CN106662610B - 用于检测高压气体绝缘设备的局部放电的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测高压气体绝缘设备的局部放电的装置，所述装置包括至少一个天线(A)，该天线设置在高压气体绝缘设备外部、朝向高压气体绝缘设备的窗口(H)，所述装置的特征在于，所述装置还包括金属凸缘(B)，所述金属凸缘被设置成与高压设备的金属壁(1a，1b)电接触，并且金属凸缘与金属壁结合形成法拉第笼，所述法拉第笼将天线与高压设备的外部电隔离，金属凸缘(B)具有朝向窗口(H)的凹形壁。

Description

用于检测高压气体绝缘设备的局部放电的装置

技术领域与现有技术

本发明涉及一种用于检测高压气体绝缘设备的局部放电的检测装置，以及 涉及一种装配有本发明的局部放电检测装置的高压气体绝缘变电站。

目前，用于检测高压气体绝缘设备的局部放电的检测装置使用了设置在高 压气体绝缘设备的内部或外部的单极天线或偶极天线。

在天线被设置在高压气体绝缘设备内部的情况下，天线被紧固在高压设备 的罐体(tank)上。在天线被设置在高压气体绝缘设备外部的情况下，天线被 紧固在窗口上使得能够对(用于耦合或去耦合的)切断器进行目视检查，或者 天线被紧固在电绝缘部件的外表面上，该电绝缘部件用于保持设备的高压母线。

在天线被设置在设备内部的情况下，单极天线或偶极天线通常足够灵敏因 而能够检测到设备内部发生的局部放电。例如，向法国专利局提交的、申请号 为09/54160、题目为“Dispositif de surveillance d'un posteélectrique haute tension isoléau gazpar mesure de décharges partielles et posteélectrique haute tension isolé augaz mettant en oeuvre ce dispositive(用于通过测量局部放电来对高压气体绝 缘变电站进行监测的装置以及用于实施该装置的高压气体绝缘变电站)”的法国 专利申请公开了一种单极圆锥形天线，用于生成具有宽频带(通常为100MHz 至2GHz)的电场传感器。

在天线被设置在设备外部的情况下，由于单极天线或偶极天线与潜在的局 部放电源的距离较远，因此单极天线或偶极天线灵敏度通常不足。因此，即使 在良好的条件下也无法保证国家电网公司的题为“Capacitive couplers for UHF partial dischargemonitoring(用于UHF局部放电监测的电容耦合器)的灵敏度 建议TGN21，其规定在“技术指导说明TGN(T)121”中。

这是一个实际的缺点。例如，当不能在现有设备内设置天线且只能使用外 部天线时，局部放电检测装置性能因此会很差。

本发明不存在上述缺点。

发明内容

具体地，本发明提供了一种用于检测高压气体绝缘设备的局部放电的检测 装置，所述检测装置包括至少一个天线，所述至少一个天线被设置在所述高压 气体绝缘设备的外部、朝向所述高压气体绝缘设备的窗口，所述检测装置的特 征在于，所述检测装置还包括金属凸缘，该金属凸缘与所述高压气体绝缘设备 的金属壁电接触并且有利于与所述金属壁结合形成法拉第笼，所述法拉第笼将 所述天线与所述高压气体绝缘设备的外部电隔离，所述金属凸缘具有朝向所述 窗口的凹形壁。

金属凸缘的凹面引起金属凸缘与天线之间的高度变化。这种高度变化有利 地用于对构成法拉第笼的反射腔进行优化。因此可以避免在检测光谱中可能发 生的共振现象，并且可以使检测灵敏度在整个有用光谱上是均匀的。

在本发明的这种变型中，天线可以是任何类型的天线，即，单极天线、偶 极天线、螺旋天线或分形天线等。

为了有助于如上所述的避免共振现象的出现并且使检测灵敏度均匀，在特 定实施例中，本发明还提供了具有朝向凸缘的凹形壁的凹面或凸面的天线。

本发明还提供了一种用于检测高压气体绝缘设备的局部放电的检测装置， 所述检测装置包括设置在所述设备外部的分形天线，所述检测装置的特征在于， 所述分形天线设置成朝向电绝缘部件的外表面，所述电气绝缘部件用于保持所 述高压设备内的高压母线，并且，其中，所述天线周围的金属结构还有利于形 成法拉第笼，所述法拉第笼将所述天线与所述高压气体绝缘设备的外部电隔离。

本发明还提供了一种用于检测高压气体绝缘设备的局部放电的检测装置， 所述检测装置包括分形天线，所述检测装置的特征在于，所述分形天线设置在 所述高压气体绝缘设备的内部、所述高压设备的开口内，所述开口形成在所述 高压设备的金属外壳中，凸缘被紧固至靠近所述开口的所述金属外壳，连接至 所述天线的电连接器被紧固至所述凸缘。

本发还提供了一种用于检测高压电气绝缘设备的局部放电的检测装置，所 述检测装置包括设置在所述设备外部的分形天线，所述检测装置的特征在于， 所述分形天线由柔性金属带形成，所述柔性金属带设置有分形图案并且被紧固 至由介电材料制成的柔性带的第一表面，该柔性带的第二表面被导电带覆盖， 设置有分形图案的所述柔性金属带被紧固至电绝缘部件的外表面，所述电绝缘 部件用于将高压母线保持在所述高压设备的内部。

正如本领域技术人员所知，分形天线由多个相同图案构成的小天线构成。

在本发明中，分形天线设置在高压设备的外部或内部。

有利地是，分形天线很小。因此，本发明的局部放电检测装置非常紧凑。 有利地，因此可以在受限和有限的空间中设置局部放电检测装置，这被证明是 特别有利的，而不管天线是设置在设备内部还是外部。

当天线被设置在高压设备外部时，分形天线由于其高灵敏度而保证了良好 的检测性能。

本发明还提供了一种装配有用于检测局部放电的检测装置的高压气体绝缘 变电站，其特征在于，所述用于检测局部放电的检测装置是本发明的装置。

附图说明

通过阅读参考附图给出的优选实施例的描述，本发明的其他特征和优点将 显现，在附图中：

图1示出了本发明的局部放电检测装置的第一实施例；

图2示出了本发明的局部放电检测装置的第一实施例的改进；

图3A和图3B示出了本发明的局部放电检测装置第二实施例的两种变型；

图4A和图4B示出了本发明的局部放电检测装置第三实施例的两种变型；

图5示出了图2所示的改进的广义化，其适用于任意类型的天线。

图6示出了适用于对图5所示的改进进行优化的检测装置的第一变型；

图7示出了适用于对图5所示的改进进行优化的检测装置的第二变型；

图8示出了适用于对图5所示的改进进行优化的检测装置的第三变型；

图9示出了本发明的一种局部放电检测装置，该局部放电检测装置设置有 作为该检测装置的一部分的、用于保持天线的弹性装置的第一变型；

图10示出了本发明的一种局部放电检测装置，该局部放电检测装置设置有 作为该检测装置的一部分的、用于保持天线的弹性装置的第二变型；以及

图11A至图11B示出了本发明的一种局部放电检测装置，该局部放电检测 装置设置有作为该检测装置的一部分的、用于保持天线的弹性装置的第三变型；

在所有的附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

图1示出了本发明的局部放电检测装置的第一实施例。

在第一实施例中，局部放电检测装置安装在检查窗口上。

高压气体绝缘设备S包括设置在气体g内高压母线HT。窗口H安装在保 持器部件1a、1b中。局部放电检测装置包括被设置成朝向窗口H的分形天线A。 天线A通过例如焊接或插入来电连接至与同轴连接器C中的芯部R的端部。此 外，天线A通过例如粘合剂紧固至连接器C的基部。凸缘B将连接器C和天 线A保持在窗口H的上方。天线A优选地设置成尽可能靠近窗口H，例如， 天线A与窗口H之间的距离等于2mm。

保持器部件1a、1b和凸缘B导电，并且保持器部件1a、1b和凸缘B与高 压气体绝缘设备的导电主体配合，以构成法拉第笼，该法拉第笼将天线A与可 能来自于高压设备外部的电磁干扰隔离。

具有分形结构的天线A是2D天线(即，具有两个维度)或3D天线(即， 具有三个维度)，该天线在通常为100MHz至3000MHz的范围内的所有或部 分频带内工作。优选地，为了覆盖上述所有频带，天线A由多个独立的天线组 成，这些独立的天线中的每个天线都覆盖100MHz至3000MHz的范围内的频 带的一部分。

天线A可以由一个或多个商业可获得的具有分形结构的天线组成。天线A 还可以是分形天线或通过任意公知方法专门设计的具有分形结构的天线的组 合。因此，天线A可以是印刷电路上形成的2D分形天线或者通过在柔性基板 上印刷可导电油墨来形成的2D分形天线。天线A还可以是通过多层方法或者 通过3D打印机在电绝缘材料的基体中形成的3D分形天线。

分形天线非常小。作为非限制性实施例，3D天线可以是边长为5mm的立 方体形状。因此，本发明的局部放电检测装置的优点是其非常紧凑。

图2示出了图1所述的局部放电检测装置的改进。

在图2所示的改进中，法拉第笼构成了反射腔E，该反射腔E优化了天线 A对电磁波的检测。

因此，可以对反射腔的形状以及天线在反射腔内的位置进行计算，以便于 对电磁波朝向天线A的反射进行优化。在该结构中，电转变T(例如，导电线 或导电分形元件)将连接器C的芯部R的端部连接至天线。然后，电转变T的 第一端部通过例如焊接或插入的方式连接至芯部R的端部，并且电转变T的第 二端部通过例如焊接的方式连接至天线A。对电转变T的长度进行有利地选择 以便于将天线设置在最佳位置。

优选地，由天线A和电转变T组成的组件通过泡沫M紧固至凸缘B。然 而，也可以是其他类型的紧固方式。

在使用泡沫紧固的情况下，泡沫具有非常接近于1的介电常数并且通过例 如喷射的方式沉积到凸缘B上。例如，泡沫M是三元乙丙橡胶(EPDM)。泡 沫M可以存在于位于凸缘B与窗口H之间的整个容腔中。如图2所示，泡沫 也可以仅存在于凸缘上的天线所紧固的位置。无论使用哪种方式，泡沫M均能 够有利地牢固地紧固天线以抵抗冲撞和振动。当泡沫M存在于位于凸缘与窗口 之间的整个腔体中时，泡沫M有利地使得能够消除任何可能的污染物(水分， 颗粒等)的区域。

图3A和图3B示出了本发明的局部放电检测装置的第二实施例的两种变 型。

在第二实施例中，天线A被设置在用于保持高压母线的电绝缘保持器部件 的外表面上。

图3A示出了本发明的第二实施例的第一变型，其中，天线被设置在由如 下部分构成的容腔内：电绝缘部件的外表面EXT的表面部分4；紧固在外表面 EXT上的圆柱形中空金属部件2a、2b；以及表面部分4上方的凸缘B，该凸缘 B将与表面部分4相对的中空金属部件封闭并且用于保持天线A以及与该天线 连接的连接器C。如上所述，天线A与连接器C的芯部R连接，以及天线通过 例如粘合剂紧固至连接器C的基部。

中空金属部件2a、2b以及凸缘B与高压设备的、位于电绝缘部件的外表 面附近的金属体配合，以构成法拉第笼，该法拉第笼将天线A与可能来自高压 设备外部的任何电磁干扰隔离。在一个特定实施例中，设置有天线A的容腔构 成了反射腔，该反射腔优化了天线对电磁波的检测。如上所述，天线A优选地 通过电转变T连接至连接器C的芯部R，并且天线A和电转变T通过泡沫M 被紧固至凸缘B。

图3B示出了本发明的第二实施例的第二变型，其中，分形天线A形成在 印刷电路带I的内表面上，该印刷电路带I的外表面是连续导电迹线(track)。 印刷电路带的内表面被紧固至电绝缘部件的外表面EXT上，并且印刷电路带的 外表面朝向高压设备的外部。印刷电路带的外表面与高压设备的金属体配合， 以构成使得天线与外部干扰隔离的法拉第笼。连接器C建立了天线A与设备的 外部之间的电连接。印刷电路带I很薄(例如，厚度为0.5mm)，以便于保持 柔性从而能够围绕在电绝缘部件的外部。

有利地，申请人已经观察到将连续的导电迹线与外表面EXT隔开会大大地 提高检测灵敏度。例如，因此可以将检测灵敏度提高3倍。因此，分形天线通 过在多孔泡沫带的内表面上沉积的分形结构中进行金属电镀来形成，该多孔泡 沫带的厚度为几毫米(例如，5mm)并且该多孔泡沫带被均匀金属覆盖物(例 如，由铝制成的金属覆盖物)所覆盖。例如，多孔泡沫是三元乙丙橡胶。

对于将连续导电迹线与外表面EXT间隔开，经过观察，申请人还发现，不 论天线如何构图(天线的图案可以是分形的或非分形的)，将连续导电迹线与外 表面EXT间隔开都是有利的。

图4A和图4B示出了本发明的第三实施例的两种变型。在本发明的第三实 施例中，分形天线被设置在高压设备内部、高压设备的中空部分P中，该中空 部分P形成在设备的金属外壳EV中。

紧固至金属外壳EV的凸缘B将其中设置有天线的中空部分P封闭。连接 至天线A的连接器C被紧固到凸缘B中。凸缘B与高压设备的主体配合，以 构成法拉第笼，该法拉第笼将天线A进与可能来自于设备外部的任何电磁干扰 隔离。天线A设置在气体g中。

在本发明的第三实施例的第一变型中，在具有低浓度(势阱)的电场的区 域中，天线A粘结地结合至凸缘B。在该变型中，由于天线周围的电场是低浓 度的，因此没有为天线提供特定的电保护(参见图4A)。

在本发明的第三实施例的第二变型中，在具有强电磁活动的区域中，天线A与凸缘B之间存在一定的距离。因此，由导电材料制成的保护元件3被紧固至连接器C并且包围天线A。保护元件3具有防止天线处出现任何电场集中效应(尖端效应)的功能。保护元件3优选地为锥形形状，该椎体的最窄部分被紧固至连接器C，椎体的最宽部分离连接器C最远。

如上所述，天线A是2D或3D天线，该天线可以由覆盖100MHz至2000 MHz频带的全部或部分的一个或多个天线组成。

图5示出了图2所示的改进的广义化。

具体地，图5示出了一种设置在窗口上的检测装置，在该检测装置中，天 线A可以是单极天线或偶极天线，或分形天线或螺旋天线等，所述天线可以是 2D或3D天线，而不管天线的类型如何。

由保持器部件1a、1b，凸缘B和高压设备的金属体组成的法拉第笼构成了 反射腔E，该反射腔E优化了天线A对电磁波的检测，而不管天线的类型如何。 凸缘B具有朝向窗口H的凹形壁。凸缘B的凹形壁组成反射腔E的高部。该 凹形壁是圆形穹顶的形状，该凹形壁的垂直子午线轴与连接器C的芯部R的轴 线重合。凸缘B的凹形壁和天线A之间的高度变化用于优化对检测频带上的局 部放电的检测。该高度变化使得可以避免检测光谱中可能发生的共振现象，从 而有助于使整个有用光谱上的检测灵敏度均匀。通过借助于反射腔提高检测灵 敏度，可以有利地限制传感器的数量，从而限制局部放电检测装置的成本。

通过非常有利的方式，且不论天线的类型如何，申请人已经发现使用本发 明的变型还可以符合国家电网公司的题为“Capacitive couplers for UHF partial dischargemonitoring(用于UHF局部放电监测的电容耦合器)”的灵敏度建议 TGN21，其规定在“技术指导TGN(T)121”中。

如上所述，天线A优选地通过泡沫M(例如，三元乙丙橡胶泡沫)来紧固。

因此，申请人还提出了一种用于检测高压气体绝缘设备的局部放电的检测 装置，该检测装置的特征在于，该检测装置包括至少一个天线，该天线设置在 高压气体绝缘设备外部、朝向高压气体绝缘设备的窗口，其中，天线周围的金 属结构有利于形成法拉第笼，该法拉第笼将天线与高压电气绝缘设备的外部电 隔离，该法拉第笼形成反射腔，该反射腔优化了天线对电磁波的检测。该天线 可以是上文所述的任意天线。

图6示出了适用于对图5所示的改进进行优化的第一变型检测装置。在该 第一变型中，组成反射腔E的顶部的凹形壁不是其垂直子午线轴包含连接器C 的芯部R的轴线的圆形穹顶状。

凹形壁的形状具有如下特征，该形状通过计算来优化并且适用于使得对局 部放电的检测灵敏度在频谱上是均匀的。可以设想各种形状的凹面。在图6的 示例中，凹面关于连接器C的芯部R的轴线不对称。

图7示出了适用于对图5所述的改进进行优化的检测装置的第二变型。在 该第二变型中，天线A具有朝向凸缘B的凹形壁的凹面。可以设想本发明的范 围内的天线A的各种形状的凹面。凸缘B的凹形壁与天线A的凹面之间的距 离的变化用于优化，使得对局部放电的检测灵敏度在频谱上是均匀的。例如， 在此凸缘B的顶壁的凹面可以与图5或图6所示的凸缘B的顶壁的凹面相同。

图8示出了适用于对图5所示的改进进行优化的检测装置的第三变型。在 该第三变型中，天线A具有朝向凸缘B的凹形壁的凸面。凸缘B的凹形壁与天 线A的凸形面之间的距离的变化用于优化，使得对局部放电的检测灵敏度在频 谱上是均匀的。例如，在此凸缘B的顶壁的凹面可以与图5或图6所示的凸缘 B的顶壁的凹面相同。

图9示出了本发明的一种局部放电检测装置，该局部放电检测装置设置有 弹性装置的第一变型，该弹性装置用于保持形成本发明的检测装置的一部分的 天线。

用于紧固天线A的泡沫M存在于反射腔E的整个容器内。通过有利的方 式，泡沫构成了一种弹性装置，其适用于当天线安装在窗口上时对尺寸偏差进 行填充。

图10以及11A至图11B示出了用于保持天线的弹性装置的两个其它变型。 在这两个其它变型中，电转变T呈现出弹性特性。

在图10中，电转变是导电弹簧RS，该导电弹簧RS的第一端部焊接至连 接器C的芯部R，并且该导电弹簧RS的第二端部焊接至天线A。在本发明的 该变型中，用于将天线A紧固至凸缘B的泡沫M可选地填充反射腔E的整个 容腔。

在图11A和图11B中，电转变T是滑动连接件。滑动连接件包括套管d， 连接器的芯部R的端部插入到套管d中。在静止位置处，芯部R的端部与套管 d的中空部分的端部之间存在空出的空间Z，从而使得芯部R能够在套管的中 空部分中滑动。通过有利的方式，该滑动系统构成了适用于相对于天线的初始 位置施加回复力的弹性装置。

Claims (18)

1.一种用于检测高压气体绝缘设备的局部放电的检测装置，所述检测装置包括至少一个天线（A），所述至少一个天线（A）被设置在所述高压气体绝缘设备的外部、朝向所述高压气体绝缘设备的窗口（H），所述检测装置的特征在于，所述检测装置还包括金属凸缘（B），所述金属凸缘（B）与所述高压气体绝缘设备的金属壁（1a，1b）电接触并且有利于与所述金属壁结合形成法拉第笼，所述法拉第笼将所述天线与所述高压气体绝缘设备的外部电隔离，所述金属凸缘（B）具有朝向所述窗口（H）的凹形壁，所述天线具有朝向所述凸缘的所述凹形壁的凹面或凸面。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述凸缘（B）中紧固有与所述天线连接的电连接器（C）。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电连接器（C）的芯部（R）与所述天线通过电转变（T）来连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述电转变（T）是导电线或导电分形元件。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述导电线是导电弹簧（RS）。

6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述电转变（T）包括滑动连接件（d）。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述法拉第笼由泡沫（M）填充。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述天线（A）是单极天线，或偶极天线，或螺旋天线，或分形天线。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述分形天线（A）包括至少一个2维天线和/或至少一个3维天线。

10.一种用于检测高压气体绝缘设备（S）的局部放电的检测装置，所述检测装置包括设置在所述设备外部的分形天线（A），所述检测装置的特征在于，所述分形天线（A）设置成朝向电绝缘部件的外表面，所述电绝缘部件用于保持所述高压气体绝缘设备内的高压母线，并且，其中，所述分形天线（A）周围的金属结构（2a，2b，B）还有利于形成法拉第笼，所述法拉第笼将所述分形天线与所述高压气体绝缘设备的外部电隔离，其中，所述法拉第笼形成反射腔（E），所述反射腔具有朝向所述电绝缘部件的凹形壁，所述天线具有朝向所述金属结构的所述凹形壁的凹面或凸面。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述金属结构包括凸缘（B），并且在所述凸缘（B）中紧固有与所述分形天线连接的电连接器（C）。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述电连接器（C）的芯部与所述分形天线通过电转变（T）来连接。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述电转变（T）是导电线或导电分形元件。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述导电线是导电弹簧（RS）。

15.根据权利要求12所述的装置，其中，所述电转变（T）包括滑动连接件（d）。

16.根据权利要求10所述的装置，其中，所述反射腔（E）整体由泡沫（M）填充。

17.根据权利要求10所述的装置，其中，所述分形天线（A）包括至少一个2维天线和/或至少一个3维天线。

18.一种配备有用于检测局部放电的检测装置的气体绝缘高压变电站，其特征在于，用于检测局部放电的所述检测装置是根据权利要求1或10所述的装置。

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