CN106443390A - 柔性pcb板差分感应线圈及安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性PCB板差分感应线圈及安装方法，柔性PCB板差分感应线圈设置于电缆接头附件的橡胶绝缘层外侧，柔性PCB板差分感应线圈由N个差分感应线圈单元阵列组成，N为整数，N个差分感应线圈单元均印制于柔性PCB上，每个差分感应线圈单元内部由两个对称的线圈单元串联或并联构成，N个差分感应线圈单元通过串联或并联组合后构成柔性PCB板差分感应线圈，将柔性PCB板差分感应线圈安装于电缆接头附件，可以实现全方位准确感应电缆接头部分发生的局部放电信号。本发明的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分感应线圈及安装方法，这种传感器用于电缆接头局部放电在线监测系统，可以提高电缆接头局放检测的可靠性和抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及高电压技术领域，具体涉及一种用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分感应线圈及安装方法。
背景技术
高压XLPE电缆的局部放电问题是引起高压电缆事故的主要因素，多年来一直受到广泛关注。究其原因，主要是由于电缆的绝缘部件存在缺陷，产生局部微量放电。而该放电过程加速了XLPE电缆绝缘性能劣化，最终导致电缆击穿。如何测量电缆的早期局部放电现象，对预防电缆事故具有重要意义。另一方面，由于电力电缆中间接头的电场应力较为集中，是电力电缆绝缘的薄弱环节，更容易产生绝缘故障。据统计，大部分的电缆绝缘击穿问题发生在电缆中间接头部位。因此，电缆接头的局部放电状态监测是提高电缆安全运行的重点。
传统的电缆局部放电检测方法有脉冲电流法、振荡波测试法、高频电流法等。但是，脉冲电流法和振荡波测试法只能用于电缆离线情况下的安全检查，无法用于电缆接头的在线监测。高频电流法适合现场大规模的局部放电巡检，但是这种方法容易受外部信号干扰，难以用于实时监测。
为提高检测信号的灵敏度并增强抗干扰性能，可以将局放检测传感器放置于接头附件内部。内置传感器主要有电容式传感器和电感式传感器两种。华北电力大学、重庆大学等国内多家科研机构和公司对电缆接头的内置传感器设计做了许多研究，并提出了多种解决方案。如专利号为CN201010546445.1的中国发明专利公开了一种内置式电缆附件局部放电检测装置，通过在电缆附件的外部设置一个电磁感应传感器，实现对局放信号的测量。由于该传感器放置在电缆接头的铜屏蔽壳内部，可以隔离大部分的外界噪声，因而可靠性得到很大提高。但是该方法仍存在两个问题：一是传感器存在方向性，而局放点的位置和方向都具有随机性，因而测量结果不够精确；二是虽然该传感器的放置方式不易受到外部的电磁信号干扰，但是不能避免电缆芯线引入的高频信号干扰。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分感应线圈及安装方法，可以实现全方位准确感应电缆接头部分发生的局部放电信号。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
首先，本发明公开了一种用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分感应线圈的技术方案，柔性PCB板差分感应线圈设置于电缆接头附件的橡胶绝缘层外侧，柔性PCB板差分感应线圈由N个差分感应线圈单元阵列组成，N为整数，N个差分感应线圈单元均印制于柔性PCB上，每个差分感应线圈单元内部由两个对称的线圈单元串联或并联构成，N个差分感应线圈单元通过串联或并联组合后构成柔性PCB板差分感应线圈。
优选的是，所述每个差分感应线圈单元内部由两个对称的线圈单元串联或并联构成，构成结构为：其中一个线圈单元采用顺时针方向绕线，另一线圈单元采用逆时针方向绕线。
在上述任一技术方案中优选的是，所述每个差分感应线圈单元在柔性PCB板上的布线线路呈轴对称；所述呈轴对称的布线线路结构为：其中一侧的线圈的布线呈顺时针，另一侧的线圈布线呈逆时针。
在上述任一技术方案中优选的是，所述差分感应线圈单元采用螺旋四边形方式绕线。
在上述任一技术方案中优选的是，所述差分感应线圈单元采用螺旋形方式绕线。
在上述任一技术方案中优选的是，所述差分感应线圈单元采用螺旋六边形方式绕线。
在上述任一技术方案中优选的是，所述N个差分感应线圈单元之间采用串联或串/并联的方式连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述柔性PCB板差分感应线圈将具有橡胶绝缘层的电缆接头附件全部包围。
在上述任一技术方案中优选的是，所述柔性PCB板差分感应线圈的外侧覆着铜编织网，所述铜编织网的外侧为电缆铠装。
在上述任一技术方案中优选的是，所述柔性PCB板差分感应线圈的柔性PCB板的两侧覆盖有一层硅胶，以保护其上的差分感应线圈不被磨损。
本发明还公开了一种用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分感应线圈的安装方法，该方法包括如下步骤：
步骤一，将柔性PCB板差分感应线圈置放于电缆接头附件的橡胶绝缘层外表面；
步骤二，将置放于橡胶绝缘层外表面的柔性PCB板差分感应线圈沿绝缘橡胶层四周紧密围绕成柱体或椎体型；
步骤三，在柔性PCB板差分感应线圈的外面再绕上铜编织网，并引出信号线作为局放检测传感器的输出。
针对现有技术中存在的技术问题，为了实现全方位准确感应电缆接头部分发生的局部放电信号，本发明的技术方案设计了一种基于柔性PCB板的差分感应线圈，如上所述，该柔性PCB板差分感应线圈将电缆接头全部包围，电缆接头内部发生的局放现象必然在绝缘护套层产生一个位移电流J D ，根据Maxwell方程 ▽×H=J D ，该位移电流引起绝缘体内部磁场变化，进而引起差分感应线圈中各个单元线圈输出电压的变化；同时，由于各个单元线圈输出电压不同，离局放发生点位置最近的单元线圈输出电压最大，较远端的单元线圈输出电压较小，因而通过许多单元线圈组合后的差分感应线圈能够检测出局放信号，其输出信号的幅度能够反映局放的放电量。由于安装后的差分感应线圈沿电缆轴向对称，因此基于柔性PCB板的差分感应线圈的传感器能够检测到各个方向的局放信号，即传感器没有方向性。同时，该线圈具有很强的抗干扰能力，如接头外部或芯线内部的干扰信号在单元线圈上感应出信号，则每个单元线圈上的电压值应基本相等，而各单元线圈经组合后，差分感应线圈输出的信号幅值接近于零，因此可以很好的抑制外部干扰。
本发明的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分感应线圈及安装方法，这种型式的传感器用于电缆接头局部放电在线监测系统，可以提高电缆接头局放检测的可靠性和抗干扰能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为按照本发明的柔性PCB板差分感应线圈的一优选实施例的差分感应线圈单元PCB板的螺旋四边形布线示意图，其中A、B为差分感应线圈单元的输出端；
图2为按照本发明的柔性PCB板差分感应线圈的一优选实施例的差分感应线圈单元PCB板的螺旋形布线示意图，其中A、B为差分感应线圈单元的输出端；
图3为按照本发明的柔性PCB板差分感应线圈的一优选实施例的差分感应线圈单元采用串联方式连接成一个柔性PCB板差分感应线圈的方法，其中M1、M2、…、M16为差分感应线圈单元，A、B为各个差分感应线圈单元的输出端；
图4为按照本发明的柔性PCB板差分感应线圈的一优选实施例的差分感应线圈单元采用串/并联方式连接成一个柔性PCB板差分感应线圈的方法，其中M1、M2、…、M16为差分感应线圈单元，A、B为各个差分感应线圈单元的输出端；
图5为安装了本发明的柔性PCB板差分感应线圈的电缆接头附件结构侧视图；
附图标记：
1、橡胶绝缘层，2、柔性PCB板差分感应线圈，3、铜编织网，4、电缆铠装。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了克服高压电缆局放检测在现有技术中所存在的问题，本发明实施例提出一种柔性PCB板差分感应线圈，这种电磁感应式传感器在安装前为平面柔性PCB板，方便生产、运输和安装。本发明的柔性PCB板差分感应线圈的电磁感应式传感器由多个线圈组成，这些线圈直接通过PCB板布线实现，因而线圈的一致性好，并且在柔性PCB板的两侧覆盖有一层硅胶，以保护感应线圈不被磨损。本发明的柔性PCB板差分感应线圈的电磁感应式传感器用于电缆接头局部放电在线监测系统，可以提高电缆接头局放检测的可靠性和抗干扰能力。
本实施例设计了一种基于柔性PCB板的差分感应线圈，该柔性PCB板差分感应线圈将电缆接头全部包围，电缆接头内部发生的局放现象必然在绝缘护套层产生一个位移电流J D ，根据Maxwell方程 ▽×H=J D ，该位移电流引起绝缘体内部磁场变化，进而引起差分感应线圈中各个单元线圈输出电压的变化；同时，由于各个单元线圈输出电压不同，离局放发生点位置最近的单元线圈输出电压最大，较远端的单元线圈输出电压较小，因而通过许多单元线圈组合后的差分感应线圈能够检测出局放信号，其输出信号的幅度能够反映局放的放电量。由于安装后的差分感应线圈沿电缆轴向对称，因此基于柔性PCB板的差分感应线圈的传感器能够检测到各个方向的局放信号，即传感器没有方向性。同时，该线圈具有很强的抗干扰能力，如接头外部或芯线内部的干扰信号在单元线圈上感应出信号，则每个单元线圈上的电压值应基本相等，而各单元线圈经组合后，差分感应线圈输出的信号幅值接近于零，因此可以很好的抑制外部干扰。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，柔性PCB板差分感应线圈设置于电缆接头附件的橡胶绝缘层外侧，柔性PCB板差分感应线圈由N个差分感应线圈单元阵列组成，N为整数，N个差分感应线圈单元均印制于柔性PCB上，每个差分感应线圈单元内部由两个对称的线圈单元串联或并联构成，N个差分感应线圈单元通过串联或并联组合后构成柔性PCB板差分感应线圈。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，每个差分感应线圈单元内部由两个对称的线圈单元串联或并联构成，其中一个线圈单元采用顺时针方向绕线，另一线圈单元采用逆时针方向绕线。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，每个差分感应线圈单元在柔性PCB板上的布线线路呈轴对称，其中一侧的线圈的布线呈顺时针，另一侧的线圈布线呈逆时针，差分感应线圈单元采用螺旋四边形方式、螺旋形方式或螺旋六边形方式绕线。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，N个差分感应线圈单元之间采用串联或串/并联的方式连接。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，柔性PCB板差分感应线圈将具有橡胶绝缘层的电缆接头附件全部包围。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，柔性PCB板差分感应线圈的外侧覆着铜编织网，铜编织网的外侧为电缆铠装。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，柔性PCB板差分感应线圈的安装方法包括：步骤一，将柔性PCB板差分感应线圈置放于电缆接头附件的橡胶绝缘层外表面；步骤二，将置放于橡胶绝缘层外表面的柔性PCB板差分感应线圈沿绝缘橡胶层四周紧密围绕成柱体或椎体型；步骤三，在柔性PCB板差分感应线圈的外面再绕上铜编织网，并引出信号线作为局放检测传感器的输出。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，柔性PCB板差分感应线圈由N（N为整数）个差分感应线圈单元阵列组成，每个差分感应线圈单元由两个线圈单元串联或并联而成：其中一个线圈单元采用顺时针绕线，另一个线圈单元采用逆时针方向绕线。差分感应线圈单元阵列通过串联或并联组合后，通过两个电极输出信号。当外部均匀磁场作用于差分感应线圈时，两个线圈单元的感应电压相互抵消，每组差分感应线圈输出的电压为零。因此，只有不均匀的磁场作用于差分感应线圈时，才输出感应电压。该柔性PCB板差分感应线圈放置于电缆接头附件的绝缘套管（橡胶绝缘层）外表面，沿绝缘套管四周紧密围绕成柱体或椎体，再在外面绕上铜接地网（铜编织网），并将信号线引出至局放测量电路。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，为了抑制外部干扰，达到最佳效果，差分感应线圈单元内部的两个线圈单元在PCB板上的布线线路应呈轴对称。柔性PCB板差分感应线圈中的每个差分感应线圈单元的PCB板上的布线线路呈轴对称，其中一侧的线圈的布线呈顺时针，另一侧的线圈布线呈逆时针，线圈形状可以是螺旋四边形、螺旋形、螺旋六边形等。其中四边形布线的差分感应线圈单元如图1所示，图1中所示A、B为差分感应线圈单元的输出端；其中螺旋形布线的差分感应线圈单元如图2所示，图2中所示A、B为差分感应线圈单元的输出端。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，柔性PCB板差分感应线圈由许多差分感应线圈单元组成, 多个差分感应线圈单元可以通过并联或串/并联方式组成柔性PCB板差分感应线圈，如图3和图4所示。图3所示为差分感应线圈单元采用串联方式连接成一个柔性PCB板差分感应线圈的方法，其中M1、M2、…、M16为差分感应线圈单元，A、B为各个差分感应线圈单元的输出端。图4所示为差分感应线圈单元采用串/并联方式连接成一个柔性PCB板差分感应线圈的方法，其中M1、M2、…、M16为差分感应线圈单元，A、B为各个差分感应线圈单元的输出端。
本实施例所述的用于检测电缆接头局部放电信号的柔性PCB板差分线圈，安装时，将柔性PCB板差分感应线圈放置于电缆接头附件的绝缘套管（橡胶绝缘层）外表面，沿绝缘套管四周紧密围绕成柱体或椎体，再在外面绕上铜接地网（铜编织网），并将信号线引出至局放测量电路。安装完成后的柔性PCB板差分感应线圈的接头附件结构侧视图如图5所示，橡胶绝缘层1、柔性PCB板差分感应线圈2、铜编织网3、电缆铠装4顺序布置。由于柔性PCB板线圈在安装后的厚度很薄，紧贴在接头附件的绝缘层外侧，因而不会对接头附件内部原有的电场分布造成影响。
以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.柔性PCB板差分感应线圈，用于检测电缆接头局部放电信号，所述柔性PCB板差分感应线圈设置于电缆接头附件的橡胶绝缘层外侧，其特征在于：所述柔性PCB板差分感应线圈由N个差分感应线圈单元阵列组成，N为整数，N个差分感应线圈单元均印制于柔性PCB上，每个差分感应线圈单元内部由两个对称的线圈单元串联或并联构成，N个差分感应线圈单元通过串联或并联组合后构成柔性PCB板差分感应线圈。
2.如权利要求1所述的柔性PCB板差分感应线圈，其特征在于：所述每个差分感应线圈单元内部由两个对称的线圈单元串联或并联构成，构成结构为：其中一个线圈单元采用顺时针方向绕线，另一线圈单元采用逆时针方向绕线。
3.如权利要求1所述的柔性PCB板差分感应线圈，其特征在于：所述每个差分感应线圈单元在柔性PCB板上的布线线路呈轴对称。
4.如权利要求3所述的柔性PCB板差分感应线圈，其特征在于：所述呈轴对称的布线线路结构为：其中一侧的线圈的布线呈顺时针，另一侧的线圈布线呈逆时针。
5.如权利要求3或4所述的柔性PCB板差分感应线圈，其特征在于：所述差分感应线圈单元采用螺旋四边形方式绕线。
6.如权利要求3或4所述的柔性PCB板差分感应线圈，其特征在于：所述差分感应线圈单元采用螺旋形方式绕线。
7.如权利要求3或4所述的柔性PCB板差分感应线圈，其特征在于：所述差分感应线圈单元采用螺旋六边形方式绕线。
8.如权利要求1所述的柔性PCB板差分感应线圈，其特征在于：所述N个差分感应线圈单元之间采用串联或串/并联的方式连接。
9.如权利要求1所述的柔性PCB板差分感应线圈，其特征在于：所述柔性PCB板差分感应线圈将具有橡胶绝缘层的电缆接头附件全部包围。
10.如权利要求1至9中任一项所述的柔性PCB板差分感应线圈的安装方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤一，将柔性PCB板差分感应线圈置放于电缆接头附件的橡胶绝缘层外表面；
步骤二，将置放于橡胶绝缘层外表面的柔性PCB板差分感应线圈沿绝缘橡胶层四周紧密围绕成柱体或椎体型；
步骤三，在柔性PCB板差分感应线圈的外面再绕上铜编织网，并引出信号线作为局放检测传感器的输出。
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