CN102096028A

CN102096028A - 一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器

Info

Publication number: CN102096028A
Application number: CN2010105483965A
Authority: CN
Inventors: 朱薪志; 吴斌; 汪东军; 宋哲
Original assignee: BEIJING SHENXING ENERGY INVESTMENT Co Ltd; Taian Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Current assignee: BEIJING SHENXING ENERGY INVESTMENT Co Ltd; Taian Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明是有关于一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，主要包括绝缘外壳、固定在绝缘外壳上的插头、固定于绝缘外壳内的谐振腔、超声感知器和电磁感知器，其中，谐振腔与插头通过电路连接。本发明非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，具有安全、便携、高效的特点，从而克服了现有的监测系统的不足。

Description

一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器

技术领域

本发明涉及电力设备状态监测领域，特别是涉及一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器。

背景技术

目前已有的监测高压开关柜类设备内部局部放电的技术是通过高压实验变压器对开关柜施加交流高压，用超高频电流互感器监测流过接地线的脉冲电流来判断开关柜的绝缘状态。

上述的现有的监测方法及其监测系统，虽可监测和诊断高压开关柜的绝缘状态，判断是否存在局部放电的问题，但是在实际使用时却发现其仍存在不安全、低效、判断可靠性差、设备笨重等方面的问题，因而未能达到最佳的使用效果。如何能创设一种安全、便携、高效的新的非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，实属当前业界的重要研究课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，具有安全、便携、高效的特点，从而克服现有的监测系统的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，主要包括绝缘外壳、固定在绝缘外壳上的插头、固定于绝缘外壳内的谐振腔、超声感知器和电磁感知器，其中，谐振腔与插头通过电路连接。

作为本发明的一种改进，所述的插头与谐振腔通过滤波放大电路连接。

所述滤波放大电路的滤波器由电感L1、L2和电容C4、C5、C6、C7串接，电感L1与谐振腔的节点通过电容C1接地，电感L1和L2的节点通过电容C2接地，电感L2和电容C4的节点通过电容C3接地，电容C4和C5的节点通过电感L3接地，电容C5和C6的节点通过电感L4接地，电容C6和C7的节点通过电感L5接地。

所述电容C1为73pF、C2为125pF、C3为73pF，、C4为2.3nF、C5为588pF、C6为588pF、C7为2.3nF，电感L1为220nH、L2为220nH、L3为2.2uH、L4为1.3uH、L5为2.2uH。

所述的滤波放大电路的增益为40dB，带宽5-80MHz。

所述的绝缘外壳内还固定有为滤波放大电路传递电能和检测信号的电源模块。

所述的电源模块是以魔幻电源方式工作，包括通过直流电源、熔丝、电容和两个电阻，其中，直流电源通过熔丝和电阻I与滤波放大电路连接，电阻I与滤波放大器的节点通过电容和电阻II与插头连接。

所述的直流电源的电压为18V，熔丝的电流额定为1A，电阻I为50Ω，电容为1uF的滤波和隔直电容，电阻II为10kΩ的信号检测阻抗。

所述的插头为香蕉插头，所述的绝缘外壳采用环氧树脂材质，所述的电磁感知器为螺旋天线电磁感知器。

所述的电磁感知器直径25mm，由5匝间距1mm的螺旋天线构成；所述的谐振腔的直径20mm，长度50mm，壁厚1mm，内部镀银；所述的绝缘外壳的厚度小于5mm，大于2mm；所述的超声信号感知器直径为10mm，厚度2mm。

采用这样的设计后，本发明至少具有如下优点：

1、本发明采用非侵入式监测设计，在开关柜外表面监测开关柜内部的放电情况，传感器的外壳具有30kV的绝缘水平，因此监测人员可以非常安全地操作该设备；

2、本发明传感器重量小于0.5kg，常用主机重量也小于4kg，因此总的重量在5kg以内，体积也小于30cm×30cm×20cm，与现有监测系统50kg的重量以及大于50cm×50cm×50cm的体积相比，本发明明显更便于携带；

3、使用本发明进行现场监测时，操作人员只需将传感器贴在开关柜的外表面10秒钟，即可立即知道开关柜内部是否发生局部放电，与以往耗时10分钟的监测相比大大提高了监测效率。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器的组成示意图。

图2是本发明一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器的滤波器的组成示意图。

图3是本发明一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器的电源组成示意图。

图4是本发明一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器的使用状态示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，主要包括绝缘外壳11、固定在绝缘外壳11上的插头12、固定于绝缘外壳11内的谐振腔13、超声感知器14、电磁感知器15、滤波放大电路16和电源模块17。

其中，绝缘外壳11可采用环氧树脂类绝缘材质，厚度小于5mm，大于2mm。插头12可为香蕉插头。谐振腔13的优选直径为20mm，长度50mm，壁厚1mm，并在内部镀银。超声感知器14的优选直径为10mm，厚度2mm。电磁感知器15可选用螺旋天线电磁感知器，间距1mm，直径25mm，匝数5。

谐振腔13通过滤波放大电路16与电源模块17连接。滤波放大电路16的增益优选40dB，带宽5-80MHz，其中滤波放大电路16的滤波器结构可配合参阅图2所示，由电感L1、L2和电容C4、C5、C6、C7串接，电感L1与谐振腔13的节点通过电容C1接地，电感L1和L2的节点通过电容C2接地，电感L2和电容C4的节点通过电容C3接地，电容C4和C5的节点通过电感L3接地，电容C5和C6的节点通过电感L4接地，电容C6和C7的节点通过电感L5接地，各参数取值可为：C1＝73pF，C2＝125pF，C3＝73pF，C4＝2.3nF，C5＝588pF，C6＝588pF，C7＝2.3nF；L1＝220nH，L2＝220nH，L3＝2.2uH，L4＝1.3uH，L5＝2.2uH。

此外，设置在绝缘外壳11的电源模块17，通过一条同轴电缆向超声传感器14和电磁感知器15传递电能并接收检测信号，以这种方式工作的电源在电子工程领域称为魔幻电源(Phantom Power)，其内部结构，请配合参阅图3，主要包括直流电源31，熔丝32，电阻33，电容34，电阻35。其中，直流电源31通过熔丝32和电阻33与滤波放大电路16连接，滤波放大电路16还与电容34连接，电容34与电阻35连接，然后经过香蕉插头12完成传感器的信号输出。较佳的，直流电源31采用可充电电池，其电压为18V，熔丝32的电流额定为1A，电阻33为50Ω，电容34为1uF的滤波和隔直电容，电阻35为10kΩ。

应用本发明的新型非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器时，可以参考图4。其中的主机41起到信号采集分析和显示的作用，传感器43以其特殊的结构同时具有高频电磁和超声两种信号的测量功能，放大器直接置于传感器43中，内部以特殊的魔幻电源方式供电。监测系统工作时，将传感器43紧贴在高压开关柜44的表面，当高压开关柜内部的绝缘缺陷处发生局部放电时，伴随局部放电而辐射出的电磁波和超声波传播到柜体外表面，传感器43内的电磁感知器15将拾取到相应电磁波的磁场分量，同时超声感知器14拾取超声信号，并经由滤波放大电路16调理，然后信号经过魔幻电源17，最后经同轴电缆42传送到主机41进行分析、处理和显示，通过两类信号的强度和时间差即可完成开关柜内部绝缘状态的监测及局部放电的定位。本发明直接解决了对高压开关柜进行非侵入、在线监测及定位内部局部放电的问题。

需要进一步说明的是图4中的主机41部分，该部分主要功能是进行信号的采集、存储和显示，可以采用目前常见的数字存储示波器，例如Tektronix TDS 2002B。测量信号时建议利用该示波器的预触(Pre-trigger)功能，逐渐提高触发电平，从而可以精确地知道相应的局部放电水平并捕捉到脉冲波形。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，其特征在于主要包括绝缘外壳、固定在绝缘外壳上的插头、固定于绝缘外壳内的谐振腔、超声感知器和电磁感知器，其中，谐振腔与插头通过电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，其特征在于所述的插头与谐振腔通过滤波放大电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，其特征在于所述滤波放大电路的滤波器由电感L1、L2和电容C4、C5、C6、C7串接，电感L1与谐振腔的节点通过电容C1接地，电感L1和L2的节点通过电容C2接地，电感L2和电容C4的节点通过电容C3接地，电容C4和C5的节点通过电感L3接地，电容C5和C6的节点通过电感L4接地，电容C6和C7的节点通过电感L5接地。

4.根据权利要求3所述的一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，其特征在于所述电容C1为73pF、C2为125pF、C3为73pF，、C4为2.3nF、C5为588pF、C6为588pF、C7为2.3nF，电感L1为220nH、L2为220nH、L3为2.2uH、L4为1.3uH、L5为2.2uH。

5.根据权利要求2所述的一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，其特征在于所述的滤波放大电路的增益为40dB，带宽5-80MHz。

6.根据权利要求2所述的一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，其特征在于所述的绝缘外壳内还固定有为滤波放大电路传递电能和检测信号的电源模块。

7.根据权利要求6所述的一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，其特征在于所述的电源模块是以魔幻电源方式工作，包括直流电源、熔丝、电容和两个电阻，其中，直流电源通过熔丝和电阻I与滤波放大电路连接，滤波放大电路与电阻I的节点通过电容及电阻II与插头连接。

8.根据权利要求7所述的一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，其特征在于所述的直流电源的电压为18V，熔丝的电流额定为1A，电阻I为50Ω，电容为1uF的滤波和隔直电容，电阻II为10kΩ。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，其特征在于所述的插头为香蕉插头，所述的绝缘外壳采用环氧树脂材质，所述的电磁感知器为螺旋天线电磁感知器。

10.根据权利要求9所述的一种非侵入式高压开关柜局部放电监测传感器，其特征在于所述的电磁感知器直径25mm，由5匝间距1mm的螺旋天线构成；所述的谐振腔的直径20mm，长度50mm，壁厚1mm，内部镀银；所述的绝缘外壳的厚度小于5mm，大于2mm；所述的超声信号感知器直径为10mm，厚度2mm。