CN107765155A - 一种用于开关柜局部放电检测的传感器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于开关柜局部放电检测的传感器及其使用方法，传感器包括绝缘外壳（11）、屏蔽盒（13）、依次连接的地电波传感头（12）、信号耦合器（14）、级联滤波及放大单元（15）、输出阻抗匹配单元（16）和输出连接插头（110）；地电波传感头（12）固定在绝缘外壳（11）的顶部面板（20）内表面，信号耦合器（14）、级联滤波及放大单元（15）和输出阻抗匹配单元（16）安装在屏蔽盒（13）中，输出连接插头（110）安装在绝缘外壳（11）的底部面板（19）上。本发明传感器能够无失真地、高灵敏地检测到测得的局部放电信号，并可实现对多面开关柜局部放电状态的在线监测和局部放电定位。
Description
技术领域
本发明涉及高压开关柜绝缘监测技术领域，特别是涉及一种用于开关柜局部放电检测的传感器及其使用方法。
背景技术
开关柜内部的绝缘劣化到一定程度，就会发生局部放电，并辐射电磁脉冲。这种电磁波会透过开关柜外壳上的缝隙沿着金属外壳表面或导线、接地线传播，形成所谓的地电波。通过地电波的测量可以得知设备内部是否发生局部放电，从而间接诊断开关柜内部的绝缘状态是否可靠。
当前广泛应用的地电波传感器，完全采用无源结构，具有体积小、重量轻的特点，可以很方便地集成在手持式测试仪器中，通过人工巡检开展高压开关柜、环网柜及厢式变电站等电力设备的状态检测。然而，近些年的实践表明，无源传感器用于变电站内多面柜的大范围局部放电定位时，面临着灵敏度低、信号失真的问题，影响到对潜在绝缘缺陷的开关柜的准确定位和风险评估。
鉴于以上情况，设计和制作具有足够高检测灵敏度以及足够宽通频带的高性能地电波传感器，是当前开关柜局放检测设备制造业及电力企业亟待解决的重要课题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种用于开关柜局部放电检测的传感器及其使用方法，传感器能够无失真地高灵敏地检测到局部放电信号，并可实现对多面开关柜局部放电状态的在线监测和局部放电定位。
为实现上述目的，本发明提供一种用于开关柜局部放电检测的传感器，包括绝缘外壳（11）、屏蔽盒（13）、依次连接的地电波传感头（12）、信号耦合器（14）、级联滤波及放大单元（15）、输出阻抗匹配单元（16）和输出连接插头（110）；
所述地电波传感头（12）固定在绝缘外壳（11）的顶部面板（20）内表面，信号耦合器（14）、级联滤波及放大单元（15）和输出阻抗匹配单元（16）安装在屏蔽盒（13）中，输出连接插头（110）安装在绝缘外壳（11）的底部面板（19）上。
进一步地，传感器还包括磁扣（111），所述磁扣（111）嵌入顶部面板（20）中，用于将传感器吸附在开关柜表面。
进一步地，传感器还包括供电单元（18），通过导线（17）与级联滤波及放大单元（15）相连接。
进一步地，所述底部面板（19）为可拆卸式。
进一步地，所述地电波传感头（12）为一金属薄板，与顶部面板（20）粘合在一起。
进一步地，所述绝缘外壳（11）采用ABS工程塑料材质。
进一步地，所述屏蔽盒（13）为金属材质。
进一步地，所述输出连接插头（110）为BNC-50KF同轴连接器。
一种基于上述传感器的使用方法，将多个传感器的顶部面板（20）分别垂直贴近在多面开关柜柜体表面，通过信号电缆将多个传感器输出端连接起来，并连接至示波器，当示波器出现信号时，则表示多面开关柜中有柜体内部发生了局部放电。
一种基于上述传感器的使用方法，当多面开关柜内部发生局部放电现象时，将两个传感器的顶部面板（20）分别垂直贴近在并排的多面开关柜两端表面，通过信号电缆将两个传感器输出端连接起来，并连接至示波器，两个传感器均可测量到局部放电信号，调整传感器位置，使得示波器上显示的两段波形第一个波峰位置相重合，则局部放电源位于两个传感器连线的中位面上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）通过采用级联式滤波器，拓展了地电波传感器的3dB带宽，从而保证了传感器能够无失真地检测所测得的局部放电信号。
（2）通过采用级联式放大器，提升了放大器的增益，从而保证了传感器能够高灵敏地检测到测得的局部放电信号。
（3）通过控制放大单元的末端输出阻抗，实现了传感器输出阻抗与信号电缆的阻抗匹配，从而保证了传感器与信号电缆作为一个整体能够无失真地将局部放电信号传输到检测主机。
（4）与现有的传感器相比，本发明在确保同样可检测最小局放量的前提下，可以连接更长的信号电缆，相应地扩大了测试系统的整体检测范围，在开关柜检测仪器的生产企业及电力公司的技术管理部门等具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明用于开关柜局部放电检测的传感器结构示意图；
图2是本发明用于开关柜局部放电检测的传感器的电路示意图；
图3是本发明用于开关柜局部放电检测的传感器的一使用方法示意图；
图4是本发明用于开关柜局部放电检测的传感器的另一使用方法示意图。
其中，11-绝缘外壳；12-地电波传感头；13-屏蔽盒；14-信号耦合器；15-级联滤波及放大单元；16-输出阻抗匹配单元；17-导线；18-供电单元；19-底部面板；20-顶部面板；110-输出连接插头。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种用于开关柜局部放电检测的传感器，包括绝缘外壳11、屏蔽盒13、依次连接的地电波传感头12、信号耦合器14、级联滤波及放大单元15、输出阻抗匹配单元16和输出连接插头110；
所述地电波传感头12固定在绝缘外壳11的顶部面板20内表面，信号耦合器14、级联滤波及放大单元15和输出阻抗匹配单元16安装在屏蔽盒13中，输出连接插头110安装在绝缘外壳11的底部面板19上。
传感器还包括磁扣111，可以是4枚，均匀嵌入顶部面板20中，用于将传感器吸附在开关柜表面，传感器还包括供电单元18，通过导线17与级联滤波及放大单元15相连接，供电单元18为5V锂电池，底部面板19为可拆卸式，方便传感器安装与检修，地电波传感头12为直径60mm的圆形金属薄板，与顶部面板20粘合在一起，绝缘外壳11采用ABS工程塑料材质，整体呈圆筒型，筒壁厚度小于3mm，顶部面板20厚度小于1mm，顶部面板20的直径大于筒壁直径，方便嵌入磁扣，屏蔽盒13为金属材质，呈方形，屏蔽盒的顶部和底部中心开有直径2mm小孔供导线穿过，输出连接插头110为BNC-50KF同轴连接器，信号耦合器采用1nF的陶瓷电容，输出阻抗匹配单元采用50欧姆的金属膜电阻。
级联滤波及放大单元15由AD8051运算放大器、5个电容及6个电阻构成，可将地电波传感器的3dB频带拓展至3KHz-60MHz,包含局部放电电磁脉冲绝大部分信息，又可抑制变电站中50Hz工频干扰及数百兆赫兹电磁噪声干扰，此外还将传感器的灵敏度提高至0.98，远高于传统无源器件构成的地电波传感器。采用级联式有源运算放大器构成的滤波及放大单元，大大提高了传统地电波传感器的频带和灵敏度。传感器的电路示意图如图2所示，信号耦合器14、级联滤波及放大单元15和输出阻抗匹配单元16、供电单元18均集成在一块电路板上，放置在屏蔽盒13中。
如图3所示，利用上述传感器在变电站中开展多面柜体局部放电在线监测，分别将传感器垂直放置在多面开关柜柜体表面，利用BNC同轴连接器T型转接头，可通过一根特征阻抗为50欧姆的信号电缆将多个传感器输出端连接起来，并送至示波器观测。当多面开关柜中的任一柜体内部发生局部放电时，辐射出的电磁脉冲就会被地电波传感器所耦合，并通过信号电缆送至示波器，变电站工作人员即可实现对多面开关柜局部放电状态的在线监测。
如图4所示，利用上述传感器在变电站中开展多面柜体局部放电定位，当变电站工作人员发现多面开关柜内部发生局部放电现象时，可在开关柜表面两端分别放置一个地电波传感器，并通过特征阻抗为50欧姆的信号电缆连接至同一示波器。两个地电波传感器均可测量到局部放电信号，调整地电波传感器位置，使得示波器上显示的两段波形第一个波峰位置相重合，则说明局放源位于两个地电波传感器连线的中位面上，工作人员即可实现多面开关柜局部放电定位。
本发明的传感器可以显著改善地电波传感器的频域频谱特性，从而能够以更高精度测量地电波信号。使用该传感器替代现有的无源传感器，可以连接更长的电缆，便于在更大的检测区域内，更为准确地检测开关柜中局部放电。本发明中的传感器集成度高、重量轻、体积小，极大地改善了当前所用无源地电波传感器的性能，
用于变电站内多面柜的大范围局部放电定位时，有助于对潜在绝缘缺陷的开关柜开展准确定位和风险评估，对于提升当前开关柜局放检测设备制造业的技术水平及电力企业的应用水平具有重要意义。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种用于开关柜局部放电检测的传感器，其特征在于，包括绝缘外壳（11）、屏蔽盒（13）、依次连接的地电波传感头（12）、信号耦合器（14）、级联滤波及放大单元（15）、输出阻抗匹配单元（16）和输出连接插头（110）；
所述地电波传感头（12）固定在绝缘外壳（11）的顶部面板（20）内表面，信号耦合器（14）、级联滤波及放大单元（15）和输出阻抗匹配单元（16）安装在屏蔽盒（13）中，输出连接插头（110）安装在绝缘外壳（11）的底部面板（19）上。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括磁扣（111），所述磁扣（111）嵌入顶部面板（20）中，用于将传感器吸附在开关柜表面。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括供电单元（18），通过导线（17）与级联滤波及放大单元（15）相连接。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述底部面板（19）为可拆卸式。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述地电波传感头（12）为一金属薄板，与顶部面板（20）粘合在一起。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述绝缘外壳（11）采用ABS工程塑料材质。
7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述屏蔽盒（13）为金属材质。
8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述输出连接插头（110）为BNC-50KF同轴连接器。
9.一种基于权利要求1所述传感器的使用方法，其特征在于，将多个传感器的顶部面板（20）分别垂直贴近在多面开关柜柜体表面，通过信号电缆将多个传感器输出端连接起来，并连接至示波器，当示波器出现信号时，则表示多面开关柜中有柜体内部发生了局部放电。
10.一种基于权利要求1所述传感器的使用方法，其特征在于，当多面开关柜内部发生局部放电现象时，将两个传感器的顶部面板（20）分别垂直贴近在并排的多面开关柜两端表面，通过信号电缆将两个传感器输出端连接起来，并连接至示波器，两个传感器均可测量到局部放电信号，调整传感器位置，使得示波器上显示的两段波形第一个波峰位置相重合，则局部放电源位于两个传感器连线的中位面上。
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|---|---|---|---|---|
| CN109917318A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-06-21 | 北京碧思特科技有限公司 | 用于开关柜局部放电地电波检测的自校验传感器及其方法 |
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| CN102928745A (zh) * | 2012-10-08 | 2013-02-13 | 华北电力大学 | 开关柜局部放电宽频带增益可调式介质感应传感器 |
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| CN206096356U (zh) * | 2016-10-19 | 2017-04-12 | 广西电网有限责任公司崇左供电局 | 一种用于检测开关柜局放的地电波传感器 |
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