CN102928745B - 开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电气设备绝缘在线检测技术领域的一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器。其技术方案是，一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器，其特征在于，所述传感器包括绝缘介质底板、感应电极和绝缘电路板、绝缘外壳、金属屏蔽壳、电容耦合器、匹配电阻、变增益信号处理器、供电输入端子、增益调整旋钮和信号输出端子。本发明的有益效果是，采用测量瞬时接地电压的方法，选用高介电常数介质材料，电容耦合器90°辐射结构和变增益信号处理器设计，克服了原有瞬时接地电压传感器频带窄和灵敏度低的问题。
Description
技术领域
本发明属于电气设备绝缘在线检测技术领域，尤其涉及一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器。
背景技术
开关柜在电力系统中占有要地位，担负着电力系统中发电、输电、变电、配电和用电各环节中控制、保护等多重功能，由于开关柜通过连接多条母线和出线，对电能进行分配和控制，其运行状况直接关系到电网的安全运行和供电可靠性。因此，开关柜在电力系统中占有非常重要的地位。开关柜在长期运行中必然存在的电磁效应、热效应、化学效应及其他因素都会造成绝缘劣化，导致电气绝缘强度降低，引起局部放电，局部放电的产生预示着开关柜将会出现停运等故障，造成供电中断，因此，通过一定手段检测开关柜局部放电，掌握开关柜绝缘状况，及时合理安排检修，可以有效避免事故的发生，提高供电可靠性。
开关柜内部局部放电产生的电磁波会在柜体金属板的外表面感应出电压信号，称该电压信号为瞬时接地电压，因此通过一定方式和设备检测开关柜瞬时接地电压可以反映出开关柜局部放电情况，该手段属在线非侵入式局部放电检测，可以直接反映出电气设备内部的绝缘状况，并能够及时和有效地发现其绝缘缺陷，减少不必要的设备停电造成的负荷损失和停电操作带来的安全风险，对高压开关柜运行安全有重要意义。
目前常用的高压开关柜局部放电检测手段有脉冲电流法、超声波法和瞬时接地电压法。脉冲电流法灵活性较差，操作复杂不方便，不利于在线操作；超声波法容易受到外界声波干扰从而造成误诊断；目前采用的瞬时接地电压传感器存在测量带宽较窄，同时传感器增益固定，对一些小放电信号灵敏度不足。
发明内容
针对上述背景技术中所述的现有开关柜局部放电检测方法的不足，本发明提出了一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器。
其技术方案是，一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器，其特征在于，所述传感器包括绝缘介质底板、感应电极、绝缘电路板、绝缘外壳、金属屏蔽壳、电容耦合器、匹配电阻、变增益信号处理器、供电输入端子、增益调整旋钮和信号输出端子；
其中，所述传感器的侧面和顶部最外层为绝缘外壳；内侧为金属屏蔽壳，形成屏蔽结构，并在金属屏蔽壳内部安装分隔板，将金属屏蔽壳分为上屏蔽室和下屏蔽室；
所述传感器底部从外往内三层依次为绝缘介质底板、感应电极和绝缘电路板；所述绝缘电路板紧贴于感应电极，与金属屏蔽壳之间通过螺丝固定；
所述绝缘介质底板与绝缘外壳齿接在一起，接缝处进行热塑处理；
所述感应电极紧贴绝缘介质底板；所述感应电极用于形成瞬时接地电压；
所述变增益信号处理器和增益调整旋钮位于上屏蔽室，电容耦合器和匹配电阻位于下屏蔽室；
所述供电输入端子和信号输出端子安装在金属屏蔽壳上；所述供电输入端子用于连接供电装置；所述信号输出端子用于信号的输出；
所述金属屏蔽壳侧面设有第一开孔，所述供电输入端子和所述变增益信号处理器通过穿过第一开孔的导线相连；
所述金属屏蔽壳顶部设有第二开孔，所述信号输出端子和所述变增益信号处理器通过穿过第二开孔的导线相连；
所述金属屏蔽壳顶部设有第三开孔，用于伸出增益调整旋钮；
所述分隔板上设有第四开孔，所述变增益信号处理器和所述匹配电阻通过穿过第四开孔的导线相连；
所述绝缘电路底板上设有第五开孔，所述匹配电阻和所述感应电极通过穿过第五开孔的导线相连；
所述电容耦合器的内侧与所述匹配电阻相连。
所述绝缘介质底板选用高介电常数绝缘材料，用于降低低频截止频率，增加传感器频带宽度。
所述绝缘介质底板、感应电极、绝缘电路板和电容耦合器为同轴紧贴在一起。
所述变增益信号处理器包括滤波器和放大器；所述滤波器采用有源二阶滤波器；所述放大器采用多级放大器；所述放大器采用可调增益放大器，安装有增益调整旋钮，用于在测量开关柜局部放电时选择放大增益倍数。
所述电容耦合器包括四个贴片电容和环形覆铜；所述四个贴片电容内侧焊接在一起，相邻贴片电容间夹角为90°，并通过绝缘电路板过孔与感应电极相连，外侧焊接在覆铜上与金属屏蔽壳通过螺丝连接，使四个贴片电容并联连接，用于增加传感器带宽。
本发明的有益效果是，采用测量瞬时接地电压的方法，选用高介电常数介质材料，改善了原有瞬时接地电压传感器频带窄和灵敏度低的问题，通过采用四个贴片电容相邻90°并连辐射结构电容耦合器，增加了原有传感器频带，同时变增益信号处理器理念可以将传感器应用于不同测量环境中。
附图说明
图1是本发明提供的一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器的结构示意图；
图2是本发明提供的一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器中电容耦合器的结构示意图；
其中，101-绝缘介质底板；102-感应电极；103-绝缘电路板；104-绝缘外壳；105-金属屏蔽壳；106-匹配电阻；107-电容耦合器；108-变增益信号处理器；109-供电输入端子；110-增益调整旋钮；111-信号输出端子；112-分隔板；201-贴片电容；202-环形覆铜。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1是本发明提供的一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器的结构示意图。图1中，所述传感器包括绝缘介质底板、感应电极、绝缘电路板、绝缘外壳、金属屏蔽壳、电容耦合器、匹配电阻、变增益信号处理器、供电输入端子、增益调整旋钮和信号输出端子；
其中，所述传感器的侧面和顶部最外层为绝缘外壳；内侧为金属屏蔽壳，形成屏蔽结构，并在金属屏蔽壳内部安装分隔板，将金属屏蔽壳分为上屏蔽室和下屏蔽室；
所述传感器底部从外往内三层依次为绝缘介质底板、感应电极和绝缘电路板；所述绝缘电路板紧贴于感应电极，与金属屏蔽壳之间通过螺丝固定；
所述绝缘介质底板与绝缘外壳齿接在一起，接缝处进行热塑处理；
所述感应电极紧贴绝缘介质底板；所述感应电极用于形成瞬时接地电压；
所述变增益信号处理器和增益调整旋钮位于上屏蔽室，电容耦合器和匹配电阻位于下屏蔽室；
所述供电输入端子和信号输出端子安装在金属屏蔽壳上；所述供电输入端子用于连接供电装置；所述信号输出端子用于信号的输出；
所述金属屏蔽壳侧面设有第一开孔，所述供电输入端子和所述变增益信号处理器通过穿过第一开孔的导线相连；
所述金属屏蔽壳顶部设有第二开孔，所述信号输出端子和所述变增益信号处理器通过穿过第二开孔的导线相连；
所述金属屏蔽壳顶部设有第三开孔，用于伸出增益调整旋钮；
所述分隔板上设有第四开孔，所述变增益信号处理器和所述匹配电阻通过穿过第四开孔的导线相连；
所述绝缘电路底板上设有第五开孔，所述匹配电阻和所述感应电极通过穿过第五开孔的导线相连；
所述电容耦合器的内侧与所述匹配电阻相连。
图2是本发明提供的一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器中电容耦合器的结构示意图。图2中，电容耦合器包括四个贴片电容和环形覆铜，电容耦合器有四个贴片电容，电容内侧焊接在一起，外侧焊接在环形覆铜上，相邻贴片电容间夹角为90°，由于电容内侧通过绝缘电路板过孔与感应电极相连，外侧焊接在覆铜上与金属屏蔽壳通过螺丝连接，使四个贴片电容并联连接，可以减小电容杂散电感的影响，保证传感器高频特性，增加了传感器带宽，同时，四个电容90°夹角结构符合同轴原理，同样可以增加传感器带宽。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器，其特征在于，所述传感器包括绝缘介质底板、感应电极、绝缘电路板、绝缘外壳、金属屏蔽壳、电容耦合器、匹配电阻、变增益信号处理器、供电输入端子、增益调整旋钮和信号输出端子；
其中，所述传感器的侧面和顶部最外层为绝缘外壳；内侧为金属屏蔽壳，形成屏蔽结构，并在金属屏蔽壳内部安装分隔板，将金属屏蔽壳分为上屏蔽室和下屏蔽室；
所述传感器底部从外往内三层依次为绝缘介质底板、感应电极和绝缘电路板；所述绝缘电路板紧贴于感应电极，与金属屏蔽壳之间通过螺丝固定；
所述绝缘介质底板与绝缘外壳齿接在一起，接缝处进行热塑处理；
所述感应电极紧贴绝缘介质底板；所述感应电极用于形成瞬时接地电压；
所述变增益信号处理器和增益调整旋钮位于上屏蔽室，电容耦合器和匹配电阻位于下屏蔽室；
所述供电输入端子和信号输出端子安装在金属屏蔽壳上；所述供电输入端子用于连接供电装置；所述信号输出端子用于信号的输出；
所述金属屏蔽壳侧面设有第一开孔，所述供电输入端子和所述变增益信号处理器通过穿过第一开孔的导线相连；
所述金属屏蔽壳顶部设有第二开孔，所述信号输出端子和所述变增益信号处理器通过穿过第二开孔的导线相连；
所述金属屏蔽壳顶部设有第三开孔，用于伸出增益调整旋钮；
所述分隔板上设有第四开孔，所述变增益信号处理器和所述匹配电阻通过穿过第四开孔的导线相连；
所述绝缘电路底板上设有第五开孔，所述匹配电阻和所述感应电极通过穿过第五开孔的导线相连；
所述电容耦合器的内侧与所述匹配电阻相连；
所述电容耦合器包括四个贴片电容和环形覆铜；所述四个贴片电容内侧焊接在一起，相邻贴片电容间夹角为90°，并通过绝缘电路板过孔与感应电极相连，外侧焊接在覆铜上与金属屏蔽壳通过螺丝连接，使四个贴片电容并联连接，用于增加传感器带宽。
2.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器，其特征在于，所述绝缘介质底板选用高介电常数绝缘材料，用于降低低频截止频率，增加传感器频带宽度。
3.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器，其特征在于，所述绝缘介质底板、感应电极、绝缘电路板和电容耦合器为同轴紧贴在一起。
4.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器，其特征在于，所述变增益信号处理器包括滤波器和放大器；所述滤波器采用有源二阶滤波器；所述放大器采用多级放大器；所述放大器采用可调增益放大器，安装有增益调整旋钮，用于在测量开关柜局部放电时选择放大增益倍数。
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