CN103884971A - 电力设备局部放电检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力设备局部放电检测装置及其检测方法。通过电力设备的内部引出地线测量局部放电，在电力设备体外的引出地线上选择两个点，一点为参考点，另一点为测量点，测量测量点相对于参考点之间的VHF信号或UHF信号的传输线电位差，由此进行局部放电信号传感。与所述内部引出地线上参考点相连接的导体屏蔽罩，对所述的参考点和测量点之间的地线线段进行屏蔽。所述屏蔽罩延长至所述的电力设备的金属外壳，并和电力设备的金属外壳相连，使设备外壳和屏蔽罩构成一个封闭的屏蔽体，对所述的参考点至设备内部的地线线段进行屏蔽。可有效抵抗外部空间电磁干扰，减少局部放电测量误差，并且测量比较方便。

Description

电力设备局部放电检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及电力设备局部放电检测技术领域，特别是涉及一种电力设备局部放电检测装置及其检测方法。

背景技术

绝缘介质中的局部缺陷，在交流电压作用下，发生缺陷区域的重复击穿，称为局部放电。

局部放电是绝缘缺陷的表现，也是绝缘缺陷进一步发展的原因。电力设备绝缘中长期的局部放电能够使绝缘缺陷不断扩大，最终导致整体绝缘击穿，引发绝缘事故。因此，在电力设备的制造、安装、运行和检修中，经常需要进行局部放电检测，以保证绝缘质量。

局部放电检测有离线检测和在线检测两种方式。离线检测时，电力设备退出系统运行，在专门的试验条件下进行。在线检测时，电力设备保持正常运行状态，测量仪器和测量操作不能影响电力设备的安全运行。

局部放电在线检测目前有两种主要的信号传感方法，局部放电机械振动信号传感和局部放电电磁信号传感。

所谓局部放电机械振动信号传感，是在电力设备外壳上安装机械振动传感器，检测局部放电产生的脉冲机械振动信号，实现局部放电传感。局部放电机械振动信号传感具有传感器安装方便、抗电磁干扰能力强等的优点，但在一些场合传感灵敏度较低。

所谓局部放电电磁信号传感，是在电力设备各种可能的位置安装电磁信号传感器，检测局部放电产生的电磁暂态信号，实现局部放电传感。局部放电电磁信号传感具有灵敏度高的优点，但传感器的安装受到很多限制，在很多场合存在严重的电磁干扰问题。

如何有效在高电压设备中传感局部放电的电磁信号，如何有效抑制电磁干扰，这是局部放电电磁信号传感的关键。

发明内容

针对现有的电力设备局部放电检测存在较严重的电磁干扰的技术问题，本发明提出一种减少电磁干扰的电力设备局部放电检测装置。

一种电力设备局部放电检测装置，包括：导体屏蔽罩和高频电缆接头；

所述导体屏蔽罩与电力设备的金属外壳围成一个屏蔽腔，将所述电力设备的内部引出地线从预设的测量点至参考点之间的一段收容在所述屏蔽腔内，并且所述导体屏蔽罩与所述内部引出地线上的参考点连接，其中，所述内部引出地线上的参考点的位置远于所述测量点的位置；

所述高频电缆接头与所述内部引出地线上的测量点相连接，并且伸出所述导体屏蔽罩外。

本发明的电力设备局部放电检测装置创新地通过电力设备的内部引出地线测量局部放电，电力设备的局部放电产生的VHF信号（30-300MHz）和UHF信号（300-3000MHz）信号耦合到内部引出地线上，从电力设备内部传播到设备外部。对于VHF信号和UHF信号，所述内部引出地线可视为一根传输线，在电力设备体外的引出地线上选择两个点，一点为参考点，另一点为测量点，测量测量点相对于参考点之间的VHF信号或UHF信号的传输线电位差，由此进行局部放电信号传感。

与所述内部引出地线上参考点相连接的导体屏蔽罩，对所述的参考点和测量点之间的地线线段进行屏蔽，在测量点的位置取测量点相对于屏蔽罩的电位差，用于局部放电信号测量。

在所述屏蔽罩的对应于测量点的位置安装高频电缆接头，引出测量点相对于屏蔽罩的电位差信号，用于局部放电信号测量。

对所述的屏蔽罩进行延长，至所述的电力设备的金属外壳，并和电力设备的金属外壳相连，使设备外壳和屏蔽罩构成一个封闭的屏蔽体，对所述的参考点至设备内部的地线线段进行屏蔽。

通过所述导体屏蔽罩与电力设备的金属外壳围成的屏蔽腔，对所述内部引出地线上的参考点和测量点进行屏蔽，可有效抵抗外部空间电磁干扰，减少局部放电测量误差。并且，所述导体屏蔽罩与所述内部引出地线上的参考点连接，所述高频电缆接头与所述测量点相连接，因此，直接使用电压检测设备测量所述高频电缆接头与所述导体屏蔽罩的之间的电位差，就可以获得所述电力设备的内部引出地线上测量点和参考点之间的电位差，并以此得出所述电力设备局部放电的情况，非常方便。

本发明还提出一种所述电力设备局部放电检测装置的检测方法，包括以下步骤：

检测所述导体屏蔽罩和所述高频电缆接头的电压；

获取所述导体屏蔽罩和所述高频电缆接头的电位差；

根据所述电位差判断所述电力设备的局部放电情况。

有上述方法可知，可直接使用电压检测设备测量所述高频电缆接头与所述导体屏蔽罩的之间的电位差，以此计算所述电力设备局部放电的情况，非常方便。

附图说明

图1是本发明电力设备局部放电检测装置的结构示意图；

图2a是本发明电力设备局部放电检测装置一种实施例的正截面示意图；

图2b是本发明电力设备局部放电检测装置一种实施例的侧截面示意图；

图3是本发明电力设备局部放电检测装置一个优选实施例中设置高频电流互感器的示意图；

图4所示是电力变压器的结构示意图；

图5是本发明电力设备局部放电检测装置一个优选实施例中设置暂态地电压检测单元的示意图；

图6是本发明电力设备局部放电检测装置一个优选实施例中设置特高频检测单元的示意图；

图7是本发明电力设备局部放电检测装置的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明电力设备局部放电检测装置的结构示意图。

所述电力设备局部放电检测装置，包括：导体屏蔽罩17和高频电缆接头18；

所述导体屏蔽罩17与电力设备的金属外壳13围成一个屏蔽腔，将所述电力设备的内部引出地线11从预设的测量点15至参考点14之间的一段收容在所述屏蔽腔内，并且所述导体屏蔽罩17与所述内部引出地线11上的参考点14连接，其中，所述内部引出地线11上的参考点14的位置远于所述测量点15的位置；

所述高频电缆接头18与所述内部引出地线11上的测量点18相连接，并且伸出所述导体屏蔽罩17外。

由于电力设备金属外壳的屏蔽作用，限制了局部放电高频电磁信号的传感。本发明提出一种在电力设备内部引出地线上测量传输线电压降进行局部放电甚高频VHF（30MHz-300MHz）或特高频UHF（300MHz-3GHz）信号传感的装置。

如电力变压器这类设备，其内部元件的接地线通常经过套管引出到设备体外，然后在体外接地，以下称这种接地线为“内部引出地线”。当设备内部出现局部放电时，局部放电的高频电磁暂态能够以多种途径耦合到内部引出地线上，并沿内部引出地线传播到设备体外。对于局部放电的VHF（波长10-1m）信号和UHF（波长1-0.1m）信号，信号波长和内部引出地线的长度在相同数量级，这些信号在内部引出地线上的传播具有传输线传播特性，沿地线长度方向的不同点之间存在显著的幅度相位变化，因此存在电位差。在内部引出地线上测量传输线电位差，可进行局部放电甚高频VHF信号或特高频UHF信号传感，实现局部放电检测。

本发明在电力设备的由其内部元件接地线经过地线套管引出到体外的一段地线上，选择相隔距离为L的两点，离开所述的地线套管近的一点为测量点，离开地线套管远的一点为参考点，测量局部放电所产生的甚高频VHF信号或特高频UHF信号在所述的内部引出地线上传播时测量点相对于参考点所出现的传输线电位差，用于局部放电信号测量。

局部放电的VHF信号或UHF信号沿内部引出地线传播，测量点15和参考点14之间存在传输线电位差。内部引出地线的屏蔽16从参考点14出发，延伸到测量点15，取测量点15和屏蔽16之间的电位差，由高频电缆接头18引出，输入至后续的信号处理电路，进行局部放电VHF或UHF信号传感。套管屏蔽17连接在地线屏蔽16和设备外壳13之间，构成封闭的屏蔽体，测量点15处在此封闭屏蔽体之内，可有效抵御设备外部空间的电磁干扰。

所述测量点15和参考点14之间的距离L依据传感信号的频段而定。VHF信号或UHF信号沿内部引出地线传播，在参考点14发生负的全反射，形成驻波。对于波长为λ的频率分量，在距离

等位置为驻波电压的波节；在

等位置为驻波电压的波腹；选择驻波电压的波腹点进行传输线电位差测量，能够获得最大的信号。例如，当传感信号频段的中心频率对应的波长为λ时，可选择距离

在一个优选实施例中，对于频率为f的信号分量的传感，所述的测量点和参考点之间距离L按四分之一波长选择。可得：所述内部引出地线11上的参考点14与测量点15之间的距离为L，其中，

c为电磁波沿地线传播速度，f为局部放电测量信号频段的中心频率。

本发明在电力设备体外的内部引出地线上进行局部放电VHF或UHF信号的传感，不改变电力设备的结构，安装方便，传感灵敏度高，抗电磁干扰能力强，对电力设备局部放电的在线检测比较有效。

请参阅图2，图2a是本发明电力设备局部放电检测装置一种实施例的正截面示意图；图2b是本发明电力设备局部放电检测装置一种实施例的侧截面示意图。

本实施例中，将电力设备的内部引出地线通过延长线24延长。所述电力设备内部引出地线的套管穿过所述电力设备的金属外壳21，所述内部引出地线的延长线24通过螺母25与所述电力设备内部引出地线的套管的导体22连接固定。

所述导体屏蔽罩包括：地线套管屏蔽部分29和延长线屏蔽部分26；所述地线套管屏蔽部分29包围在所述内部引出地线的套管的绝缘23上，其侧面设置有一个延长线出线孔，所述内部引出地线的延长线24从所述延长线出线孔伸出；

所述参考点和所述测量点设置在所述延长线24上，所述延长线屏蔽部分26一端与所述地线套管屏蔽部分29相连，另一端封闭并与所述延长线24上的参考点相连。

其中，所述延长线屏蔽部分26为筒状，其一端与所述地线套管屏蔽部分29相连，另一端在所述参考点的位置设置有连接导体27；所述连接导体27在所述参考点的位置上下夹持所述延长线24，连接所述延长线24与所述延长线屏蔽部分26。

优选地，所述延长线24采用扁地线，通过固定螺母与内部引出地线套管端子连接。所述延长线屏蔽部分26为矩形截面的金属管，环绕延长线24；延长线屏蔽部分26通过连接导体27与延长线24，连接点为信号测量的参考点。在延长线24上靠套管一侧，离开参考点L距离的位置为测量点，此处安装高频电缆接头28引出信号。地线套管屏蔽部分29将套管罩住，并一端和设备金属外壳21相连，另一端和延长线屏蔽部分26相连，构成一个封闭的屏蔽。

请参阅图3，图3是本发明电力设备局部放电检测装置一个优选实施例中设置高频电流互感器的示意图。

在本实施例中，所述电力设备局部放电检测装置进一步包括高频电流互感器34，所述高频电流互感器34套设在所述电力设备的内部引出地线33上。

高频电流互感器34可套在电力设备的接地线33上，测量局部放电产生的脉冲电流信号。在此以电力变压器为例，图4所示是电力变压器的结构示意图，其中41为铁芯；42为高低压线圈绕组；43为金属外壳；44为高压绕组的高压端出线套管；45为高压绕组的中性点出线套管；46为铁芯接地线出线套管；47为低压绕组的中性点出线套管；48为低压绕组的高压端出线套管；49为金属外壳接地线。变压器内部的绕组中性点接地线和铁芯接地线，均通过套管引出到变压器体外，然后在体外接地。

当变压器内部出现局部放电时，局部放电的电磁暂态可以耦合到所有的地线上，包括高低压绕组中性点接地线、铁芯接地线和外壳接地线。将高频电流互感器HFCT套在这些地线上，测量地线上的局部放电的高频暂态电流，可实现局部放电检测。高频电流互感器的频率响应特性受磁芯特性的限制，工作频率通常在数十MHz以内。在这个频率范围内，变电站存在有大量的电磁干扰，影响高频电流互感器方法的局部放电检测。

请参阅图5，图5是本发明电力设备局部放电检测装置一个优选实施例中设置暂态地电压检测单元的示意图。

在本实施例中，所述电力设备局部放电检测装置进一步包括暂态地电压检测单元，所述暂态地电压检测单元包括电容式感应电极52、信号处理和显示电路53，以及暂态地电压检测屏蔽罩54；

所述电容式感应电极52放置在所述电力设备的金属外壳51上，所述信号处理和显示电路53与所述电容式感应电极52连接，所述暂态地电压检测屏蔽罩54覆盖在所述电容式感应电极52以及所述信号处理和显示电路53上，所述信号处理和显示电路53通过所述暂态地电压检测屏蔽罩54接地。

当电力设备内部出现局部放电时，局部放电的高频电磁暂态可以传播到设备金属外壳上，尽管设备金属外壳有接地，但仍出现高频暂态电位分布，称为暂态地电压（TEV）。在电力设备金属外壳上放置电容式感应电极，测量局部放电产生的暂态地电压，可以实现局部放电检测。

局部放电在电力设备金属外壳51上产生暂态地电压，通过杂散电容耦合到感应电极52，再输入至信号处理和显示电路53，实现局部放电检测。

电力设备金属外壳上也存在有大量的电磁干扰，影响暂态地电位方法的局部放电检测，通过所述暂态地电压检测屏蔽罩54可降低电力设备金属外壳上的电磁干扰。

请参阅图6，图6是本发明电力设备局部放电检测装置一个优选实施例中设置特高频检测单元的示意图。

在本实施例中，所述电力设备局部放电检测装置进一步包括特高频检测单元，所述特高频检测单元包括设置在所述电力设备的金属外壳61上的手孔结构62，特高频耦合器63和特高频电缆接头64，所述特高频耦合器63设置在所述手孔结构62内，所述特高频电缆接头64穿过所述手孔结构62与所述特高频耦合器63连接。

电力设备内部局部放电产生的特高频电磁波信号被特高频耦合器63接收，通过高频电缆接头64传送到电力设备体外，进行后续的信号处理，实现局部放电检测。

电力设备局部放电能够辐射宽频带的电磁波，高频分量可以达到特高频UHF频段。在特高频段检测局部放电的电磁波信号，称为局部放电特高频传感。在特高频段，干扰信号通常会显著减小，因此局部放电特高频传感能够获得较高的信噪比，具有较好的抗干扰能力。

电力设备内部的特高频耦合器能够有效传感局部放电信号，抵御外部干扰，具有良好的抗干扰能力和传感灵敏度。但是，内部特高频耦合器只能在设备制造时安装，对于没有安装内部特高频耦合器的设备，局部放电特高频传感受到很大限制。

请参阅图7，图7是本发明电力设备局部放电检测装置的检测方法的流程示意图。

所述检测方法包括以下步骤：

S101，检测所述导体屏蔽罩和所述高频电缆接头的电压；

S102，获取所述导体屏蔽罩和所述高频电缆接头的电位差；

S103，根据所述电位差判断所述电力设备的局部放电情况。

本发明的电力设备局部放电检测装置的检测方法可直接使用电压检测设备测量所述高频电缆接头与所述导体屏蔽罩的之间的电位差，以此计算所述电力设备局部放电的情况，非常方便。

在电力设备的由其内部元件接地线经过地线套管引出到体外的一段地线上，选择相隔距离为L的两点，离开所述的地线套管近的一点为测量点，离开地线套管远的一点为参考点，测量局部放电所产生的甚高频VHF信号或特高频UHF信号在所述的内部引出地线上传播时测量点相对于参考点所出现的传输线电位差，用于局部放电信号测量，对于频率为f的信号分量的传感，所述的测量点和参考点之间距离L按四分之一波长选择有：

$L=\frac{c}{4f}$

其中，c为电磁波沿地线传播速度，f为信号频率，取f为局部放电测量信号频段的中心频率，还设有一个与所述的内部引出地线上参考点相连接的导体屏蔽罩，对所述的参考点和测量点之间的地线线段进行屏蔽，在测量点的位置取测量点相对于屏蔽罩的电位差，用于局部放电信号测量，在所述屏蔽罩的对应于测量点的位置安装高频电缆接头，引出测量点相对于屏蔽罩的电位差信号，用于局部放电信号测量，对所述的屏蔽罩进行延长，至所述的电力设备的金属外壳，并和电力设备的金属外壳相连，使设备外壳和屏蔽罩构成一个封闭的屏蔽体，对所述的参考点至设备内部的地线线段进行屏蔽。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种电力设备局部放电检测装置，其特征在于，包括：导体屏蔽罩和高频电缆接头；

所述导体屏蔽罩与电力设备的金属外壳围成一个屏蔽腔，将所述电力设备的内部引出地线从预设的测量点至参考点之间的一段收容在所述屏蔽腔内，并且所述导体屏蔽罩与所述内部引出地线上的参考点连接，其中，所述内部引出地线上的参考点的位置远于所述测量点的位置；

所述高频电缆接头与所述内部引出地线上的测量点相连接，并且伸出所述导体屏蔽罩外。

2.如权利要求1所述的电力设备局部放电检测装置，其特征在于：

所述内部引出地线上的参考点与测量点之间的距离为L，其中，

c为电磁波沿地线传播速度，f为局部放电测量信号频段的中心频率。

3.如权利要求1所述的电力设备局部放电检测装置，其特征在于，所述导体屏蔽罩包括：地线套管屏蔽部分和延长线屏蔽部分；

所述地线套管屏蔽部分包围在所述内部引出地线的套管上，其侧面设置有一个延长线出线孔，所述内部引出地线的延长线从所述延长线出线孔伸出；

所述参考点和所述测量点设置在所述延长线上，所述延长线屏蔽部分一端与所述地线套管屏蔽部分相连，另一端封闭并与所述延长线上的参考点相连。

4.如权利要求3所述的电力设备局部放电检测装置，其特征在于，所述延长线屏蔽部分为筒状，其一端与所述地线套管屏蔽部分相连，另一端在所述参考点的位置设置有连接导体；

所述连接导体在所述参考点的位置上下夹持所述延长线，连接所述延长线与所述延长线屏蔽部分。

5.如权利要求1至4任意一项所述的电力设备局部放电检测装置，其特征在于，还包括高频电流互感器，所述高频电流互感器套设在所述电力设备的内部引出地线上。

6.如权利要求1至4任意一项所述的电力设备局部放电检测装置，其特征在于，还包括暂态地电压检测单元，所述暂态地电压检测单元包括电容式感应电极、信号处理和显示电路，以及暂态地电压检测屏蔽罩；

所述电容式感应电极放置在所述电力设备的金属外壳上，所述信号处理和显示电路与所述电容式感应电极连接，所述暂态地电压检测屏蔽罩覆盖在所述电容式感应电极以及所述信号处理和显示电路上，所述信号处理和显示电路通过所述暂态地电压检测屏蔽罩接地。

7.如权利要求1至4任意一项所述的电力设备局部放电检测装置，其特征在于，还包括特高频检测单元，所述特高频检测单元包括设置在所述电力设备的金属外壳上的手孔结构，特高频耦合器和特高频电缆接头，所述特高频耦合器设置在所述手孔结构内，所述特高频电缆接头穿过所述手孔结构与所述特高频耦合器连接。

8.一种如权利要求1至7任意一项所述的电力设备局部放电检测装置的检测方法，包括以下步骤：

检测所述导体屏蔽罩和所述高频电缆接头的电压；

获取所述导体屏蔽罩和所述高频电缆接头的电位差；

根据所述电位差判断所述电力设备的局部放电情况。

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