CN102436921A

CN102436921A - 空心线圈轴电流互感器

Info

Publication number: CN102436921A
Application number: CN2011104430448A
Authority: CN
Inventors: 林海波
Original assignee: HARBIN REGEL GENERATOR TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HARBIN REGEL GENERATOR TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2012-05-02

Abstract

空心线圈轴电流互感器，属于测量技术，用于电机轴电流在线监测，克服以往使用铁芯型轴电流互感器存在的量程、带宽、线性度受限，现场安装和维修难度大，制造、使用成本高等不足。由两个纵向呈半个圆环形状的空心线圈，固定在空心线圈两端、将两个半圆环形线圈连接整圆的机械接头及接头上的电气插头，连接空心线圈的前置信号调理器组成。本发明的积极效果是：利用罗可夫斯基线圈的无饱和、高线性、宽频带等固有的优点，以相应的前置信号调理器与其组合，消除其低频灵敏度低，易引入高频干扰的不利因素。实现了对轴电流高灵敏度、高稳定性的信号监测功能。和以往使用的铁芯型轴电流互感器相比，大大减轻了传感器重量、缩小了体积，方便了现场的安装和维护，降低了制造、使用成本。

Description

空心线圈轴电流互感器

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及大中型电机轴电流在线监测装置。

背景技术

电枢磁场的不对称分布将在电机大轴产生感应电压即轴电压，轴电压包含大量的高次谐波。其波形和幅度与机组的类型和尺寸有关。一般汽轮发电机轴电压在0.5-2V之间,水轮发电机轴电压在10-30V之间。为保护带电的转子，汽轮机轴在驱动侧通过滑环或电刷接地，水轮机发电机则通过水轮机大轴和水流接地。如果转子另一侧的轴承座接地，轴电压就施加在轴承油膜上。由于通过大轴形成的回路阻抗很小，一旦油膜破坏，就会产生强大的轴电流，从而导致轴承严重受损。小于1A的轴电流对机组不会发生严重危害。监测轴电流是评估发电机轴承绝缘状况、防止事故发生的重要措施和有效手段。

以往，监测轴电流多使用铁芯型轴电流互感器，此种监测装置，为实现精确的监测和信号远传，取得一定的负载能力和带宽。由于需要较大的输出阻抗，因而要求铁芯具有很高的磁导率和较多的副边线圈匝数，较大的轴电流的产生，又将造成铁芯饱和。基于上述原因，铁芯型轴电流互感器的量程、带宽、线性度都受到限制。铁芯叠片的加工和成型工艺十分复杂，大尺寸轴电流互感器具有较大的重量，不仅制造成本很高，现场安装和维修也十分困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种空心线圈轴电流互感器，用于电机轴电流在线监测，克服以往使用铁芯型轴电流互感器存在的量程、带宽、线性度受限，现场安装和维修难度大，成型工艺较复杂，用材多、重量重，制造、使用成本高等不足。

本发明的互感器由两个纵向呈半个圆环形状的空心线圈，固定在空心线圈两端、能将两个半圆环形空心线圈连接成完整圆环形线圈的两组机械接头，连接空心线圈的前置信号调理器组成。空心线圈上有屏蔽和绝缘护套。每组机械接头上有接通两个半圆环空心线圈绕组的电气插头、外部供电电源接口、连接远端显示装置的远传信号线接口，对接成整圆环空心线圈的末端引线经空心线圈内从首端引出，引线在线圈内的部分作为逆向回环。空心线圈的引线接前置信号调理器，前置信号调理器的输出端接远传信号线电气接口，前置信号调理器所需的外部供电电源接机械接头上的电源接口。

为实现对空心线圈输出的信号的优化处理，本发明中的前置信号调理器包括：阻抗匹配器，由高频积分网络、运算放大器、低频积分网络、直流增益限制网络、信号调理单元组成的前置有源积分放大器，信号调单元及外部隔离电源。

为确保空心线圈不受外界磁场干扰，本发明的进一步完善是在绝缘护套外增加屏蔽层，使空心线圈具有内、外两层屏蔽层。外屏蔽层上包围绝缘保护层。

为获取环形空心线圈较好的整体强度及利用已形成商品的原材料以方便空心线圈的制作，本发明中的空心线圈以带有薄铜管内衬的塑封管作为骨架和绝缘护套，骨架上的薄铜管内衬作为逆向回环连接在线圈末端与引出线之间。绝缘护套上的薄铜管内衬作为屏蔽层。

为实现两个半圆环形空心线圈之间牢固连接及便于两个半圆环形空心线圈之间的连接与拆分，本发明中机械接头的每组两个对接头中，以一侧对接头端部的外螺纹和嵌在另一侧对接头端部的螺帽连接，每组接头的两端均为线圈端头插入孔。线圈端头插入孔位置有透过孔壁用于紧固线圈的螺钉，在一组机械接头的两个对接头的轴向孔内，分别安装连通两个半圆环形空心线圈的插头和插座，电气插头、插座引脚与相邻线圈绕组端头及作为回流环的塑封管薄铜管内衬之间导体连接。

本发明的积极效果是：基于罗可夫斯基线圈原理，利用其具有无饱和、高线性、宽频带等固有的优点，以相应的前置信号调理器与其组合，消除其低频灵敏度低，易引入高频干扰的不利因素。实现了对轴电流高灵敏度、高稳定性的信号监测功能。和以往使用的铁芯型轴电流互感器相比，大大减轻了传感器重量、缩小了体积，方便了现场的安装和维护，降低了制造、使用成本。

附图说明

图1为铁芯型轴电流互感器的等效原理图。

图2为空芯线圈型互感器的等效原理图。

图3为本发明中环形空芯线圈径向整体结构示意图。

图4为本发明中环形空芯线圈圆周横剖面图

图5为本发明中环形空芯线圈瞬时电流走向图。

图6为图3所示的左侧半圆环空心线圈上端头上的机械接头局部剖视图。

图7为图3所示的右侧半圆环空心线圈上端头上的机械接头局部剖视图。

图8为图3所示的左侧半圆环空心线圈下端头上的机械接头局部剖视图。

图9为图3所示的右侧半圆环空心线圈下端头上的机械接头局部剖视图。

图10为本发明中前置信号调理器电路原理图。

具体的实施方式

参阅图3、图4，在两个从有薄铜管内衬的塑封管上截取的管段并弯曲成半个圆环作为线圈骨架2，在骨架2上缠绕组5形成空心线圈，骨架的薄铜管内衬6作为线圈回环导体。本实施例中绕组匝数为1000匝，用0.5mm直径漆包线。空心线圈绕组外面套有与线圈骨架形状相同、带有薄铜管内衬的塑封管，套在绕组外的带有薄铜管内衬的塑封管的塑管部分作为绝缘护套4，薄铜管内衬部分作为内屏蔽层3。绕组与内屏蔽层之间的空隙充填硅胶。护套4外面套有外屏蔽网8。外屏蔽网外缠绕绝缘胶带防护层9。

参阅图3、图6、图7、图8、图9，将两个半环线圈连接成整环的两组机械接头7-1、7-2的每组两个对接头中，以一侧对接头端部的外螺纹10、12和嵌在另一侧对接头端部的螺帽11、13连接，每组接头的两端均为线圈端头插入孔。线圈端头插入孔位置有透过孔壁用于紧固线圈的螺钉14，连通两个半圆环形空心线圈的电气插头16和插座15分别安装在图6、图7组成的一组机械接头的两个对接头的轴向孔内，机械接头上有分别紧固电气插头16和插座15的螺钉17和18。前置信号调理器19装在另一组机械接头的内腔中。

左侧半圆环空心线圈位于下端起点1-A及同一端的骨架内薄铜管6的端头(即经逆向回环引出的环形线圈终点1-B)与前置信号调理器19相连接。前置信号调理器19输出经同轴电缆20接远传信号线电气接口21。左侧半圆环空心线圈上端的终点22与接通两个半圆环空心线圈的电气插座15的引脚15-1相连。同一端骨架内薄铜管6的端头以接点23与电气插座15的引脚15-2相连。右侧半圆环空心线圈位于上端的起点24接电气插头16上的引脚16-1。同一端骨架内薄铜管端头接点25与电气插头16的引脚16-2相连。右侧半圆环空心线圈位于下端的终点26连接骨架内的薄铜管。

半圆环空心线圈端头部分漏出的绝缘护套4插在机械接头7-1、7-2的孔中，以紧固螺钉14锁定后，形成一个完整圆环形空心线圈即轴电流互感器。线圈骨架内薄铜管形成回流环，电流的瞬时走向如图4所示，双环产生的反向磁场抵消，消除轴向泄漏磁场的干扰。

参阅图10，前置信号调理器由隔离电源32、积分放大器28、高频积分网络27、低频积分网络29、直流增益限制网络30、信号调理单元31、电气接口21组成。

前置信号调理器的工作过程为：隔离电源32为信号调理器提供±12V隔离电源，空心线圈监测输出的轴电流信号经阻尼器电阻R_in连接到积分放大器28，放大器的积分增益为1/R_iC_i= 1/R_inC_in，适当选取元件参数使得当高频电流通过时，1/ωC_in＜＜R_in ，1/ωC_i＜＜R_i ，R_in ，C_in组成高频积分网络27，运算放大器、R_i ，C_i等效为跟随器；当低频电流通过时，R_in＜＜1 /ωC_in ，R_i＜＜ 1/ωC_i，R_i ，C_i组成低频积分网络29， R_in ，C_in等效为跟随器；对于超低频信号,直流增益限制网络30的等效阻抗Z＜＜ 1/ωC_i，限制了电路增益，对与设计带宽内的信号，1/ωC_i＜＜Z，电路增益为正常的积分增益。积分放大器输出经信号调理单元31处理，输出0-5V或4-20mA远传信号，连接到电气接口21。

Claims

1.空心线圈轴电流互感器，其特征是：由两个纵向呈半个圆环形状的空心线圈，固定在空心线圈两端、将两个半圆环形空心线圈连接成完整圆环形线圈的两组机械接头，连接空心线圈的前置信号调理器组成；空心线圈上有屏蔽层和绝缘护套，在其中一组机械接头上有接通两个半圆环空心线圈绕组的电气插头及插座、外部供电电源接口、连接远端显示装置的远传信号线接口；对接成整圆环空心线圈的末端引线经空心线圈内从首端引出，引线在线圈内的部分作为逆向回环；空心线圈的引线接前置信号调理器，前置信号调理器的输出端接远传信号线电气接口，前置信号调理器所需的外部供电电源接机械接头上的电源接口。

2.根据权利要求1所述的空心线圈轴电流互感器，其特征是：前置信号调理器包括：阻抗匹配器，由高频积分网络、运算放大器、低频积分网络、直流增益限制网络、信号调理单元组成的前置有源积分放大器，信号调理单元及外部隔离电源。

3.根据权利要求1所述的空心线圈轴电流互感器，其特征是：在空心线圈绝缘护套外增加屏蔽层，使空心线圈具有内、外两层屏蔽层，外屏蔽层上包围绝缘保护层。

4.根据权利要求1所述的空心线圈轴电流互感器，其特征是：空心线圈用带有薄铜管内衬的塑封管作为骨架和线圈外的绝缘护套，骨架上的薄铜管内衬作为逆向回环连接在线圈末端与引出线之间，绝缘护套上的薄铜管内衬作为屏蔽层。

5.根据权利要求1所述的空心线圈轴电流互感器，其特征是：机械接头的每组两个对接头中，以一侧对接头端部的外螺纹和嵌在另一侧对接头端部的螺帽连接，每组接头的两端均为线圈端头插入孔，线圈端头插入孔位置有透过孔壁用于紧固线圈的螺钉，在一组机械接头的两个对接头的轴向孔内，分别安装连通两个半圆环形空心线圈的插头和插座，电气插头、插座引脚与相邻线圈绕组端头及作为回流环的塑封管薄铜管内衬之间导体连接。