CN103207306A - 一种局部放电暂态地电压传感器 - Google Patents

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吕鸿
王宇
王增彬
胡兵
李清俊
赵培伟
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Abstract

本发明公开了一种局部放电暂态地电压传感器，包括外壳主体、平板耦合电容内电极、工频隔离电路、采集控制模块、输出接口和盖板，所述外壳主体与盖板共同构成密封容腔；所述平板耦合电容内电极固定在密封容腔内，并且平板耦合电容内电极以外壳主体的左侧壁为介质、与被测试品金属表面形成耦合式电容；所述工频隔离电路用于对平板耦合电容内电极检测到的信号进行高通滤波；所述输出接口用于对工频隔离电路滤波后的信号进行输出；所述采集控制模块用于对平板耦合电容内电极和输出接口进行控制。本发明提供的局部放电暂态地电压传感器，操作简单、快捷、便于巡检时的频繁移动、精细定位、抗干扰能力强，能提高检测工作效率和定位精度。

Description

一种局部放电暂态地电压传感器
技术领域
本发明涉及一种局部放电暂态地电压传感器，是一种对运行中的中高压开关柜因发生局部放电而在柜体表面产生的暂态地电压进行采集和检测的装置，属于在线状态检测技术。
背景技术
高压电气设备的安全一直以来都是电网最关注的问题，局部放电程度是衡量高压电气设备绝缘老化的重要指标之一。
当高压电气设备发生局部放电时，放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分，形成电流脉冲并向各个方向传播；当高压电气设备发生内部放电时，放电电量聚集在接地屏蔽的内表面，形成电流脉冲并向各个方向传播；因此，如果屏蔽层是连续的则无法在外部检测到放电信号。而实际上，屏蔽层通常会在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损而导致不连续，这样高频信号就会传输到设备外层；高压电气设备发生放电而产生的电磁波通过屏蔽层这些的非连续部位（比如金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫）传播出去，并同时产生一个暂态电压，通过设备的金属箱体外表面而传到地下去。这些暂态电压是于1974年由Dr John Reeves首先发现，并把它命名为Transient Earth Voltage，即暂态对地电压，简称TEV。
目前，高压开关柜局部放电检测技术通常采用超声波法或电气检测法，暂态对地电压法属于电气检测法的一种。
超声波法有两种探头可以采集超声波信号：一种是接触式超声波探头，其缺点是现场中除了局部放电外，还存在其他不少可能引起外壳振动的因素，并且这些其他因素的干扰还有可能非常强烈；另一种是非接触式超声波探头，其缺点是该种探头容易受环境因数影响。
电气检测法最常用的是TEV（Transient Earth Voltage）探头，通过磁性底座或涂抹耦合剂固定在开关柜柜体上，TEV探头的安装操作比较繁琐，存在细微距离的移动，调整不方便，并且TEV探头上没有采集控制功能，巡检操作不够简便。
因此，如果能够设计一种操作简单、快捷、便于巡检时的频繁移动、精细定位、抗干扰能力强、且集成有简单采集控制功能的局部放电传感器，将会减少开关柜巡检测试的工作量，提高检测工作效率和定位精度。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种操作简单、快捷、便于巡检时的频繁移动、精细定位、抗干扰能力强、且集成有简单采集控制功能的局部放电暂态地电压传感器，以减少开关柜巡检测试的工作量，提高检测工作效率和定位精度。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种局部放电暂态地电压传感器，包括外壳主体、平板耦合电容内电极、工频隔离电路、采集控制模块、输出接口和盖板，所述外壳主体与盖板共同构成密封容腔；所述平板耦合电容内电极固定在密封容腔内，并且平板耦合电容内电极以外壳主体的左侧壁为介质、与被测试品金属表面形成耦合式电容；所述工频隔离电路安装在密封容腔内，用于对平板耦合电容内电极检测到的信号进行高通滤波；所述输出接口安装在外壳主体的右侧壁上，用于对工频隔离电路滤波后的信号进行输出；所述采集控制模块的控件安装在盖板上，用于对平板耦合电容内电极和输出接口的电压阈值进行控制。
优选的，所述密封容腔分为三个隔室，所述平板耦合电容内电极固定在左隔室内，所述工频隔离电路安装在中隔室内，所述输出接口安装在右隔室的的侧壁上；通过隔室的设计，一方面能够方便密封容器内的各个部件的固定安装，另外一方面也能够起到不同部件之间的隔离和防止干扰的作用，同时隔室的壁也能够起到加固外壳主体、支撑盖板的作用。
优选的，还包括内电极固定模具，所述平板耦合电容内电极安装在内电极固定模具上，所述内电极固定模具固定在密封容腔内。通过内电极固定模具的设计能够可靠平板耦合电容内电极的安装。
优选的，所述平板耦合电容内电极为方形电极或圆形电极，其端面与外壳主体的左侧壁贴合。
优选的，所述采集控制模块包括印刷线路板、三个电阻和三个功能按键，所述记三个电阻分别为第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，记三个功能按键分别为第一功能按键K1、第二功能按键K2和第三功能按键K3；所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3顺次串联，所述三个功能按键的一端均与平板耦合电容内电极连接，第一功能按键K1的另一端与第一电阻R1的未串接端相接，第二功能按键K2的另一端与第一电阻R1和第二电阻R2的串接点相接，第三功能按键K3的另一端与第二电阻R2和第三电阻R3的串接点相接，第三电阻R3的未串接端与输出接口相接。这里，三个功能按键即为采集控制模块的控件，通过对不同功能按键的选择，即改变了电路接入后面测试设备的阻抗，后面测试设备根据接入的不同阻抗，实现电压阈值的增大、减小、自动调节的控制功能。
有益效果：本发明提供的局部放电暂态地电压传感器，具有如下特点和优势：1）可以设计为手持式结构，通过左侧壁与被测设备表面接触形成耦合电容来采集信号，操作简单、快捷、便于巡检时的频繁移动；2）由于是通过局部放电暂态地电压传感器的外表面与被测设备表面接触获取信号，用户可根据现场需要，将传感器在被测设备表面快速自由滑动，并且精确调整传感器在被测设备表面的位置，实时读取比较各相对位置的数据，与传统的带磁座的传感器比较，改进了其安装拆卸费时费力、移动不方便的缺点；3）由于集成有简单的采集控制功能，能根据现场实施读取的数据及时调整电压阀值，省去了在测试设备端与被测设备端往返操作的繁琐工作量，提高了开关柜巡检测试工作效率；4）结构上采用三个隔室独立密封的设计方式，即方便各功能部件分别固定安装在各个独立的隔室内，又可起到相互隔离防止干扰的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为本发明的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1、图2所示为一种一种局部放电暂态地电压传感器，包括外壳主体1（要求外壳主体1的材料绝缘、相对介电常数稳定、并受外界环境影响较小）、平板耦合电容内电极2、内电极固定模具3、工频隔离电路4、采集控制模块5和输出接口7；所述平板耦合电容内电极2、工频隔离电路4、采集控制模块5和输出接口7之间通过信号连接线6实现电连接。
所述采集控制模块5用于对平板耦合电容内电极2和输出接口7的电压阈值进行控制，包括印刷线路板、三个电阻和三个功能按键，所述记三个电阻分别为第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，记三个功能按键分别为第一功能按键K1、第二功能按键K2和第三功能按键K3；所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3顺次串联，所述三个功能按键的一端均与平板耦合电容内电极2连接，第一功能按键K1的另一端与第一电阻R1的未串接端相接，第二功能按键K2的另一端与第一电阻R1和第二电阻R2的串接点相接，第三功能按键K3的另一端与第二电阻R2和第三电阻R3的串接点相接，第三电阻R3的未串接端与输出接口7相接。
所述内电极固定模具3为方形电极或圆形电极，固定时，其端面与外壳主体1的左侧壁贴合。
所述外壳主体1为厚度均匀的矩形容腔，其以印刷线路板为盖板，并与盖板一起构成密封容腔，所述密封容腔分为三个隔室，记三个隔室分别为左隔室、中隔室和右隔室；所述平板耦合电容内电极2安装在内电极固定模具3上，所述内电极固定模具3固定在左隔室内，平板耦合电容内电极2以外壳主体1的左侧壁为介质、与被测试品金属表面形成耦合式电容；所述工频隔离电路4安装在中隔室内，用于对平板耦合电容内电极2检测到的信号进行高通滤波，有效抑制低频信号；所述输出接口7安装在右隔室、外壳主体1的右侧壁上，用于对工频隔离电路4滤波后的信号进行输出。
工作时，平板耦合电容内电极2接收到的局部放电暂态地电压信号，首先经过工频隔离电路4进行滤波产生高频信号，高频信号再经过输出接口7输出；输出接口7可以连接至局放检测仪，通过局方检测仪即可对信号进行分析处理。
如图3所示为本案的等效电路图，平板耦合电容内电极2以外壳主体1的左侧壁为介质、与被测试品金属表面形成耦合式电容等效为电容C1，电容C1可表示为：
C1=εs/d=εrε0s/d
其中，ε为介质的介电常数，ε=εrε0；εr为介质的相对介电常数；ε0为介质的真空介电常数，本例中，外壳主体1的左侧壁的真空介电常数ε0≈8.854×10-12F/m；s为平板耦合电容内电极2的面积；d为外壳主体1的左侧壁的厚度。
电容C2为设置的检测电容，电阻Rr和电容C2共同构成工频隔离电路，对于工频信号，电阻Rr和电容C2并联后的阻抗值近似等于Rr，这样，相当于电阻Rr和电容C2串联，工频电压几乎全部降到电容C2上。对于高频脉冲信号，电容C2形成的容抗远小于电阻Rr，这样就相当于电容C1和电容C2串联对输入信号分压，故对于局部放电暂态地电压的输入△u(t)和传感器的输出△u(t)0有如下关系：
△u(t)0≈C1△u(t)/(C1+C2)
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种局部放电暂态地电压传感器，其特征在于：包括外壳主体（1）、平板耦合电容内电极（2）、工频隔离电路（4）、采集控制模块（5）、输出接口（7）和盖板，所述外壳主体（1）与盖板共同构成密封容腔；所述平板耦合电容内电极（2）固定在密封容腔内，并且平板耦合电容内电极（2）以外壳主体（1）的左侧壁为介质、与被测试品金属表面形成耦合式电容；所述工频隔离电路（4）安装在密封容腔内，用于对平板耦合电容内电极（2）检测到的信号进行高通滤波；所述输出接口（7）安装在外壳主体（1）的右侧壁上，用于对工频隔离电路（4）滤波后的信号进行输出；所述采集控制模块（5）的控件安装在盖板上，用于对平板耦合电容内电极（2）和输出接口（7）的电压阈值进行控制。
2.根据权利要求1所述的局部放电暂态地电压传感器，其特征在于：所述密封容腔分为三个隔室，所述平板耦合电容内电极（2）固定在左隔室内，所述工频隔离电路（4）安装在中隔室内，所述输出接口（7）安装在右隔室的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的局部放电暂态地电压传感器，其特征在于：还包括内电极固定模具（3），所述平板耦合电容内电极（2）安装在内电极固定模具（3）上，所述内电极固定模具（3）固定在密封容腔内。
4.根据权利要求1所述的局部放电暂态地电压传感器，其特征在于：所述平板耦合电容内电极（2）为方形电极或圆形电极，其端面与外壳主体（1）的左侧壁贴合。
5.根据权利要求1所述的局部放电暂态地电压传感器，其特征在于：所述采集控制模块（5）包括印刷线路板、三个电阻和三个功能按键，所述记三个电阻分别为第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，记三个功能按键分别为第一功能按键K1、第二功能按键K2和第三功能按键K3；所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3顺次串联，所述三个功能按键的一端均与平板耦合电容内电极（2）连接，第一功能按键K1的另一端与第一电阻R1的未串接端相接，第二功能按键K2的另一端与第一电阻R1和第二电阻R2的串接点相接，第三功能按键K3的另一端与第二电阻R2和第三电阻R3的串接点相接，第三电阻R3的未串接端与输出接口（7）相接。
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