CN105929313A - 一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器，它包括环形骨架，所述环形骨架上均匀设置有线圈，所述线圈是阻抗为50欧姆的同轴电缆回绕结构线圈，所述线圈一端连接有测量阻抗，所述线圈另一端连接有平衡阻抗。所述线圈在每一圈都设置有屏蔽断口，所有所述屏蔽断口处的裸露导体通过公共导线连接，所述公共导线与测量阻抗和平衡阻抗连接。本发明空心线圈传感器用于变压器、GIS、电力电缆等高压交流电力设备局部放电波形检测，无磁芯饱和、宽测量带宽、高灵敏度、抗干扰性强、可靠性好。

Description

一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器

技术领域

本发明涉及一种高压、特高压设备局部放电测量空心线圈传感器。

背景技术

局部放电测量已经广泛用于高压输变电设备的绝缘状态评估和故障诊断，而且已不局限于基于IEC60270标准的脉冲电流法，而是需要采集局部放电的真实波形便于分析局放脉冲中携带的放电特征信息，从而对测量系统以及传感器的检测带宽提高了要求，属于超宽带测量。因此，检测传感器需要检测动态波形，而不是放电电流的积分。另外，相对于传统的窄带和宽带局部放电测量，由于测量带宽的增加，噪声水平相应有所增加，因此，检测传感器应该具有较高的灵敏度。而且，检测传感器应该符合在线测量的方便性。这几种要求的综合给超宽带动态测量传感器的研究和设计提出了更高的要求。

目前，应用广泛的高压设备局部放电测量主要有特高频（UHF）法、接地线感性HFCT法。特高频法广泛用于GIS设备，其传感器基于接受电磁波的天线原理，测量频率较高。而变压器、输电电缆等设备由于电磁波传播路径的复杂性，也常采用接地线HFCT法，其传感器基于Rogowski线圈原理，测量频率一般在100MHz以内。

高灵敏性、合适的带宽以及良好的屏蔽等属性是空心线圈传感器需要着重考虑的因素。如果灵敏性太低，不能检测到局部放电信号；如果带宽太窄，局部放电信号会扭曲变形；如果屏蔽不合理，局部放电信号会被噪声污染甚至埋藏于干扰信号中。当用于高频信号测量时（如测量局部放电信号的高频成分），线圈匝间寄生电容以及线圈对屏蔽或者环境的寄生电容必须考虑。每个线圈有一个由线圈的自感和线圈与环境之间的电容产生的自谐振频率。当然，谐振也与诸如匝间电容等因素有关。输出信号在离散的凹陷频率处被削减和扭曲，而且最低凹陷频率定义了线圈的有效带宽。通常的空心线圈传感器简单化设计具有较窄的有效带宽，这是因为尽管谐振可以通过减小测量阻抗来控制，但是这也同时导致了灵敏度的减小。

传统Rogowski线圈传感器的线圈设计回绕结构，且一端接测量阻抗，另一端短路。然而这种设计方法不能同时提供高的灵敏性和宽的带宽。因此，为了在保持灵敏性不降低的情况下消除了最低凹陷频率，从而提高传感器带宽，研究了新型局部放电测量空心线圈传感器。

发明内容

本发明是针对Rogowski线圈传感器自谐振频率会使得局部放电信号扭曲变形，最低自谐振频率即凹陷频率限制传感器带宽的问题，提出了一种消除凹陷频率以及通过同轴电缆设计传感器线圈从而带来稳定的灵敏度、测量带宽及干扰屏蔽的高压设备局部放电测量空心线圈传感器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器，特征在于：它包括环形骨架，所述环形骨架上均匀设置有线圈，所述线圈是同轴电缆回绕结构线圈，所述线圈一端连接测量阻抗，所述线圈另一端连接平衡阻抗。

所述线圈在每一圈都设置有屏蔽断口，所有所述屏蔽断口处的裸露导体通过公共导线连接，所述公共导线与测量阻抗和平衡阻抗连接。

进一步说，所述线圈是阻抗为50欧姆的同轴电缆线圈。

进一步说，所述线圈是通过绕制的方式设置在环形骨架上。

进一步说，所述公共导线围绕着螺旋线圈布置，所述公共导线作为同轴电缆连接一端的测量阻抗和另一端的平衡阻抗的返回路径。

进一步说，所述环形骨架可以是尼龙骨架、塑料骨架或环氧树脂骨架。

本发明具有的有益效果如下：

为了同时增加带宽和灵敏性，本发明将回绕结构线圈的一端接测量阻抗，另一端接平衡阻抗，并计算阻抗的合理取值，在保持灵敏性不降低的前提下增加测量带宽，使得局部放电波形的畸变小。同轴电缆空心线圈传感器主要由50欧姆的同轴电缆构成传感器的线圈，益处之一是线圈的特征阻抗沿线圈的整个长度将保持常数，不受线圈的倾斜以及变形的影响。而且，同轴电缆的屏蔽层屏蔽了测量感应电压的内部导体，有效屏蔽外部的电磁场干扰。本发明空心线圈传感器用于变压器、GIS、电力电缆等高压交流电力设备局部放电波形检测，无磁芯饱和、宽测量带宽、高灵敏度、抗干扰性强、可靠性好。

附图说明

图1为本发明空心线圈传感器结构原理图。

其中，1环形骨架、2线圈、3测量阻抗、4平衡阻抗、5屏蔽断口、6裸露导体、7公共导线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

如图1所示,一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器，它包括环形骨架1、线圈2、测量阻抗3、平衡阻抗4和公共导线7几个主要组成部分，所述环形骨架1可以是尼龙骨架、塑料骨架或环氧树脂骨架，所述线圈2是通过绕制的方式设置在环形骨架1上，所述线圈2的屏蔽在每圈均设置有一个屏蔽断口5，所有分离的屏蔽断口5处的裸露导体6用一个围绕同轴电缆线圈的公共导线7连接，所述测量阻抗3、线圈2和平衡阻抗4依次连接，所述测量阻抗3和平衡阻抗4均与公共导线7相连，所述公共导线7作为同轴电缆连接一端的测量阻抗3和另一端的平衡阻抗4的返回路径。线圈2的屏蔽层屏蔽了测量感应电压的内部导体。围绕整个螺旋线圈外面使用一层环形的导电屏蔽层。这样，两层屏蔽能够较好使得内部的导体对外部的电场具有较低的灵敏性。线圈2的屏蔽在每圈都有一个断开，以便传感器围绕的主电流产生的磁场不被通过屏蔽的电流削减。空心线圈传感器主要由50欧姆的同轴电缆构成传感器的线圈2，使得线圈2的特征阻抗沿线圈2的整个长度将保持常数，不受线圈2的倾斜以及变形的影响。而且，同轴电缆的屏蔽层屏蔽了测量感应电压的内部导体，有效屏蔽外部的电磁场干扰。可以让高压电力设备的接地线穿过传感器或者将传感器设计成钳形钳住接地线，当接地线中有局部放电高频信号通过时，测量阻抗3两端会感应出电压信号。平衡阻抗4用于消除凹陷频率，使得传感器在灵敏性不降低的情况下具有较高的测量带宽。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器，特征在于：它包括环形骨架（1），所述环形骨架（1）上均匀设置有线圈（2），所述线圈（2）是同轴电缆回绕结构线圈，所述线圈（2）一端连接测量阻抗（3），所述线圈（2）另一端连接平衡阻抗（4）；

所述线圈（2）在每一圈都设置有屏蔽断口（5），所有所述屏蔽断口（5）处的裸露导体（6）通过公共导线（7）连接，所述公共导线（7）与测量阻抗（3）和平衡阻抗（4）连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器，其特征在于：所述线圈（2）是阻抗为50欧姆的同轴电缆线圈。

3.根据权利要求2所述的一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器，其特征在于：所述线圈（2）是通过绕制的方式设置在环形骨架（1）上。

4.根据权利要求3所述的一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器，其特征在于：所述公共导线（7）围绕着螺旋线圈布置，所述公共导线（7）作为同轴电缆连接一端的测量阻抗(3)和另一端的平衡阻抗(4)的返回路径。

5.根据权利要求4所述的一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器，其特征在于：所述环形骨架（1）可以是尼龙骨架、塑料骨架或环氧树脂骨架。