CN109375063A - 用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感器技术领域，更具体地，涉及一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器。包括壳体、绕线骨架、线圈、信号板、PG头以及信号线，所述的绕线骨架设于壳体内，所述的线圈缠绕在绕线骨架上，所述的信号板固定在壳体内，线圈与信号板电性连接，在壳体上开设有安装孔，PG头与安装孔连接，所述的信号线穿过PG头与信号板连接，信号线通过PG头固定于壳体上。本发明提供的一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，对于保证在线故障定位装置的有效性，提高电网供电可靠性，具有很好的市场应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，更具体地，涉及一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器。
背景技术
海底电缆是跨海域联网工程建设的重要组成部分，在实现电网国际化、区域电网互联进程中起着重要作用。近年来，随着经济水平的提高，各海岛及陆地对电能的需求越来越多，全国电网许多区域建设并且在建大量海底电缆及海上风电，如江门、湛江、珠海、汕头、舟山等海岛间的海底电缆。
但在海底电缆运维方面，在海底电缆高精度监测、检测，以及海底电缆发生故障后故障位置预警、故障点快速定位等，由于缺乏相关的技术标准和仪器设备，问题较为突出。目前海底电缆状态监测主要是环流、测温，只能检测电缆运行状态的环流和温度，不能对故障位置预警。
目前在输电线路分布式安装行波测距终端，每隔10到20km安装一个采集终端，在接地线上安装故障电流传感器，一般传感器就能满足要求；每个采集终端借助GPS对时，查看故障行波到达相邻的两个采集终端的时间差，确定故障点位置。该种方法在长距离海底电缆的应用存在以下几点问题：GPS对时间分辨在几个微秒以上，测距误差在几百米到几千米以上，测试精度低；成本高；通过接地线采集故障行波信号波形差，易受干扰；电压型传感器与高压存在电气连接可靠性差，电容型传感器不适合长线路。显然不适合长距离海底电缆故障在线测距要求。
目前对于光电复合海缆利用光纤传输脉冲技术实现两个终端信号同步，该方法精度高。对于几十甚至上百公里的长距离海底电缆线路，在故障点靠近其中一个终端时，因故障行波信号沿电缆传播过程中存在衰减，常规传感器信号灵敏度低，这时另一个终端的传感器检测不到故障行波信号，导致在线测距功能失效。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，有效提高了传感器的灵敏度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，包括壳体、绕线骨架、线圈、信号板、PG头以及信号线，所述的绕线骨架设于壳体内，所述的线圈缠绕在绕线骨架上，所述的信号板固定在壳体内，线圈与信号板电性连接，在壳体上开设有安装孔，PG头与安装孔连接，所述的信号线穿过PG头与信号板连接，信号线通过PG头固定于壳体上。
在本发明中，传感器内置选频与保护电路，以及两边对称的线圈绕制结构，保证了有效信号的拾取。依据行波传输理论、变压器原理、并联谐振技术、模具技术设计故障行波信号耦合传感器。根据海底电缆电压等级、最大电缆长度，设计传感器线圈匝数、线圈磁芯材料、磁芯骨架截面以及选频电路和保护电路参数；选频电路参数要兼顾信号幅值和频率特性，可以得到几伏至几十伏的信号，该信号频率在几百千赫到几兆赫，由传感器自身电感和并联的电阻、电容构成选频电路；保护电路不应该影响信号幅频特性；设计两边对称的线圈绕制结构，无论如何安装都能保证信号耦合灵敏度。
进一步的，所述的壳体包括第一半圆环壳和第二半圆环壳；第一半圆环壳和第二半圆环壳的两端均设有连接副，在连接副上设有螺纹孔，第一半圆环壳与第二半圆环壳通过螺栓可拆卸连接，构成圆环形结构。在安装时，将第一半圆环壳和第二半圆环壳上的螺栓打开，使两个半圆环壳分离，分别将两个半圆环壳套在需要检测的线缆上，再通过螺栓两个半圆环壳连接固定。设计大口径开口式结构，方便现场安装；大口径传感器可以满足电缆本体拾取故障行波信号，抗干扰好。
进一步的，所述的绕线骨架包括第一半圆环架和第二半圆环架，第一半圆环架设于第一半圆环壳内，第二半圆环架设于第二半圆环壳内；在第一半圆环架和第二半圆环架上均缠绕有线圈，第一半圆环架上的线圈与第二半圆环架上的线圈通过连接线电性连接。
进一步的，所述的绕线骨架由磁芯材料构成，磁芯材料相对导磁率为200以下。根据电缆最大外径优化设计传感器绕线骨架磁芯材料、结构、截面，磁芯材料相对导磁率为200以下。采用特殊磁芯材料作传感器骨架，提高传感器的灵敏度，传感器对工频电流的信号输出几乎为零，而对击穿瞬间产生的故障行波比较灵敏。
进一步的，所述的第一半圆环架上的线圈与第二半圆环架上的线圈成对称结构，线圈匝数均为30~60匝。根据电缆的电压等级和最大长度，综合考虑脉冲在电缆的传播衰减因素，设计线圈匝数，一般取30~60匝。
进一步的，第一半圆环壳和第二半圆环壳的两端的端部均设有挡板进行封口。设置挡板封口，可以防止在进行绝缘材料灌注时，材料溢出。
进一步的，所述的壳体内灌注有绝缘材料。绝缘材料灌注，防潮且提高绝缘性能。
进一步的，所述的壳体由铸铝材料构成。测试传感器耦合信号幅值和频率特性，并在壳体外标定传感器耦合信号方向。传感器外壳采用铸铝材料开模，既能屏蔽杂散信号干扰、防水防潮，又能有效耦合故障行波信号。
与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，该传感器安装海缆终端电缆本体上，包含接地线，抗干扰好。采用特殊磁芯材料作传感器骨架，并优化传感器的壳体结构，加大骨架截面提高传感器的灵敏度。该传感器对电缆工频运行电流和电缆击穿瞬间的工频短路电流耦合信号很小，几乎为零，不会触发采集装置；对于电缆击穿瞬间产生的故障行波信号比较灵敏，保证有效信号的拾取。传感器的骨架、线圈部分由绝缘材料灌注，提高了绝缘性能，能满足复杂恶劣潮湿的现场环境。传感器外壳采用铸铝材料开模，既能屏蔽杂散信号干扰、防水防潮，又能有效耦合故障行波信号。该传感器的应用对于保证在线故障定位装置的有效性，提高电网供电可靠性，具有很好的市场应用价值。
附图说明
图1是本发明传感器内部结构示意图。
图2是本发明传感器整体结构示意图。
图3是本发明传感器侧视图。
图4是本发明故障行波信号耦合传感器电路原理图。
图5是本发明传感器安装测试原理示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
如图1至图3所示，一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，包括壳体1、绕线骨架2、线圈3、信号板4、PG头5以及信号线6，所述的绕线骨架2设于壳体1内，所述的线圈3缠绕在绕线骨架2上，所述的信号板4固定在壳体1内，线圈3与信号板4电性连接，在壳体1上开设有安装孔，PG头5与安装孔连接，所述的信号线6穿过PG头5与信号板4连接，信号线6通过PG头5固定于壳体1上。
在本发明中，传感器内置选频与保护电路，以及两边对称的线圈3绕制结构，保证了有效信号的拾取。依据行波传输理论、变压器原理、并联谐振技术、模具技术设计故障行波信号耦合传感器。根据海底电缆电压等级、最大电缆长度，设计传感器线圈3匝数、线圈3磁芯材料、磁芯骨架截面以及选频电路和保护电路参数；选频电路参数要兼顾信号幅值和频率特性，可以得到几伏至几十伏的信号，该信号频率在几百千赫到几兆赫，由传感器自身电感和并联的电阻、电容构成选频电路；保护电路不应该影响信号幅频特性；设计两边对称的线圈3绕制结构，无论如何安装都能保证信号耦合灵敏度。
如图4所示，为故障行波信号耦合传感器电路原理，图中L为传感器线圈3电感，与R、C 1、C 2构成选频率电路，R把传感器耦合的电流信号转换成电压信号。L 1为共模电感，与压敏电阻R v 构成保护电路。
具体的，所述的壳体1包括第一半圆环壳11和第二半圆环壳12；第一半圆环壳11和第二半圆环壳12的两端均设有连接副13，在连接副13上设有螺纹孔，第一半圆环壳11与第二半圆环壳12通过螺栓可拆卸连接，构成圆环形结构。在安装时，将第一半圆环壳11和第二半圆环壳12上的螺栓打开，使两个半圆环壳分离，分别将两个半圆环壳套在需要检测的线缆上，再通过螺栓两个半圆环壳连接固定。设计大口径开口式结构，方便现场安装；大口径传感器可以满足电缆本体拾取故障行波信号，抗干扰好。
另外，所述的绕线骨架2包括第一半圆环架21和第二半圆环架22，第一半圆环架21设于第一半圆环壳11内，第二半圆环架22设于第二半圆环壳12内；在第一半圆环架21和第二半圆环架22上均缠绕有线圈3，第一半圆环架21上的线圈3与第二半圆环架22上的线圈3通过连接线7电性连接。
其中，所述的绕线骨架2由磁芯材料构成，磁芯材料相对导磁率为200以下。根据电缆最大外径优化设计传感器绕线骨架2磁芯材料、结构、截面，磁芯材料相对导磁率为200以下。采用特殊磁芯材料作传感器骨架，提高传感器的灵敏度，传感器对工频电流的信号输出几乎为零，而对击穿瞬间产生的故障行波比较灵敏。
另外，所述的第一半圆环架21上的线圈3与第二半圆环架22上的线圈3成对称结构，线圈3匝数均为30~60匝。根据电缆的电压等级和最大长度，综合考虑脉冲在电缆的传播衰减因素，设计线圈3匝数，一般取30~60匝。
其中，所述的壳体1由铸铝材料构成。测试传感器耦合信号幅值和频率特性，并在壳体1外标定传感器耦合信号方向。传感器外壳采用铸铝材料开模，既能屏蔽杂散信号干扰、防水防潮，又能有效耦合故障行波信号。
如图5所示，故障行波信号耦合传感器安装位置示意图，图中所示长距离海缆为两端直接接地，中间没有交叉互联，因此电缆中间任意位置击穿点产生的故障行波脉冲更容易往两个终端传播；传感器安装包含接地线，在电缆金属套和接地线的信号相互抵消，包括接地线上的干扰信号，保证了传感器只耦合电缆导体的故障行波信号。
实施例2
本实施例与实施例1其他部分结构相似，不同的是，第一半圆环壳11和第二半圆环壳12的两端的端部均设有挡板14进行封口，壳体1内灌注有绝缘材料。绝缘材料灌注，防潮且提高绝缘性能。设置挡板14封口，可以防止在进行绝缘材料灌注时，材料溢出。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，其特征在于，包括壳体（1）、绕线骨架（2）、线圈（3）、信号板（4）、PG头（5）以及信号线（6），所述的绕线骨架（2）设于壳体（1）内，所述的线圈（3）缠绕在绕线骨架（2）上，所述的信号板（4）固定在壳体（1）内，线圈（3）与信号板（4）电性连接，在壳体（1）上开设有安装孔，PG头（5）与安装孔连接，所述的信号线（6）穿过PG头（5）与信号板（4）连接，信号线（6）通过PG头（5）固定于壳体（1）上。
2.根据权利要求1所述的一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，其特征在于，所述的壳体（1）包括第一半圆环壳（11）和第二半圆环壳（12）；第一半圆环壳（11）和第二半圆环壳（12）的两端均设有连接副（13），在连接副（13）上设有螺纹孔，第一半圆环壳（11）与第二半圆环壳（12）通过螺栓可拆卸连接，构成圆环形结构。
3.根据权利要求2所述的一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，其特征在于，所述的绕线骨架（2）包括第一半圆环架（21）和第二半圆环架（22），第一半圆环架（21）设于第一半圆环壳（11）内，第二半圆环架（22）设于第二半圆环壳（12）内；在第一半圆环架（21）和第二半圆环架（22）上均缠绕有线圈（3），第一半圆环架（21）上的线圈（3）与第二半圆环架（22）上的线圈（3）通过连接线（7）电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，其特征在于，所述的绕线骨架（2）由磁芯材料构成，磁芯材料相对导磁率为200以下。
5.根据权利要求3所述的一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，其特征在于，所述的第一半圆环架（21）上的线圈（3）与第二半圆环架（22）上的线圈（3）成对称结构，线圈（3）匝数均为30~60匝。
6.根据权利要求3所述的一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，其特征在于，第一半圆环壳（11）和第二半圆环壳（12）的两端的端部均设有挡板（14）进行封口。
7.根据权利要求6所述的一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，其特征在于，所述的壳体（1）内灌注有绝缘材料。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种用于在线故障测距装置的故障行波信号耦合传感器，其特征在于，所述的壳体（1）由铸铝材料构成。
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