Gis內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器，包括絕緣子以及對應(yīng)于三相高壓導(dǎo)體的三段輔助電極，所述的絕緣子具有金屬法蘭，所述的三段輔助電極為結(jié)構(gòu)相同的圓弧形，三段輔助電極分布在同一圓的圓周上，并且與所述的絕緣子同心，所述輔助電極澆注在絕緣子的環(huán)氧樹脂內(nèi)部，與絕緣子集成為一體，絕緣子套裝高壓導(dǎo)體后，所述的輔助電極也套于高壓導(dǎo)體的外側(cè)，每段輔助電極的兩端均具有一個端子，其中一個端子為接地端子，另一個端子為檢測端子，所述檢測端子伸出絕緣子外，用于與檢測裝置相連接，所述的圓弧形傳感器能夠檢測到GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電所產(chǎn)生的電磁波。該傳感器抗干擾能力強且檢測靈敏度高。
【專利說明】GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的檢測設(shè)備，具體是指GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]氣體絕緣的金屬封閉式組合電器(gas-1nsulatedmetal-enclosed switchgear,簡稱GIS)由于可靠性高，性能優(yōu)越等優(yōu)點在電力系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。但是，當(dāng)GIS發(fā)生絕緣故障時，其維修時間長，影響面積大，后果嚴(yán)重。GIS的絕緣診斷主要體現(xiàn)在局部放電的檢測上。SF6以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)對于局部放電的特性有一定的影響。所產(chǎn)生的電流脈沖可達到納米數(shù)量級，導(dǎo)致電磁波在千兆赫茲的范圍的傳播。因而，用于GIS局部放電檢測的傳感器需要具有足夠高的靈敏度和良好的頻率響應(yīng)特性。
[0003]GIS 一般可分為單相單筒式和三相共筒式兩種形式。三相共筒型將三相元件和導(dǎo)體通過“品”字型布置集中在一個較大的筒內(nèi)，使相間絕緣充分利用SF6氣體的優(yōu)越絕緣性能。相比單相單筒式的結(jié)構(gòu)，其具有整體體積小，安裝、檢修方便，節(jié)省時間等優(yōu)點。目前，110KV電壓等級及母線可以做成三相共筒式，220KV及以上較多采用單相單筒式。本發(fā)明設(shè)計一種針對三相共筒式的新型內(nèi)置式局部放電傳感器。
[0004]國內(nèi)外一直致力于GIS局部放電檢測的研宄，許多傳統(tǒng)的局部放電測量傳感器被研制出來，但其安全性、靈敏度等較低，且價格昂貴，不宜推廣。由于技術(shù)的復(fù)雜性和技術(shù)要求很高，其技術(shù)程度還不夠成熟，存在著諸多問題需要解決。
[0005]GIS局部放電傳感主要有內(nèi)置傳感和外置傳感兩種方式。外置傳感方式特別適合于已經(jīng)制造好的GIS，但其靈敏度較低，而且會遇到相對大一些的空間電磁干擾，目前研宄的外置傳感器主要有UHF傳感器、雙錐天線和縫隙天線等。內(nèi)置傳感方式具有靈敏度高、抗干擾能力強的突出優(yōu)點，目前研宄的內(nèi)置傳感器主要有平板形傳感器、錐形傳感器和圓盤形傳感器等。
[0006]重慶大學(xué)針對GIS結(jié)構(gòu)及內(nèi)部局部放電特點，在實驗室GIS模擬裝置上設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的內(nèi)置式圓環(huán)天線，并對其響應(yīng)特性進行理論分析與實際測量:從電容耦合原理角度采用方波響應(yīng)分析傳感器及整個測試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，從天線模型角度分析幅頻響應(yīng)特性。
[0007]過去的一些研宄表明，GIS的盆式絕緣子都被金屬外圈所覆蓋，因而GIS的中局部放電產(chǎn)生的電磁波有相當(dāng)一部分，從而嚴(yán)重阻礙了 UHF信號向外泄漏，極大降低了外置式檢測方法的靈敏度。此外，外置式傳感器尺徑大，易受空間電磁干擾，在現(xiàn)場應(yīng)用效果不佳。
[0008]由于GIS技術(shù)的早期設(shè)計不提供額外的布置空間，傳統(tǒng)的內(nèi)置式傳感器需要在原來的殼體上增加設(shè)置窗口以進行傳感器的安裝。因此，傳感器只能接收到通過安裝窗口泄露出來的信號，其監(jiān)測范圍及靈敏度受到降到限制；且額外的安裝空間容易造成GIS密封不嚴(yán)，導(dǎo)致SF6氣體的泄露；窗口和傳感器的增加也使得GIS成本大大提高。此外，在GIS原有的同軸結(jié)構(gòu)均勻電場會因為窗口和傳感器的增加變得不均勻，降低了絕緣裕度，不能保證GIS運行的安全可靠性。重慶大學(xué)的圓環(huán)天線雖然無須額外的窗口設(shè)置，但其開環(huán)結(jié)構(gòu)的天線也存在著安裝困難、安裝成本高等問題，不能投入現(xiàn)場檢測應(yīng)用。
[0009]為了解決這些問題，需要研制新型傳感器，使得傳感器在安裝時無需拆除GIS的封裝和脫氣，也不會破壞原有的電場分布；在保證其安全性和靈敏度的同時，盡可能降低其安裝使用的成本和風(fēng)險。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器，該傳感器抗干擾能力強且檢測靈敏度高。
[0011]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器，其特征在于:所述的圓弧傳感器包括絕緣子以及對應(yīng)于三相高壓導(dǎo)體的三段輔助電極，所述的絕緣子具有金屬法蘭，所述的三段輔助電極為結(jié)構(gòu)相同的圓弧形，三段輔助電極分布在同一圓的圓周上，并且與所述的絕緣子同心，所述輔助電極澆注在絕緣子的環(huán)氧樹脂內(nèi)部，與絕緣子集成為一體，絕緣子套裝高壓導(dǎo)體后，所述的輔助電極也套于高壓導(dǎo)體的外側(cè)，每段輔助電極的兩端均具有一個端子，其中一個端子為接地端子，用于與金屬法蘭相連接后接地，另一個端子為檢測端子，所述檢測端子伸出絕緣子外，用于與檢測裝置相連接，所述的圓弧形傳感器能夠檢測到GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電所產(chǎn)生的電磁波，并且將檢測到的電磁波輸送給檢測裝置，從而判斷GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體是否存在局部放電。
[0012]本發(fā)明中，所述絕緣子為盆式絕緣子。
[0013]本發(fā)明中，所述的接地端子為接地螺釘。
[0014]本發(fā)明中，所述的檢測端子為檢測螺釘。
[0015]本發(fā)明中，所述接地端子、檢測端子的材料均為鋁。
[0016]本發(fā)明的檢測端子通過引線與檢測裝置相連接，其直徑相對較粗，以降低其阻抗，減小對測量結(jié)果的影響。
[0017]本發(fā)明澆注在鑄環(huán)氧樹脂材料中的圓弧形輔助電極通過螺釘與接地的外殼相連接，其主要目的是平衡和均勻靜電場的分布和消除的環(huán)氧樹脂絕緣材料和鋁制法蘭之間可能存在的空氣間隙的絕緣效果。每個弧形電極一端有一個可用來采集信號的接收點，可以作為一段天線通過引線與檢測裝置相連，從而達到測量目的。
[0018]本發(fā)明中的絕緣子垂直設(shè)置在GIS的接地外殼內(nèi)，傳感器的電極設(shè)置成圓弧形并澆注在絕緣子的環(huán)氧樹脂內(nèi)部，同時，圓柱形的高壓導(dǎo)體沿接地外殼軸線設(shè)置并穿過絕緣子，該結(jié)構(gòu)中的傳感器可以擴大監(jiān)測面積；傳感器的電機為圓弧形，可以有效均勻場強，避免尖角產(chǎn)生電場強度突變；傳感器的位置處在絕緣子地電位側(cè)并與接地外殼金屬短接，所設(shè)計的形狀及位置經(jīng)過嚴(yán)密的分析計算，可以改善該處的電場強度、提高GIS原有的絕緣裕度；在絕緣子的兩側(cè)設(shè)置屏蔽罩可以改善絕緣子該處的電場強度、并屏蔽其包圍范圍內(nèi)的連接螺栓，防止電場強度不均勻?qū)е陆^緣故障。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的傳感器具有如下顯著效果:
[0020](I)安全可靠性高。該傳感器采用的是無線的工作方式，避免了布線對GIS內(nèi)部絕緣的影響；傳感器利用接收到的電磁波信號供能，不需要額外提供電源，避免了 GIS內(nèi)部取能的困難和電源安裝在GIS內(nèi)部導(dǎo)致的安全隱患。
[0021](2)抗干擾能力強。該傳感器能夠接收特高頻頻帶的信號，經(jīng)現(xiàn)場測試表明其抗電磁干擾能力強，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作。
[0022](3)接收靈敏度高。相比傳統(tǒng)的外置式和內(nèi)置式傳感器，以及純圓環(huán)形天線，具有更高的靈敏度。
[0023](4)不僅在超高頻段常被用作接收天線，在低頻段也能夠接收到一定強度的信號。
[0024](5)本發(fā)明的傳感器的預(yù)埋在絕緣子中，無須額外的安裝空間，成本低，穩(wěn)定性高，且不需要對傳感器一側(cè)供能，維護方便。圓弧結(jié)構(gòu)相比純圓環(huán)形結(jié)構(gòu)更為簡單靈活，能夠節(jié)約一定的成本可以為電力單位減少大量的物力、財力和人力，提高經(jīng)濟效益，保障電力設(shè)備的運行安全。這都將契合和服務(wù)于當(dāng)前我國電網(wǎng)公司實施的統(tǒng)一堅強的智能電網(wǎng)大戰(zhàn)略。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0026]圖1是GIS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，顯示內(nèi)部高壓導(dǎo)體、絕緣子以及外殼的位置；
[0027]圖2是本發(fā)明圓弧傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是現(xiàn)有的外置式傳感器檢測到的20pC放電信號的頻譜波圖，測量的是母線上的尖端放電信號；
[0029]圖4是現(xiàn)有的內(nèi)置式傳感器檢測到的20pC放電信號的頻譜波圖，測量的是母線上的尖端放電信號；
[0030]圖5是本發(fā)明傳感器檢測到的20pC放電信號的頻譜波圖，測量的是母線上的尖端放電信號。
[0031]附圖標(biāo)記說明
[0032]1、高壓導(dǎo)體；2、絕緣子；21、金屬法蘭；3、外殼；
[0033]4、輔助電極；41、接地端子；42、檢測端子

【具體實施方式】
[0034]如圖1、圖2所示的GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器，該圓弧傳感器包括絕緣子2以及對應(yīng)于三相高壓導(dǎo)體I的三段輔助電極4，絕緣子2為盆式絕緣子2，絕緣子2具有金屬法蘭21，三段輔助電極4為結(jié)構(gòu)相同的圓弧形，三段輔助電極4分布在同一圓的圓周上，并且與絕緣子2同心，輔助電極4澆注在絕緣子2的環(huán)氧樹脂內(nèi)部，與絕緣子2集成為一體，絕緣子2套裝高壓導(dǎo)體I后，輔助電極4也套于高壓導(dǎo)體I的外側(cè)，每段輔助電極4的兩端均具有一個端子，其中一個端子為接地端子41，用于與金屬法蘭21相連接后接地，具體與金屬法蘭21相連接后與接地的GIS的外殼3相連接，達到接地的效果，另一個端子為檢測端子42，檢測端子42伸出絕緣子2外，不與金屬法蘭21相接觸，檢測端子42用于與檢測裝置相連接，圓弧形傳感器能夠檢測到GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體I局部放電所產(chǎn)生的電磁波，并且將檢測到的電磁波輸送給檢測裝置，從而判斷GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體I是否存在局部放電。這里的檢測裝置為通過導(dǎo)線與檢測端子42相連接的外接示波器。
[0035]本實施例中的高壓導(dǎo)體I包括GIS內(nèi)部的斷路器、母線、隔離開關(guān)等內(nèi)部部件，本發(fā)明的圓弧傳感器可以測量GIS設(shè)備內(nèi)部的尖端放電、氣泡放電、金屬顆粒放電、沿面放電、氣泡放電等的特高頻電磁波信號。
[0036]本實施例中，三相高壓導(dǎo)體I封閉在一個圓筒腔體內(nèi)，采用三相共箱式結(jié)構(gòu)。它的優(yōu)點是外殼渦流損耗小，相應(yīng)地載流容量大。高壓導(dǎo)體I用盆形絕緣子固定，絕緣子兩側(cè)的導(dǎo)體部分套有均壓環(huán)，以避免放電。
[0037]本實施例中，接地端子41為接地螺釘，檢測端子42為檢測螺釘，接地端子41、檢測端子42的材料均為鋁。由于鋁的膨脹系數(shù)與絕緣子的環(huán)氧樹脂膨脹系數(shù)相近，所以將兩個端子的材料選用為鋁。
[0038]本發(fā)明的圓弧傳感器為內(nèi)置預(yù)埋式圓弧形傳感器，傳感器與絕緣子2集成為一個整體，傳感器的重要部件如輔助電極4澆注在GIS盆式絕緣子2內(nèi)部，用于檢測GIS腔體內(nèi)傳來的高壓導(dǎo)體I上的局部放電電磁波信號，解決了傳統(tǒng)傳感器安裝在GIS內(nèi)部的安裝位置問題、場強均勻分布問題和靈敏度問題。為電力系統(tǒng)節(jié)約了大量的物力、財力和人力，杜絕了由于傳感器布線或取能造成的安全隱患，提高了電力系統(tǒng)運行的安全可靠性。
[0039]本發(fā)明的圓弧型傳感器的獨特結(jié)構(gòu)決定了其相比其他類型的內(nèi)置式傳感器耦合到更寬頻帶的信號，其接地螺釘部分相當(dāng)于單極天線，可以用于耦合高頻信號，圓弧形部分則可以耦合到一定的低頻信號。
[0040]本發(fā)明的傳感器在進行實驗測試時，在高壓導(dǎo)體I表面安裝尖刺放電模型。通過工頻實驗變壓器向尖刺放電模型施加的試驗電壓為21kV時產(chǎn)生局部放電，局部放電儀顯示視在放電量為20pC左右，本發(fā)明傳感器接收到局部放電信號，通過示波器呈現(xiàn)出波形。
[0041]圖3、圖4、圖5是采用現(xiàn)有技術(shù)中各檢測設(shè)備以及本發(fā)明傳感器檢測到的20pC放電信號的頻譜波形，測量的部位為GIS內(nèi)部母線上的尖端放電信號。其中，圖3為外置式傳感器測到的波形，圖4為現(xiàn)有內(nèi)置式傳感器測到的波形，圖5為本發(fā)明傳感器測到的波形。從圖可以看出，相同或等價位置處，本發(fā)明檢測到的幅值遠大于其他三類天線檢測到的信號幅值。與外置式和內(nèi)置傳感器相比，本發(fā)明檢測局部放電的能力更強，原因可能是局部放電信號在低頻部分的含量多，在高頻部分的含量少，而本發(fā)明在低頻部分的檢測能力高于其他幾類傳感器。本發(fā)明能夠有效的監(jiān)測GIS腔體內(nèi)部局部放電信號，其靈敏度、精度和信號強度均符合預(yù)期的設(shè)計。
[0042]本發(fā)明的上述實施例并不是對本發(fā)明保護范圍的限定，本發(fā)明的實施方式不限于此，凡此種種根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，對本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器，其特征在于:所述的圓弧傳感器包括絕緣子以及對應(yīng)于三相高壓導(dǎo)體的三段輔助電極，所述的絕緣子具有金屬法蘭，所述的三段輔助電極為結(jié)構(gòu)相同的圓弧形，三段輔助電極分布在同一圓的圓周上，并且與所述的絕緣子同心，所述輔助電極澆注在絕緣子的環(huán)氧樹脂內(nèi)部，與絕緣子集成為一體，絕緣子套裝高壓導(dǎo)體后，所述的輔助電極也套于高壓導(dǎo)體的外側(cè)，每段輔助電極的兩端均具有一個端子，其中一個端子為接地端子，用于與金屬法蘭相連接后接地，另一個端子為檢測端子，所述檢測端子伸出絕緣子外，用于與檢測裝置相連接，所述的圓弧形傳感器能夠檢測到GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電所產(chǎn)生的電磁波，并且將檢測到的電磁波輸送給檢測裝置，從而判斷GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體是否存在局部放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器，其特征在于:所述絕緣子為盆式絕緣子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器，其特征在于:所述的接地端子為接地螺釘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器，其特征在于:所述的檢測端子為檢測螺釘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GIS內(nèi)部高壓導(dǎo)體局部放電檢測用圓弧傳感器，其特征在于:所述接地端子、檢測端子的材料均為鋁。
【文檔編號】G01R31/12GK104459491SQ201410764932
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】盧啟付, 王增彬, 李成榕, 李興旺, 張西子, 饒章權(quán), 彭向陽, 林春耀, 呂鴻, 鄭書生 申請人:廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院, 華北電力大學(xué)