，发送的命令为发送设备的目标地址。发送设备收到数据采集命令后，向发送设备发送索取采集数据命令。发送设备收到主站发来的命令后，对相应接入端口的电流型模拟量信号进行采集、模数转换、调制，再将调制好的数字数据发送给接收设备。接收设备对收到的数值数据进行解跳处理后，将原始数字数据发送给工控机。
三、实现步骤
高压直流电监测系统的具体步骤如下，该系统中，被监测对象为一不高于100kV 的高压直流源，其内部信号为高压直流电压信号。经高压分压装置按一定比例分压后，电路中得到低压直流电压信号。经过隔离模块，使得当前监测回路中的电压信号与前面部分充分隔离，防止源级的高压信号对后面信号处理产生干扰。隔离的电压信号再经信号变送器，转换成电流信号，使得信号传输更加稳定。电流信号经过无线发送设备进行数据采集，将模拟的电流信号转换成数字信号，再进行数字信号处理，调制为可以通过无线链路传输的射频信号。该射频信号被无线接收设备解调后，还原成原始数字信号。PC 机再通过程序对此数字信号进行处理，生成可以在显示器上直观显示的数字字符。至此，就完成了对高压直流电进行实时监测的整个过程。如图所示。
通过对不高于100kV 的高压直流电进行实时在线监测，分压器的输出端经信号隔离模块将输出信号传送给信号变送器，防止高压部分对低压部分的干扰与冲击，采用信号变送器，将电压信号转换为电流信号进行传输；由于电压信号在传输过程中易受到干扰，而电流信号在信号传输中较稳定。无线传输装置能够实现现场与监控中心的实时数据传输，使操作者在监控中心就可以实时监测现场的高压量值。
参考文献：
[1] 陈林，王怀杰，万艳玲. 高压直流输电系统主设备状态监测分析[J]. 电力与能源, 2016, 35 (2) .
[2] 檀金华. 高压直流输电系统主设备状态监测的探讨[J]. 中国电业: 技术版, 2016(2).
[3] 滕福生, 李成印，李世望. 电力监控系统实时级互联的研究[J]. 电力系统自动化, 2017, 23 (14) :54-56.
论文作者:郝卓航
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/5
标签：高压论文; 信号论文; 设备论文; 测量论文; 直流电论文; 电流论文; 电压论文; 《中国电业》2019年第13期论文;