CN103248134A - 一种电缆局部放电带电检测感应取电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆局部放电带电检测感应取电装置。此装置由钳形换能器、可控整流器与充电电池组构成。现场检测时，将本装置的钳形换能器套接在被测电缆沿线的任意位置，均可感应三相交流电。将所感应的三相交流电送入可控整流器整流，整流后的直流电可对电池组充电，从而可以给负载提供优质电源。可控整流器包含控制中心，该控制中心采样整流后的直流电压，将该直流电压与电池组电压进行实时比较，通过调节可控整流器的导通角调节整流电压，以保证整流电压恒定。本发明所公开的技术方案，可以满足在开关柜至终端设备之间电缆沿线的任意位置取电并为负载提供优质电源。
Description
技术领域
本发明属于智能电网带电监测及其应用领域，具体是一种电缆局部放电带电检测中感应取电装置。
背景技术
电力电缆是电力系统中的重要设备，可由开关柜连接用户设备。在电缆长期运行过程中,由于运行环境的变化、外部因素的影响以及绝缘本身的老化，常常导致绝缘程度降低。局部放电是当前检测绝缘状态较为有效的技术手段之一，得到业界的广泛认可。局部放电带电检测由于具有检测时无需停电，检测数据真实反应系统运行状态，以及检测精度较高等特点，应用越来越广泛。但是，局部放电带电检测所用便携式检测设备通常用可充电电池供电，这种供电方式具有方便与安全等特点。但是，采用充电电池的技术方案也存在需要频繁充电、电池待机时间有限等缺点。如果可以在电缆带电检测时，从电缆沿线直接从感应取电给电池充电，则可解决以上问题。
当前，应用较为广泛的感应取电技术根据其工作方式大约可分为两大类。
一类工作方式为直接将所感应的电能提供给负载。（1.S.Peungsungwal,B.Pungsiri,K.Chamnongthai,M.Okuda,Autonomous robot for a powertransmission line inspection.The2001IEEE International Symposium onCircuits and Systems,2001,vol.2,pp:121-124;2.San Segundo,H.B.,Fuster,V.;Perez,L.;Mayorga,P.Automated Inspection ofElectric Transmission Lines:The power supply system,IEEE IndustrialElectronics,IECON2006-32nd Annual Conference on,2006,pp:3788-3792）；这种方式通常采用铁芯和感应线圈从三相高压导线中的某一相上直接提取电能，经整流后供给负载。这种方式提取的电能存在较大的电压波动，不太适合于需要优质电源的局部放电类便携式仪器的应用场合。还有一些学者在感应线圈输出端设计线性稳压电路。由于高压线路输送的电流随着时间或季节的变化存在较大幅度的变化，这种工作方式的研究主要以解决高压线路较宽电流范围内输出稳定的电压源（秦欢．高压测量系统感应取能电源设计[J].现代电力,2009,26（5）：32-36.李芙英，朱小梅，纪昆，藏金奎.一种应用于高电压侧测量系统中的电源[J].高电压技术，2002，28(3):46-47.）。
另一类工作方式是以蓄电池为储能元件，取电装置首先将所感应电能给电池组充电，然后通过电池组给负载供电，这种方式更适合对电源质量要求较高的用电设备（高迎霞，毕卫红，刘丰．电子式电流互感器高压端供能电源的设计[J].电力电子技术，2007，41(10):74－76.）。
但是，上述两类感应取电方式均只适用于从三相高压线路中的某一相感应取电，对于配电电缆的局部放电检测通常并不适用。如果使用当前业界广泛研究的感应取电技术，则由于ia+ib+ic=0，常规换能器包含的磁通为零，因此不能感应到电压，即此种感应方式取不出电能。
发明内容
本发明的目的是提供一种电缆局部放电带电检测感应取电装置，可解决当前感应取电方式不能从三相电缆中取电的问题。该发明既可从三相电缆沿线的任意位置感应取电，也具有安全、便携与提供优质电源等特点，非常适合于电缆局部放电在线监测系统应用，具有广阔的应用前景。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下。
一种电缆局部放电带电检测感应取电装置由钳形换能器1、可控整流器3、充电电池组4与负载5构成；
各部件的结构：
所述钳形换能器1由钳形外壳11、A相绕组磁芯12、A相绕组线圈13、B相绕组磁芯14，B相绕组线圈15、C相绕组磁芯16，C相绕组线圈17、输出航空插头18组成；
钳形换能器1各部件的连接：所述A相绕组线圈13缠绕在A相绕组磁芯12上、所述B相绕组线圈15缠绕在B相绕组磁芯14上、所述C相绕组线圈17缠绕在C相绕组磁芯16上；所述A相绕组线圈13的一个端部、B相绕组线圈15的一个端部与C相绕组线圈17的一个端部并联连接；所述航空插头18有插孔1、插孔2和插孔3三个插孔，所述A相绕组线圈13的另一个端部与换能器的航空插头18的插孔1连接，所述B相绕组线圈15的另一个端部与换能器的航空插头18的插孔2连接，所述C相绕组线圈17的另一个端部与换能器的航空插头18的插孔3连接；所述航空插头18位于换能器外壳11外面；
所述可控整流器3：为带Q1、Q2、Q3、Q4、Q5与Q6的控制端的可控整流器3，由交流电源输入航空插头31、三个避雷管32、可控三相整流桥33、带控制信号S1、S2、S3、S4、S5与S6的控制中心35、直流电源输出航空插头34以及绝缘外壳36构成；
可控整流器3各部件的连接：避雷管32、可控三相整流桥33、控制中心35设置在绝缘外壳36内，交流电源输入航空插头31和直流电源输出航空插头34分别设置在绝缘外壳36外两侧面；三个避雷管32的一端与交流电源输入航空插头31的三相线串联，其另一端接地；可控三相整流桥33的三相与交流电源输入航空插头31的三相线连接；
所述充电电池组4具有绝缘外壳，为容量不低于4500mAH，供电电压为25V，额定输出电流不低于1A，并具有过充电、过放电等保护电路；充电电池组4的一端有直流电源充电接口，其接口有正极与负极两个插孔；充电接口的对端为直流电源放电接口，其接口有正极与负极两个插孔；
电缆局部放电带电检测感应取电装置各部件的连接：
钳形换能器1的钳形外壳21套接在被测电缆2的任意位置；钳形换能器1的输出插头为航空插头18与可控整流器3的交流电源输入航空插头31连接，将钳形换能器1所感应的三相交流电送入可控整流器3整流，可控整流器3中包含的控制中心完成整流后的直流电压采样，通过调节可控整流器的导通角调节整流后的直流电压，以保证整流电压恒定，从而保证充电电压恒定；
可控整流器3的直流电源输出航空插头34的电源正极与负极插孔分别连接到充电电池组4充电口对应的电源正极与负极插孔，以便对充电电池组4充电；充电电池组4的放电接口正极与负极分别接到负载端5的直流电源接口正极与负极插孔，充电电池组4向负载5供电；控制中心35采集整流之后的直流电压，并与充电电池组4电压进行实时比较，并根据充电电池组4的电压与整流后电压差值调节导通角，以此保证整流后的直流电压稳定。
上述三个避雷管32可进行二级防雷保护，防雷响应速度不低于1纳秒，传输速率不低于10Mbps，衰减小于0.5dB。
上述A相绕组磁芯12选用初始磁导率为600的锰锌铁氧体，B相绕组磁芯14选用初始磁导率为400的锰锌铁氧体，C相绕组磁芯16选用初始磁导率为800的锰锌铁氧体；三相绕组磁芯材质不同，可保证感应的电压不等，从而可保证三相绕组可在电缆任意位置感应到电压。
上述充电电池组4为容量不低于4500mAH，供电电压为25V，额定输出电流不低于1A，并具有过充电、过放电等保护电路。所述充电电池组4具有绝缘外壳。
上述换能器钳形外壳1和所述可控整流器外壳36与可充电电池4外壳四周均设置有绝缘材料，该绝缘材料均采用环氧树脂材质，可耐受不低于35kV高压。
本发明具有如下优点：
1、本发明所采用的换能器外壳，整流器外壳与电池外壳均具有变电站现场检测时所需的绝缘要求，保证了使用人员操作该仪器时的安全性；
2、使用本发明进行现场监测时，可于被测电缆沿线任意位置处进行取电，消除了当前业界常用技术对取电位置有要求的限制，提高了检测效率；
3、本发明采用控制整流桥导通角保证整流后的直流电压稳定，保证充电电流的稳定性，加上电池组的过充电、过放电保护电路，增加了电池组使用寿命；
4、本发明采用先给电池组充电，再通过电池组放电的供电方式，可保证局部放电检测仪的供电质量，同时也保证了检测数据的准确性与可靠性。
附图说明
以上所述仅是本发明方案概述，为了更清楚说明本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作详细说明。
图1为发明一种电缆局部放电带电检测感应取电装置结构示意图。
图中，钳形换能器1，被测电缆2，可控整流器3，充电电池组4，负载5。
图2为本发明钳形换能器的结构示意图。
图中，钳形外壳11，磁芯12、A相绕组线圈13、磁芯14，B相绕组线圈15、磁芯16，C相绕组线圈17、输出航空插头18。
图3为可控整流器的结构示意图。
图中，交流电源输入航空插头31、避雷管32、可控三相整流桥33、控制中心35、直流电源输出航空插头34以及绝缘外壳36。
具体实施方式
一种电缆局部放电带电检测感应取电装置的结构图如图1所示,一种电缆局部放电带电检测感应取电装置由钳形换能器1、可控整流器3、充电电池组4与负载5构成；
钳形换能器1的结构如图2所示，所述钳形换能器1由钳形外壳11、A相绕组磁芯12、A相绕组线圈13、B相绕组磁芯14，B相绕组线圈15、C相绕组磁芯16，C相绕组线圈17、输出航空插头18组成；
钳形换能器1各部件的连接：所述A相绕组线圈13缠绕在A相绕组磁芯12上、所述B相绕组线圈15缠绕在B相绕组磁芯14上、所述C相绕组线圈17缠绕在C相绕组磁芯16上；所述A相绕组线圈13的一个端部、B相绕组线圈15的一个端部与C相绕组线圈17的一个端部并联连接；所述航空插头18有插孔1、插孔2和插孔3三个插孔，所述A相绕组线圈13的另一个端部与换能器的航空插头18的插孔1连接，所述B相绕组线圈15的另一个端部与换能器的航空插头18的插孔2连接，所述C相绕组线圈17的另一个端部与换能器的航空插头18的插孔3连接；所述航空插头18位于换能器外壳11外面；
可控整流器3如图3所示，：为带Q1、Q2、Q3、Q4、Q5与Q6的控制端的可控整流器3，由交流电源输入航空插头31、三个避雷管32、可控三相整流桥33、带控制信号S1、S2、S3、S4、S5与S6的控制中心35、直流电源输出航空插头34以及绝缘外壳36构成；
可控整流器13各部件的连接：避雷管32、可控三相整流桥33、控制中心35设置在绝缘外壳36内，交流电源输入航空插头31和直流电源输出航空插头34分别设置在绝缘外壳36外两侧面；三个避雷管32的一端与交流电源输入航空插头31的三相线串联，其另一端接地；可控三相整流桥33的三相与交流电源输入航空插头31的三相线连接；
充电电池组4具有绝缘外壳，为容量不低于4500mAH，供电电压为25V，额定输出电流不低于1A，并具有过充电、过放电等保护电路；充电电池组4的一端有直流电源充电接口，其接口有正极与负极两个插孔；充电接口的对端为直流电源放电接口，其接口有正极与负极两个插孔；
各部件的连接：
钳形换能器1的钳形外壳21套接在被测电缆2的任意位置；钳形换能器1的输出插头为航空插头18与可控整流器3的交流电源输入航空插头31连接，将钳形换能器1所感应的三相交流电送入可控整流器3整流，可控整流器3中包含的控制中心完成整流后的直流电压采样，通过调节可控整流器的导通角调节整流后的直流电压，以保证整流电压恒定，从而保证充电电压恒定；
可控整流器3的直流电源输出航空插头34的电源正极与负极插孔分别连接到充电电池组4充电口对应的电源正极与负极插孔，以便对充电电池组4充电；充电电池组4的放电接口正极与负极分别接到负载端5的直流电源接口正极与负极插孔，充电电池组4向负载5供电；控制中心35采集整流之后的直流电压，并与充电电池组4电压进行实时比较，并根据充电电池组4的电压与整流后电压差值调节导通角，以此保证整流后的直流电压稳定。
目前业界广泛研究的两类感应取电方式均只适用于在三相高压电路中，从线路的某一相取电。由于配电电缆三相导线均包含于同一个外绝缘，因此在电缆外部任意位置处均存在：ia+ib+ic=0。采用常规的换能器，由于换能器只采用一种磁芯材质，其包含的磁通为零，因此取不出电能。可见，本发明由于对每一相均采用不同磁芯材质，可保证不同磁芯感应的磁通不通，从而可从被检测电缆沿线直接感应取电并给电池充电。同时由于采用了控制中心对感应的三相电压进行可控整流，可广泛适应电缆中流过的各种供电负荷并为负载提供优质电源。显而易见，本发明所述装置可避免仅采用充电电池组的便携式设备续航能力弱的缺点，有效提高带电检测效果和工作效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例子而已，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 (5)
1.一种电缆局部放电带电检测感应取电装置，其特征在于：装置由钳形换能器（1）、可控整流器（3）、充电电池组（4）与负载（5）构成；
各部件的结构：
所述钳形换能器（1）由钳形外壳（11）、A相绕组磁芯（12）、A相绕组线圈（13）、B相绕组磁芯（14），B相绕组线圈（15）、C相绕组磁芯（16），C相绕组线圈（17）、输出航空插头（18）组成；所述A相绕组线圈（13）缠绕在A相绕组磁芯（12）上、所述B相绕组线圈（15）缠绕在B相绕组磁芯（14）上、所述C相绕组线圈（17）缠绕在C相绕组磁芯（16）上；
钳形换能器1各部件的连接：所述A相绕组线圈（13）的一个端部、B相绕组线圈（15）的一个端部与C相绕组线圈（17）的一个端部并联连接；所述航空插头（18）有插孔1、插孔2和插孔3三个插孔，所述A相绕组线圈（13）的另一个端部与换能器的航空插头（18）的插孔1连接，所述B相绕组线圈（15）的另一个端部与换能器的航空插头（18）的插孔2连接，所述C相绕组线圈（27）的另一个端部与换能器的航空插头（18）的插孔3连接；所述航空插头(18)位于换能器外壳（11）外面；
所述可控整流器（3）：为带Q1、Q2、Q3、Q4、Q5与Q6的控制端的可控整流器（3），由交流电源输入航空插头（31）、三个避雷管（32）、可控三相整流桥（33）、带控制信号S1、S2、S3、S4、S5与S6的控制中心（35）、直流电源输出航空插头（34）以及绝缘外壳（36）构成；
可控整流器（3）各部件的连接：避雷管（32）、可控三相整流桥（33）、控制中心（35）设置在绝缘外壳（36）内，交流电源输入航空插头（31）和直流电源输出航空插头（34）分别设置在绝缘外壳（36）外两侧面；三个避雷管（32）的一端与交流电源输入航空插头（31）的三相线串联，其另一端接地；可控三相整流桥（33）的三相与交流电源输入航空插头（31）的三相线连接；
所述充电电池组（4）具有绝缘外壳，为容量不低于4500mAH，供电电压为25V，额定输出电流不低于1A，并具有过充电、过放电等保护电路；充电电池组（4）的一端有直流电源充电接口，其接口有正极与负极两个插孔；充电接口的对端为直流电源放电接口，其接口有正极与负极两个插孔；
电缆局部放电带电检测感应取电装置各部件的连接：
钳形换能器（1）的钳形外壳(11)套接在被测电缆（2）的任意位置；钳形换能器（1）的输出插头为航空插头(18)与可控整流器（3）的交流电源输入航空插头(31)连接，将钳形换能器（1）所感应的三相交流电送入可控整流器（3）整流，可控整流器（3）中包含的控制中心完成整流后的直流电压采样，通过调节可控整流器的导通角调节整流后的直流电压，以保证整流电压恒定，从而保证充电电压恒定；
可控整流器（3）的直流电源输出航空插头（34）的电源正极与负极插孔分别连接到充电电池组（4）充电口对应的电源正极与负极插孔，以便对充电电池组（4）充电；充电电池组（4）的放电接口正极与负极分别接到负载端（5）的直流电源接口正极与负极插孔，充电电池组（4）向负载（5）供电；控制中心（35）采集整流之后的直流电压，并与充电电池组（4）电压进行实时比较，并根据充电电池组（4）的电压与整流后电压差值调节导通角，以此保证整流后的直流电压稳定。
2.根据权利要求1所述的一种电缆局部放电带电检测感应取电装置，其特征在于：所述三个避雷管（32）可进行二级防雷保护，防雷响应速度不低于1纳秒，传输速率不低于10Mbps，衰减小于0.5dB。
3.根据权利要求1所述的一种电缆局部放电带电检测感应取电装置，其特征在于：所述A相绕组磁芯（12）选用初始磁导率为600的锰锌铁氧体，B相绕组磁芯（14）选用初始磁导率为400的锰锌铁氧体，C相绕组磁芯（16）选用初始磁导率为800的锰锌铁氧体；三相绕组磁芯材质不同，可保证感应的电压不等，从而可保证三相绕组可在电缆任意位置感应到电压。
4.根据权利要求1所述的一种电缆局部放电带电检测感应取电装置，其特征在于：所述充电电池组（14）为容量不低于4500mAH，供电电压为25V，额定输出电流不低于1A，并具有过充电、过放电等保护电路。所述充电电池组（14）具有绝缘外壳。
5.根据权利要求1所述的一种电缆局部放电带电检测感应取电装置，其特征在于：所述换能器钳形外壳（1）和所述可控整流器外壳（36）与可充电电池（4）外壳四周均设置有绝缘材料，该绝缘材料均采用环氧树脂材质，可耐受不低于35kV高压。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |