專利名稱：檢測電氣設(shè)備內(nèi)部放電的平板感應(yīng)式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力設(shè)備絕緣測量技術(shù)，特別是一種用于檢測電氣設(shè)備內(nèi)部 放電的平板感應(yīng)式傳感器。
背景技術(shù)：
局部放電(以下簡稱局放)是電力設(shè)備絕緣產(chǎn)生貫穿性放電故障前所產(chǎn)生的在絕 緣內(nèi)部局部放的放電現(xiàn)象，其特點(diǎn)是只發(fā)生局部的缺陷放電，短時間能量局放不會造成整 體絕緣的破壞，但長時間作用下，其熱、電、光、機(jī)械作用會擴(kuò)大局部缺陷、造成整體絕緣惡 化，因此它是電氣設(shè)備絕緣破壞的預(yù)兆。檢測局放信號，分析其波形特性及與電壓、工頻相 位的關(guān)系，可以診斷故障(缺陷)種類和嚴(yán)重程度，預(yù)防事故的發(fā)生。局部放電檢測是以發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的電、光、聲等現(xiàn)象為依據(jù)，通過描述該現(xiàn) 象的物理量來表征局部放電的狀態(tài)，包括定位和放電的程度。根據(jù)局部放電過程中會產(chǎn)生 電脈沖、超聲波、光、氣體生成物、局部過熱、電磁輻射以及能量損耗等不同現(xiàn)象，相應(yīng)地出 現(xiàn)了多種檢測方法。1.氣相色譜法，該方法是通過檢測變壓器油分解產(chǎn)生的各種氣體的組成和濃度來 確定故障(局放、過熱等)狀態(tài)。在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，IEC制定了三比值法的推薦標(biāo)準(zhǔn)。 該方法目前已廣泛應(yīng)用于變壓器的在線故障診斷中，并且建立起模式識別系統(tǒng)的自動識 別，是當(dāng)前變壓器局放檢測領(lǐng)域非常有效的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受外界電磁干擾的影 響，但是DGA法具有兩個缺點(diǎn)①.油氣分析是一個長期的監(jiān)測過程，因而無法發(fā)現(xiàn)突發(fā)性 故障；②.該方法無法進(jìn)行故障定位。2.超聲波法，超聲波是通過檢測變壓器局部放電產(chǎn)生的超聲波信號來測量局部放 電的大小和位置。為避免現(xiàn)場中的環(huán)境噪聲干擾(例如運(yùn)行中變壓器的勵磁噪聲、散熱器 風(fēng)扇、冷卻器、潛油泵的噪聲、循環(huán)油噪聲等)，根據(jù)其頻率大多為音頻(20 20000Hz)的特 性，一般選擇超聲波傳感器的頻率范圍為70kHz 150kHz，以避開鐵芯的磁噪聲和變壓器 的機(jī)械振動噪聲等環(huán)境噪聲對測試結(jié)果的影響。3.常規(guī)脈沖電流法，常規(guī)脈沖電流檢測法通過檢測阻抗或電流傳感器，檢測變壓 器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點(diǎn)接地線、鐵芯接地線以及繞組中由于局部放電引起 的脈沖電流，獲得視在放電量。檢測變壓器局部放電脈沖用的電流傳感器通常由羅戈夫斯 基線圈制成，與被測變壓器僅有磁耦合，而無電氣連接。常規(guī)脈沖電流傳感器按頻帶可分為 窄帶和寬帶兩種，窄帶傳感器帶寬一般在lOKHz左右，中心頻率在20 30kHz之間或更高； 寬帶傳感器帶寬為100kHz左右，中心頻率在200 400kHz之間。常規(guī)脈沖電流法通常被用于設(shè)備制造廠出廠試驗(yàn)以及和現(xiàn)場檢測過程中。4.超寬頻帶(UWB)檢測法，該方法是在超寬頻帶(UWB)檢測技術(shù)是在足夠?qū)挼念l 率范圍內(nèi)檢測局部放電產(chǎn)生的脈沖電流信號，一般為1MHz 100MHz，也有的上限頻率高達(dá) 500MHz甚至1GHz。從本質(zhì)上講，UWB檢測方法是常規(guī)脈沖電流法(多為40kHz 200kHz， 至多不超過1MHz)在頻率范圍上的展寬，這就使其具有測量頻帶寬、信息量大等優(yōu)點(diǎn)，既保留了常規(guī)脈沖電流法可以測量放電量的優(yōu)點(diǎn)，同時可以更加真實(shí)地反映局部放電的脈沖電 流特征，為采用脈沖電流波形分析的方法進(jìn)行信號與噪聲分離提供了可能。5.特高頻(UHF)方法，特高頻法(以下簡稱UHF法)是目前局部放電檢測的一種 新方法，該方法通過天線傳感器接收局部放電過程輻射的UHF電磁波，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢 測。該技術(shù)的特點(diǎn)在于檢測頻段較高，可以有效地避開常規(guī)局部放電測量中的電暈、開關(guān) 操作等多種電氣干擾；檢測頻帶寬，所以其檢測靈敏度很高。由于測量機(jī)理與脈沖電流法不 同，因此難以進(jìn)行視在放電量的標(biāo)定，6.無線電干擾值法(RIV法)，局部放電會產(chǎn)生無線電干擾的現(xiàn)象很早就被人們所 認(rèn)識，例如人們常采用無線電壓干擾儀(RIV表)來檢測由于局放對無線電通訊和無線電控 制的干擾，并已制定了測量的標(biāo)。用RIV表來檢測局放的測量線路與脈沖電流直測法的測 量電路相似。此外，還可利用一個接收線圈來接收由于局放而發(fā)出的電磁波，對于不同測試 對象和不同的環(huán)條件，選頻放大器可以選擇不同的中心頻率(從幾萬赫茲到幾十萬赫茲)， 以獲得最的信噪比。這種方法已被用于檢查電機(jī)線棒和沒有屏蔽的長電纜的局部放電部 位。7.光測法，光測法利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測。在變壓器油中，各種放電發(fā)出 的光波長是不同的，研究表明通常在500mm-700mm之間。在實(shí)驗(yàn)室利用光測法來分析局放 特征及絕緣劣化等方面已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但是由于光測法設(shè)備復(fù)雜昂貴、靈敏度低，且 需被檢測物質(zhì)對光是透明的，因而在實(shí)際應(yīng)用中難度較大。8.射頻檢測法，常規(guī)IEC脈沖電流法中，測量信號的頻率一般在1MHz以內(nèi)。由于 在該頻率范圍內(nèi)，存在大量的現(xiàn)場干擾，為避開干擾，可以將測量信號的頻率上移到射頻頻 段(3MHz 30MHz)檢測局部放電信號。其傳感器一般也采用羅戈夫斯基線圈，信號經(jīng)傳感 器耦合射頻放大器、濾波器及檢波器，然后由數(shù)字采樣系統(tǒng)量化，并完成數(shù)字處理。射頻測 法可以避開現(xiàn)場中大量的低頻及中頻干擾，但用硬件完全消除射頻范內(nèi)的干擾，存在困難。9.基于脈沖電流法的局放測量方法是IEC和國際中規(guī)定的測量方法，目前在國內(nèi) 外得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)場局放測量中存在的問題局放信號是在強(qiáng)電磁場環(huán)境下的微弱的暫態(tài)信號。 現(xiàn)場干擾遠(yuǎn)大于局放信號，同時一個設(shè)備內(nèi)部也可能同時存在多種不同的放電，各種放電 對設(shè)備的危害性也不一樣，如果不能分離出干擾信號，如果不能將每一種放電信號分離分 類并分別識別其危害程度，單純的局放測量意義不大。這也是為什么局放的測量與診斷一 直是電力測量中最難的課題的原因。局放測量中研究最早、應(yīng)用最廣泛的傳統(tǒng)方法是脈沖電流法。其測量頻率較低、頻 帶較窄(30kHz-400kHz)，包含的信息量少，由于一些典型的放電脈沖能量集中在10MH8以 下，而不能完全滿足對局部放電的精確測量、寬頻類型的識別要求。在現(xiàn)場中，特別是在帶電測量狀況下，例如變壓器、高壓套管末屏、繞組中性點(diǎn) 和鐵芯通常是不可能打開設(shè)備的接地線，接入測量阻抗的?；蛘叽嬖诙帱c(diǎn)接地使信號分散 (GIS通常多點(diǎn)接地)，還由于接地線過寬(有100mm寬的接線排)、緊貼墻壁、地面、支柱等 的而使間隔過近(CT、PT、避雷器、等)，無法使用羅戈夫斯基線圈式的檢測傳感器檢測提取 局放信號。這種時候都必須考慮新型傳感器。在此情況下，我們提出了本實(shí)用新型所述的 平板感應(yīng)式傳感器。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種安裝方便靈活、可 帶電測量、應(yīng)用廣泛的一種用于檢測電氣設(shè)備內(nèi)部放電的平板感應(yīng)式傳感器。所述檢測電氣設(shè)備內(nèi)部放電的平板感應(yīng)式傳感器，其特征是它設(shè)置有具有高頻 響應(yīng)特征的平板式高導(dǎo)磁磁芯、副邊線圈，在平板式高導(dǎo)磁磁芯及副邊線圈外側(cè)分別設(shè)置 有絕緣材料層。平板感應(yīng)式傳感器帶寬為30KHz 50KHz，其尺寸為500mmX 120mmX 10mm本實(shí)用新型所述的平板感應(yīng)式傳感器的測量原理平板感應(yīng)式傳感器本質(zhì)上為一敞開式變壓器，原邊為設(shè)備局放電流，通道的金屬 載體可以是任何流過局放電流的導(dǎo)體。由于中間磁芯的導(dǎo)磁率頻響特性及較高，變化的局 放電流信號產(chǎn)生的磁場信號會被匯集到磁芯中來，從而在副邊感應(yīng)出一個成正比的相同形 狀的電流信號，兩者之間的幅值關(guān)系滿足如下公式n1l1 = n2I2其中nl為原邊線圈圈數(shù)，此處為1，11為原邊電流，即“原始”局放脈沖電流，n2為 副邊線圈圈數(shù)，12為副邊電流，顯然n2越大，12越小。當(dāng)n2也取一圈時，12就與II完全
一樣了。從副邊輸出的信號電流通過50歐的同軸電纜及50歐的終端匹配電阻到達(dá)測量儀 器。即輸出電壓與輸入電流之間的關(guān)系可以表示為 即輸出電壓正比與輸入電流、積分電阻、原邊圈數(shù)，反比于副邊圈數(shù)。固體和氣體 內(nèi)放電的波長一般為幾十納秒到幾百納秒，其主要能量的頻率范圍為幾十兆到幾兆，故我 們把采樣頻率取在100MHz，此時可以比較準(zhǔn)確地記錄信號脈沖電流波形。平板感應(yīng)式傳感器的特點(diǎn)從信號頻帶上看，傳感器為一帶通型信號傳感器，主頻 帶為30KHZ-100MHZ，能將局放信號頻寬含蓋，滿足對局放信號的放電相位、重復(fù)率、分布譜 圖信號分離分類、判斷局放類型、進(jìn)行絕緣診斷等。特別是由于此傳感器可以在設(shè)備帶電運(yùn) 行的條件下直接從電力設(shè)備外部獲取局放信號，使用非常方便。傳感器特征參數(shù)
Bandwidth 帶寬30kHz-100MHzWorking principle 工作原理Inductive coupling 磁場串禹合Overall Dimensions 尺寸500mmxl20mmxl0mmWeight (without the RF cable)重量240gConnector 接頭BNCPower Supply 電源無源
5 相比常用局放信號傳感器，該傳感器有如下優(yōu)點(diǎn)1.依靠空間的電流磁場耦合，可用于傳統(tǒng)的變壓器末屏接地引下線、繞組中性點(diǎn) 接地線、和鐵心接地引下線不易解開接入局放檢測阻擾等場合，也可廣泛用于其它的設(shè)備 外殼有局放電流通過的場合，包括變壓器外壁等。使用范圍大大擴(kuò)展；2.安裝方便靈活，可廣泛用于帶電測量各種電力設(shè)備；3.通常帶電測量時都無法從變壓器高壓套管末屏取得信號，利用該傳感器有可能 能夠取到合適的信號；4.當(dāng)電力設(shè)備的接地引下線過寬時，如有的場合用的是50mm-100mm寬的接地線 排或緊貼地面及墻壁，可以使用該傳感器代替常規(guī)的羅戈夫斯基鉗型電流互感器；5.可廣泛用于離線測量、帶電測量、在線監(jiān)測等不同場合；7.對GIS及電纜等管線性電力設(shè)備，可沿管線走向在不同的點(diǎn)位進(jìn)行測量，根據(jù) 各點(diǎn)信號強(qiáng)弱，可以輔助進(jìn)行故障定位；8.對變電站內(nèi)多數(shù)設(shè)備，如CT、PT、避雷器、電容等，都可以從其接地引入線排上
取得信號。

圖1是平板感應(yīng)式傳感器原理圖，圖2是平板感應(yīng)式傳感器與測量儀器局放檢測示意圖，圖3是實(shí)施例平板感應(yīng)式傳感器現(xiàn)場安裝圖。圖中1_被測設(shè)備局部放電電流通道，2-高導(dǎo)磁磁芯，3-副邊線圈，4-被測試品， 5-平板感應(yīng)式傳感器，6-高通濾波器，7-數(shù)字化儀，8-計算機(jī)，9-光纖，10-變壓器高壓出
口套管外壁。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖1中，所述檢測電氣設(shè)備內(nèi)部放電 的平板感應(yīng)式傳感器，設(shè)置有平板式高導(dǎo)磁磁芯2、副邊線圈3，高導(dǎo)磁磁芯2及副邊線圈3 外側(cè)設(shè)置有絕緣材料層。平板感應(yīng)式傳感器帶寬為30KHz 100MHz，其尺寸為500mmX 120mmX 10mm。圖2中，平板感應(yīng)式傳感器5從設(shè)備處被測試品4取得信號(即從圖1中的被測 設(shè)備的局部放電電流通道1上取得信號)，輸入主機(jī)的高通濾波器6，經(jīng)數(shù)字化儀7后再通 過光纖9傳入計算機(jī)8。圖3中平板感應(yīng)式傳感器5貼于被測設(shè)備外端局放電流通過處1。平板感應(yīng)式傳感器帶寬為30KHz 100MHz，其尺寸為500mmX 120mmX 10mm。本實(shí)用新型的檢測步驟如下(1)、平板感應(yīng)傳感器貼于被測設(shè)備外端局放電流通過處，使副邊線圈3的信號電 流輸出與被測設(shè)備的局部放電電流同相位；(2)、副邊線圈3的信號電流通過50歐的同軸電纜及50歐的徑端匹配電阻與測量儀器的輸入端連接，其輸出電壓正比與輸入電流、積分電阻、原邊圈數(shù)，反比于副邊圈數(shù)；(3)、測量儀器采用寬帶以100MS/S的采樣系統(tǒng)采集各類局放信號及現(xiàn)場噪聲信號，用以對局放信號干擾識別相位特征、信號分類等進(jìn)行分析。此傳感器本質(zhì)上是一個柔軟靈活的變壓器。其原邊是被測設(shè)備的局放電流通道， 可以是電力變壓器、CT、PT、避雷器、柱式開關(guān)等的接地引下線排，也可以是電力變壓器、 GIS、電纜等設(shè)備的外殼。使用時使平板感應(yīng)式傳感器箭頭方向與被測物體中局放電流的方 向同向。副邊輸出與原邊電流同相位的電流波形。此電流被后續(xù)檢測儀器入單元檢測到， 變成電壓信號讀入。具體運(yùn)用時，可以事先分析被測設(shè)備外部可能的局放電流走向，使傳感器箭頭方 向與被測物體中局放電流的方向同向，此時傳感器的信號最強(qiáng)。當(dāng)傳感器箭頭方向與被測 物體中局放電流的方向不同向時，傳感器的信號較弱。當(dāng)傳感器箭頭方向與被測物體中局 放電流的方向完全垂直時，傳感器的信號幾乎沒有。但實(shí)際上局放電流都有一定的發(fā)散性， 信號多少都會有一部分耦合到傳感器中，只是數(shù)量大小不同而矣。對電力變壓器、CT、PT、避 雷器、柱式開關(guān)等的接地引下線排而言，局放電流一般都是順著接地引下線排的方向，比較 容易判斷，可以使傳感器箭頭方向與其線排向同向。對Gis及電纜設(shè)備而言，局放電流一般 都是從外壁沿著軸向方向流動，可以使傳感器箭頭方向與其軸向同向。對變壓器而言，在外 殼上通常都可以取得一定信號，但信號的強(qiáng)弱及方向隨放電點(diǎn)的位置與類型變化很大，一 方面使測量變得比較困難，另一方面也可以提供一個從表面局放電流的分布來確定局放位 置的手段。對一些特殊幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)備部件而言，有時也能取得很好的效果。如下圖中所 示的某500kV變壓器，從高壓出口套管升高座外殼進(jìn)行感應(yīng)測量，這時是可以通過本傳感 器來測量到很好的信號的。平板感應(yīng)式傳感器可廣泛運(yùn)用于多種電力設(shè)備的局放離線或帶電測量，包括1.對變壓器進(jìn)行離線測量、帶電測量、或在線監(jiān)測時，可根據(jù)現(xiàn)場情況，選擇緊貼 于變壓器高壓出口套管或外壁上，或緊貼于變壓器高壓末屏接地引下線上，或緊貼于變壓 器鐵芯接地線上，或緊貼于變壓器中性點(diǎn)接地線上等；2.對發(fā)電機(jī)進(jìn)行離線測量、帶電測量、或在線監(jiān)測時，可根據(jù)現(xiàn)場情況，選擇緊貼 于發(fā)電機(jī)出口封閉母線外壁上，或緊貼于發(fā)電機(jī)出口保護(hù)電容的接地線上，或其它有局放 電流通過的地方；3.對GIS進(jìn)行離線測量、帶電測量、或在線監(jiān)測時，可根據(jù)現(xiàn)場情況，選擇緊貼于 GIS外壁進(jìn)行測量。由于局放信號是沿著GIS管道方向傳播并衰減的，故可輔助進(jìn)行故障定 位；4.對柱式斷路器進(jìn)行離線測量、帶電測量、或在線監(jiān)測時，可根據(jù)現(xiàn)場情況，選擇 緊貼于柱式斷路器接地線、或柱式斷路器接地支撐柱進(jìn)行測量；5.對電纜進(jìn)行離線測量、帶電測量、或在線監(jiān)測時，可根據(jù)現(xiàn)場情況，選擇緊貼于 電纜或電纜頭、電纜終端的外壁進(jìn)行測量。由于局放信號是沿著電纜方向傳播并衰減的，故 可輔助進(jìn)行故障定位；6.對電壓和電流互感器進(jìn)行離線測量、帶電測量、或在線監(jiān)測時，可根據(jù)現(xiàn)場情 況，選擇緊貼于CT接地線進(jìn)行測量；9.對避雷器進(jìn)行離線測量、帶電測量、或在線監(jiān)測時，可根據(jù)現(xiàn)場情況，選擇緊貼于避雷器接地線進(jìn)行測量；平板感應(yīng)式傳感器的運(yùn)用實(shí)例本傳感器已經(jīng)在變壓器的局放檢測得到試驗(yàn)使用，其現(xiàn)場安裝使用如圖3所示。將傳感器貼于變壓器高壓出口套管外壁10，當(dāng)局放信號通過外壁時，由于電磁場感應(yīng)作用， 從副邊線圈中感應(yīng)于相應(yīng)信號，經(jīng)同軸電纜輸入后臺測量系統(tǒng)。從測試結(jié)果來看，能夠取得較好的信號，能夠有效地獲取信號相位、頻帶等信息， 從而為進(jìn)行有效的局放信號分離分類、識別診斷等提供支持。
權(quán)利要求一種檢測電氣設(shè)備內(nèi)部放電的平板感應(yīng)式傳感器，其特征是所述傳感器設(shè)置有具有高頻響應(yīng)特征的平板式高導(dǎo)磁磁芯(2)、副邊線圈(3)，在平板式高導(dǎo)磁磁芯(2)及副邊線圈(3)外側(cè)分別設(shè)置有絕緣材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測電氣設(shè)備內(nèi)部放電的平板感應(yīng)式傳感器，其特征是平 板感應(yīng)式傳感器帶寬為30KHz 100MHz，其尺寸為500mmX 120mmX 10mm。
專利摘要一種檢測電氣設(shè)備內(nèi)部放電的平板感應(yīng)式傳感器，其特征是它設(shè)置有具有高頻響應(yīng)特征的平板式高導(dǎo)磁磁芯(2)、副邊線圈(3)，在平板式高導(dǎo)磁磁芯(2)及副邊線圈(3)外側(cè)分別設(shè)置有絕緣材料層。本實(shí)用新型的使用范圍大、安裝方便靈活，可廣泛用于帶電測量各種電力設(shè)備；通常帶電測量時都無法從變壓器高壓套管末屏取得信號，利用該傳感器有可能能夠取到合適的信號；對GIS及電纜等管線性電力設(shè)備，可沿管線走向在不同的點(diǎn)位進(jìn)行測量，根據(jù)各點(diǎn)信號強(qiáng)弱，可以輔助進(jìn)行故障定位；可廣泛用于離線測量、帶電測量、在線監(jiān)測等不同場合。
文檔編號G01R31/12GK201600433SQ20102011567
公開日2010年10月6日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者沈煜, 阮羚, 高勝友 申請人:湖北省電力試驗(yàn)研究院