CN109932572A - 一种用于变压器套管的场强测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于变压器套管的场强测量方法及装置，所述方法首先利用电压采集装置获取采样电阻的电压值；然后确定所述采样电阻的电压值与变压器套管场强的比例系数；最后根据所述采样电阻的电压值和所述比例系数确定变压器套管场强，进而实现对套管运行状态的在线监测，可替代电流互感器，防止受电磁干扰，进一步提高测量结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及场强测量技术领域，特别是涉及一种用于变压器套管的场强测量方法及装置。
背景技术
随着电网规模的不断扩大，电力变压器的使用数量急剧增加。绝缘套管作为电力变压器的重要附属安全装置，其内部结构复杂、设计紧凑。当变压器套管运行在环境恶劣的环境中，将会成为变压器安全、稳定运行的最薄弱环节。
目前，利用电流参数实现对电力系统设备的实时监测和状态评估是主流技术。在变压器套管中，把具有500～5000匝线圈的套管电流互感器套在法兰上可实现对变压器套管的在线监测。然而，电力系统中经常存在严重的电磁干扰，限制了电流互感器的使用效果。另外，还可通过对套管进行电容测量和介质损耗因数测量，以判断套管内部是否出现故障。然而，在进行套管的运输时，抽头连接处的断裂是常有的事，这样就无法实现电容测量了。
另外，在套管内部出现故障时，最先变化的必然是场强，而当故障进一步恶化，甚至已经对套管造成严重且不可逆转的损坏时，电流参数才会发生变化。因此，如何能够获得套管的场强，以更好地对变压器套管的运行状态进行实时监测成为本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于变压器套管的场强测量方法及装置，以实现对变压器套管场强的测量。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于变压器套管的场强测量方法，所述方法包括：
利用电压采集装置获取采样电阻的电压值；
确定所述采样电阻的电压值与变压器套管场强的比例系数；
根据所述采样电阻的电压值和所述比例系数确定变压器套管场强。
可选的，所述确定所述采样电阻的电压值与变压器套管场强的比例系数，具体公式为：
其中，k表示比例系数，f表示频率，R表示所述采样电阻的电阻值，ε0表示真空介电常数，S表示所述金属传感器片的表面积，C1表示为所述金属传感器片与末屏或金属法兰之间的电容值。
可选的，所述根据所述采样电阻的电压值和所述比例系数确定变压器套管场强，具体公式为：
E＝kU0；
其中，E表示变压器套管场强，U0表示采样电阻的电压值，k表示比例系数。
本发明还提供一种用于变压器套管的场强测量装置，所述场强测量装置包括：
变压器套管、金属传感器片、同轴电缆、采样电阻、电压采集装置和处理器；所述变压器套管包括导电杆和末屏，所述末屏缠绕在所述导电杆的外侧；
所述金属传感器片设置在所述末屏上，所述采样电阻的一端与所述金属传感器片连接，所述采样电阻的另一端与所述末屏连接，所述同轴电缆的一端连接所述采样电阻，另一端连接所述电压采集装置，所述电压采集装置与所述处理器连接；
所述电压采集装置用于采集采样电阻的电压值，并将所述电压值发送至所述处理器；所述处理器根据上述方法确定变压器套管场强。
可选的，所述场强测量装置还包括：
显示器，与所述处理器相连，用于显示所述处理器发送的所述电压值或/和所述变压器套管场强。
可选的，所述变压器套管为电容型油纸套管、电容型胶纸套管、电容型环氧浸渍纸套管、充胶套管、充油套管中任意一种。
可选的，所述金属传感器片取自所述末屏，经过边缘打磨、绝缘胶处理后获得的薄铝片嵌入到原位置处。
本发明还提供一种用于变压器套管的场强测量装置，所述场强测量装置包括：
变压器套管、金属传感器片、同轴电缆、采样电阻、电压采集装置和处理器；所述变压器套管包括导电杆和金属法兰，所述金属法兰环绕在所述导电杆的外侧；
所述金属传感器片设置在所述金属法兰上，所述采样电阻的一端与所述金属传感器片连接，所述采样电阻的另一端与所述金属法兰连接，所述同轴电缆的一端连接所述采样电阻，另一端连接所述电压采集装置，所述电压采集装置与所述处理器连接；
所述电压采集装置用于采集采样电阻的电压值，并将所述电压值发送至所述处理器；所述处理器根据上述的方法确定变压器套管场强。
可选的，所述金属传感器片取自所述金属法兰，经过边缘打磨、绝缘胶处理后获得的薄铝片嵌入到原位置处。
可选的，所述变压器套管为变压器树脂套管或变压器纯瓷式套管。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种用于变压器套管的场强测量方法，首先利用电压采集装置获取采样电阻的电压值；然后确定所述采样电阻的电压值与变压器套管场强的比例系数；最后根据所述采样电阻的电压值和所述比例系数确定变压器套管场强，进而实现对套管运行状态的在线监测，可替代电流互感器，防止受电磁干扰，进一步提高测量结果的准确性。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一用于变压器套管的场强测量方法流程图；
图2为本发明实施例二用于10kV变压器套管的场强测量结构竖剖面图；
图3为本发明实施例二用于10kV变压器套管的场强测量结构横剖面图；
图4为本发明实施例三用于变压器套管的场强测量结构竖剖面图；
图5为本发明实施例三用于变压器套管的场强测量结构横剖面图。
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。
本发明的目的是提供一种用于变压器套管的场强测量方法及装置，以提高对变压器套管的场强测量的精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
图1为本发明实施例一用于变压器套管的场强测量方法流程图，如图1所示，本发明提供了一种用于变压器套管的场强测量方法，所述方法包括：
步骤S1：利用电压采集装置获取采样电阻的电压值；
步骤S2：确定所述采样电阻的电压值与变压器套管场强的比例系数，具体公式为：
其中，k表示比例系数，f表示频率，R表示所述采样电阻的电阻值，ε0表示真空介电常数，S表示所述金属传感器片的表面积，C1表示为所述金属传感器片与末屏或金属法兰之间的电容值。
步骤S3：根据所述采样电阻的电压值和所述比例系数确定变压器套管场强，具体公式为：
E＝kU0；
其中，E表示变压器套管场强，U0表示采样电阻的电压值，k表示比例系数。
实施例二
图2为本发明实施例二用于10kV变压器套管的场强测量结构竖剖面图，图3为本发明实施例二用于10kV变压器套管的场强测量结构横剖面图，如图2、图3所示，本发明还提供一种用于变压器套管的场强测量装置，所述场强测量装置包括：
变压器套管、金属传感器片4、同轴电缆8、采样电阻5、电压采集装置(图中未画出)和处理器(图中未画出)；所述变压器套管包括导电杆1和末屏9，所述末屏9缠绕在所述导电杆1的外侧；所述金属传感器片4设置在所述末屏9上，所述采样电阻5的一端与所述金属传感器片4连接，所述采样电阻5的另一端与所述末屏9连接，所述同轴电缆8的一端连接所述采样电阻5，另一端连接所述电压采集装置，所述电压采集装置与所述处理器连接；所述电压采集装置用于采集采样电阻5的电压值，并将所述电压值发送至所述处理器；所述处理器首先获取采样电阻5的电压值；然后确定所述采样电阻5的电压值与变压器套管场强的比例系数；最后根据所述采样电阻5的电压值和所述比例系数确定变压器套管场强。
作为一种实施方式，本发明所述金属传感器片4取自所述末屏9，经过边缘打磨、绝缘胶处理后获得的薄铝片嵌入到原位置处。
作为一种实施方式，本发明所述场强测量装置还包括：
显示器，与所述处理器相连，用于显示所述处理器发送的所述电压值或/和所述变压器套管场强。
作为一种实施方式，本发明所述处理器为单片机或计算机。
作为一种实施方式，本发明所述变压器套管为电容型油纸套管、电容型胶纸套管、电容型环氧浸渍纸套管、充胶套管、充油套管中任意一种。
作为一种实施方式，本发明所述变压器套管还包括：壳体、待填充物质2、第一包裹纸(图中未画出)、第一铝箔极板(图中未画出)、第二包裹纸11、第二铝箔极板10和第三包裹纸(图中未画出)；所述导电杆1贯穿于所述壳体内部，在所述壳体内部填充待填充物质2；在所述导电杆1外侧依次包裹所述第一包裹纸、所述第一铝箔极板、所述第二包裹纸11、所述第二铝箔极板10、所述第三包裹纸和所述末屏9；所述第一铝箔极板与所述第一包裹纸的高度相等；所述第二铝箔极板10与所述第二包裹纸11的高度相等；所述第三包裹纸的高度与所述末屏9的高度相等；所述第一铝箔极板、所述第二铝箔极板10和所述末屏9依次变窄，呈两边阶梯形状，且与所述壳体的顶端与底端间隔设置。本发明中所述第一铝箔极板与所述第二铝箔极板10的材质相同，仅仅为了区分两个铝箔极板的高度不同，同理第一包裹纸、第二包裹纸11和第三包裹纸的材质相同，仅仅为了区分三个包裹纸的高度不同。
所述壳体包括上绝缘3、金属法兰6、末屏导杆7和下绝缘12；所述金属法兰6与所述上绝缘3连接，所述下绝缘12与所述金属法兰6连接，在所述金属法兰6内部设置所述末屏导杆7，所述同轴电缆8通过所述末屏导杆7与所述电压采集装置连接；所述导电杆1用于导电用，所述金属法兰6用于所述上绝缘3和所述下绝缘12短接。
本发明实施例二中，当上述变压器套管中待填充物质2为绝缘油、包裹纸为油浸渍纸时，则该变压器套管为电容型油纸套管；当上述变压器套管中待填充物质2为绝缘油、包裹纸为单面胶纸时，则该变压器套管为电容型胶纸套管；当上述变压器套管中待填充物质2为绝缘油、包裹纸为树脂浸渍纸时，则该变压器套管为电容型树脂浸渍纸套管。
10kV的充胶套管和充油套管与实施例二中的结构仅仅少了一层铝箔极板、包裹纸，其他结构与实施例二的结构相同，再次不再一一论述；当上述变压器套管中待填充物质2为树脂、包裹纸为牛皮纸时，则该变压器套管为充胶套管；当上述变压器套管中待填充物质2为变压器油、包裹纸为牛皮纸时，则该变压器套管为充油套管。
因为实验室条件有限，本发明仅制作了符合绝缘要求的10kV变压器套管，但是这种场强测量装置可以用来测量更高电压等级的变压器套管场强，因此其它电压等级下此类套管的场强测量装置也应属于本发明的保护范围。
本发明所述金属传感器片是从末屏切割下来的薄铝片经边缘打磨、绝缘胶处理后再嵌入原处，所述采样电阻的一端与所述金属传感器片连接，所述采样电阻的另一端与所述末屏连接，这样通过电压采集装置就可以采集采样电阻两端的电压，进一步通过处理器计算得到场强，实现对套管运行状态的在线监测；改造过程简单、装置体积小、成本低，可替代电流互感器避免受电磁干扰，进而提高测量结果的准确性。
实施例三
图4为本发明实施例三用于变压器套管的场强测量结构竖剖面图，图5为本发明实施例三用于变压器套管的场强测量结构横剖面图，如图4、图5所示，本发明还提供一种用于变压器套管的场强测量装置，所述场强测量装置包括：
变压器套管、金属传感器片5、同轴电缆6、采样电阻4、电压采集装置(图中未画出)和处理器(图中未画出)；所述变压器套管包括导电杆1和金属法兰7，所述金属法兰7围绕在所述导电杆1的外侧；所述金属传感器片5设置在所述金属法兰7上，所述采样电阻4的一端与所述金属传感器片5连接，所述采样电阻4的另一端与所述金属法兰7连接，在所述金属法兰7内部设置所述导杆8，所述同轴电缆6的一端连接所述采样电阻4，所述同轴电缆6的另一端通过所述导杆8连接所述电压采集装置，所述电压采集装置与所述处理器连接；所述电压采集装置用于采集采样电阻4的电压值，并将所述电压值发送至所述处理器；所述处理器首先获取采样电阻4的电压值；然后确定所述采样电阻4的电压值与变压器套管场强的比例系数；最后根据所述采样电阻4的电压值和所述比例系数确定变压器套管场强。
作为一种实施方式，本发明所述金属传感器片5取自所述金属法兰7，经过边缘打磨、绝缘胶处理后获得的薄铝片嵌入到原位置处。
作为一种实施方式，本发明所述变压器套管还包括：壳体；所述导电杆1贯穿于所述壳体2内部，在所述壳体内部与所述导电杆之间填充空气3，所述金属法兰7嵌入在所述壳体中间位置。
作为一种实施方式，本发明所述变压器套管为变压器树脂套管或变压器纯瓷式套管；具体的，当所述壳体的材料为树脂材料时，则所述变压器套管为变压器树脂套管；当所述壳体的材料为纯瓷式材料时，则所述变压器套管为变压器纯瓷式套管。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种用于变压器套管的场强测量方法，其特征在于，所述方法包括：
利用电压采集装置获取采样电阻的电压值；
确定所述采样电阻的电压值与变压器套管场强的比例系数；
根据所述采样电阻的电压值和所述比例系数确定变压器套管场强。
2.根据权利要求1所述的用于变压器套管的场强测量方法，其特征在于，所述确定所述采样电阻的电压值与变压器套管场强的比例系数，具体公式为：
其中，k表示比例系数，f表示频率，R表示所述采样电阻的电阻值，ε0表示真空介电常数，S表示所述金属传感器片的表面积，C1表示为所述金属传感器片与末屏或金属法兰之间的电容值。
3.根据权利要求2所述的用于变压器套管的场强测量方法，其特征在于，所述根据所述采样电阻的电压值和所述比例系数确定变压器套管场强，具体公式为：
E＝kU0；
其中，E表示变压器套管场强，U0表示采样电阻的电压值，k表示比例系数。
4.一种用于变压器套管的场强测量装置，其特征在于，所述场强测量装置包括：
变压器套管、金属传感器片、同轴电缆、采样电阻、电压采集装置和处理器；所述变压器套管包括导电杆和末屏，所述末屏缠绕在所述导电杆的外侧；
所述金属传感器片设置在所述末屏上，所述采样电阻的一端与所述金属传感器片连接，所述采样电阻的另一端与所述末屏连接，所述同轴电缆的一端连接所述采样电阻，另一端连接所述电压采集装置，所述电压采集装置与所述处理器连接；
所述电压采集装置用于采集采样电阻的电压值，并将所述电压值发送至所述处理器；所述处理器根据权利要求1-3任一项所述的方法确定变压器套管场强。
5.根据权利要求4所述的用于变压器套管的场强测量装置，其特征在于，所述场强测量装置还包括：
显示器，与所述处理器相连，用于显示所述处理器发送的所述电压值或/和所述变压器套管场强。
6.根据权利要求4所述的用于变压器套管的场强测量装置，其特征在于，所述变压器套管为电容型油纸套管、电容型胶纸套管、电容型环氧浸渍纸套管、充胶套管、充油套管中任意一种。
7.根据权利要求4所述的用于变压器套管的场强测量装置，其特征在于，所述金属传感器片取自所述末屏，经过边缘打磨、绝缘胶处理后获得的薄铝片嵌入到原位置处。
8.一种用于变压器套管的场强测量装置，其特征在于，所述场强测量装置包括：
变压器套管、金属传感器片、同轴电缆、采样电阻、电压采集装置和处理器；所述变压器套管包括导电杆和金属法兰，所述金属法兰环绕在所述导电杆的外侧；
所述金属传感器片设置在所述金属法兰上，所述采样电阻的一端与所述金属传感器片连接，所述采样电阻的另一端与所述金属法兰连接，所述同轴电缆的一端连接所述采样电阻，另一端连接所述电压采集装置，所述电压采集装置与所述处理器连接；
所述电压采集装置用于采集采样电阻的电压值，并将所述电压值发送至所述处理器；所述处理器根据权利要求1-3任一项所述的方法确定变压器套管场强。
9.根据权利要求8所述的用于变压器套管的场强测量装置，其特征在于，所述金属传感器片取自所述金属法兰，经过边缘打磨、绝缘胶处理后获得的薄铝片嵌入到原位置处。
10.根据权利要求8所述的用于变压器套管的场强测量装置，其特征在于，所述变压器套管为变压器树脂套管或变压器纯瓷式套管。
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