CN110471020B - 一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置 - Google Patents

Abstract

一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置，包括嵌入式感应模块，用于检测待检测电容式电压互感器的信号，所述嵌入式感应模块卡套于所述电容式电压互感器的电容器外部并与其电连接。本发明提供的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置，可以对待检测电容式电压互感器进行多维度的实时监测，能够在第一时间获取其运行故障，且对待检测电容式电压互感器的干扰小。

Description

一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置

技术领域

本发明属于电容式电压互感器技术领域，具体涉及一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置。

背景技术

电容式电压互感器(CVT)，是由串联电容器分压，再经电磁式互感器降压和隔离，作为表计、继电保护等的一种电压互感器，在110kV以上电力系统中应用非常广泛。目前针对电容式电压互感器的相关停电和带电检测方法的研究较多，典型的有阻抗频谱法、声学噪音法、放电脉冲法、温度法等，这些方法都是一种典型的试验输出或信息接收的方法，或者可以概括为一种通过外部设备实现的响应式的测试方法。

而电容式电压互感器是一种结构相对复杂的设备，很多情况下虽然外部的相关参数波动小，但内部元器件之间可能已经产生了较为严重的缺陷，只不过短期因为内部元器件之间的电荷重新分配，达到了一个短暂的平衡，使得外部整体参数变化还未达到预警值。

但随着内部缺陷的加深，新的平衡点不断调整，导致相关联的元器件参数也跟随着改变，比如承受的温度和分配的电压增高，内部的谐波电流增大等，会引起连锁反应。在该情况下，有些可以通过脉冲电流法观测到，有些可以通过温度观测，但实际上有两个主要原因导致这些问题未能及时发现：

(1)外部非接触检测手段很难做到及时性。在实际应用中，电容式电压互感器数量众多，传统的监测装置成本高，导致普及性的在线监测目前还未能实现，停电检测需要计划性的停电，因此及时性的检测更不现实。

(2)外部非接触检测手段通常检测灵敏度达不到要求。比如缺陷对外表现的强度不足以驱动外部检测传感器的工作，此外外部检测手段还受到现场干扰的影响，导致只有出现非常明显的缺陷特征时才能捕捉到。

因此一般的技术即使采取接触式监测方法，也都是针对电容式电压互感器电气连接关键点的电压或电流，或温度进行探测，而无法针对电容式电压互感器的外部绝缘本体进行接触式测量。主要原因在于，外部绝缘本体如瓷屏、电容器等，与高压端有空气间隙，也可能存在表面污垢导致电势发生变化，外部绝缘对地的分布电容也处于受运行环境影响的不稳定状态，因此很难安装布置可靠的探测设备。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置，包括嵌入式感应模块，用于检测待检测电容式电压互感器的运行状态信号，所述嵌入式感应模块卡套于所述电容式电压互感器的电容器外部并与其电连接。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述嵌入式感应模块为高频LC回路组成的腔体，所述高频LC回路包括若干串联和/或并联的电感和电容，所述电感采用单匝或多匝线圈绕制而成，所述电容采用谐振腔体的等效电容组成，所述谐振腔体内含可微调间距的金属极板以实现电容值的调节，所述谐振腔体至少包含一个输出电极。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述嵌入式感应模块的外部整体形状为环形、半圆形或弧形。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述高频LC回路的谐振频率值为100kHz-1MHz。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述腔体内部含复合有机硅液体或环氧树脂灌封料。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，还包括：

标准参数模块，用于提供所述电容式电压互感器正常状态下运行的标准参数；

电压取样模块，用于取样所述待检测电容式电压互感器的电压；所述电压取样模块与所述待检测电容式电压互感器连接；

电流取样模块，用于取样所述待检测电容式电压互感器的电流；所述电流取样模块与所述待检测电容式电压互感器连接；

比较模块，用于比较所述待检测电容式电压互感器在实际状态下运行的各参数与所述标准参数的差值；所述比较模块分别与所述嵌入式感应模块、标准参数模块、电压取样模块和电流取样模块连接；

报警模块，用于当所述比较模块的比较结果超过阈值时，发出报警；所述报警模块与所述比较模块连接。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，还包括温度取样模块，用于取样所述待检测电容式电压互感器的实际温度，所述温度取样模块与所述比较模块连接。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，还包括高频电流感应模块，用于检测所述待检测电容式电压互感器的局部放电信号，所述高频电流感应模块分别与所述电流取样模块和所述待检测电容式电压互感器的末屏接地线连接。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，还包括特高频局部放电感应模块，用于检测所述待检测电容式电压互感器的末屏接地线电信号，所述特高频局部放电感应模块分别与所述高频电流感应模块和所述待检测电容式电压互感器的末屏接地线连接。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，还包括充电模块，用于获取邻近接地回路的电流信号给所述电容式电压互感器监测装置的电池和电容充电，所述充电模块设置于所述电容式电压互感器底座上，所述充电模块包括将电流信号转换为电压信号的感应线圈。

本发明提供的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置，设置有可以对待检测电容式电压互感器进行检测的嵌入式感应模块，通过自主取电、可调节谐振频率等方式，嵌入式感应模块卡套在电容式电压互感器外部，可在不影响电容式电压互感器运行的情况下，持续、安全、稳定地获得电容式电压互感器的实时状态数据。

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是本发明提供的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例1的结构示意图；

图2是本发明提供的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例2的结构示意图；

图3是本发明提供的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例3的结构示意图；

图4是本发明提供的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例4的结构示意图；

图5是本发明提供的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例5的结构示意图；

图6是本发明提供的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例6的结构示意图；

图7是本发明提供的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例1的嵌入式感应模块的结构示意图。

图中标记分别为：100待检测电容式电压互感器

101 嵌入式感应模块,

102 标准参数模块,

103 电压取样模块,

104 电流取样模块,

105 比较模块,

106 报警模块,

107 温度取样模块,

108 高频电流感应模块,

109 特高频局部放电感应模块,

110 充电模块,

1011 电容,

1012 电感,

1013 金属极板.

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

参照图1，示出了本公开的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例1的结构示意图，包括：嵌入式感应模块101，用于检测待检测电容式电压互感器100的信号，所述嵌入式感应模块101卡套于所述电容式电压互感器100的电容器外部并与其电连接。

参照图7，具体地，在本实施例中，所述嵌入式感应模块101为高频LC回路组成的腔体，所述高频LC回路包括若干串联和/或并联的电感1011和电容1012，所述电感1011采用单匝或多匝线圈绕制而成，所述电容1012采用谐振腔体的等效电容组成，所述谐振腔体内含可微调间距的金属极板1013以实现电容值的调节，所述谐振腔体至少包含一个输出电极。

在一些实施例中，高频LC回路包括多层若干串联和/或并联的电感1011和电容1012，其中多层结构的组合，可用于不同机械尺寸和电压等级的电容式电压互感器，也可通过设置不同层的等效电容和电感，用于精确监测不同故障状态的信息。

本申请实施例提出的嵌入式感应模块101，采用高可靠性的谐振腔体为核心，具备分布参数稳定，受环境影响小，与电容式电压互感器构100成一个相对可靠的整体。当电容式电压互感器发生内部故障时，谐振腔体作为灵敏的传感器，自身谐振频率发生改变，可快速响应内部缺陷的存在。由于谐振式腔体采用的设计具备电容参数和电感参数，因而可同步监测电场和电流，并具备宽频响应的特征，可用于较宽故障严重程度的动态范围。谐振腔体内部还可引出不同的监测电极，用于感应放电信号、泄漏电流信号、电场信号等，在该基础上还可用于计算其他运行特征，如介质损耗、表面污染、表面含水等。

当嵌入式感应模块101与待检测电容式电压互感器100电连接时，一方面，嵌入式感应模块101可以对待检测电容式电压互感器100的各项参数信息进行检测收集，从而第一时间判断待检测电容式电压互感器100的运行状态；另一方面，由于嵌入式感应模块101是由电感1011和电容1012组成的，电感1011和电容1012都可以存储一定的电能，这些电能可以维持嵌入式感应模块101的运行，从而避免外部电源对待检测电容式电压互感器100的干扰。

另外地，嵌入式感应模块101内部的金属极板1013可以调整位置，从而实现电容部分的调节，并与电感部分形成多种检测条件的嵌入式感应模块101，可以采用同一个嵌入式感应模块101对待检测电容式电压互感器100采用不同检测条件检测。

比如，当金属极板1013在第一位置时，电容值为1法拉，电感值为1亨利，此时可以采用此种检测条件下的嵌入式感应模块101对待检测电容式电压互感器100进行检测；当金属极板1013在第二位置时，电容值为3法拉，电感值为1亨利，此时可以采用此种检测条件下的嵌入式感应模块101对待检测电容式电压互感器100进行检测。

进一步地，在本申请实施例中，所述嵌入式感应模块101的外部整体形状为环形、半圆形或弧形，所述高频LC回路的谐振频率值为100kHz-1MHz，所述腔体内部含复合有机硅液体或环氧树脂灌封料。

其中，当嵌入式感应模块101的外部整体形状为环形、半圆形或弧形时，可均匀外部电场，使得安装本发明的监测模块后，对现象运行环境影响小。

参照图2，示出了本公开的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例2的结构示意图，是在上述图1的实施例1的基础上，进一步地包括：

标准参数模块102，用于提供所述电容式电压互感器100正常状态下运行的标准参数；

电压取样模块103，用于取样所述待检测电容式电压互感器100的电压；所述电压取样模块103与所述待检测电容式电压互感器100连接；

电流取样模块104，用于取样所述待检测电容式电压互感器100的电流；所述电流取样模块104与所述待检测电容式电压互感器100连接；

比较模块105，用于比较所述待检测电容式电压互感器100在实际状态下运行的各参数与所述标准参数的差值；所述比较模块105分别与所述嵌入式感应模块101、标准参数模块102、电压取样模块103和电流取样模块104连接；

报警模块106，用于当所述比较模块105的比较结果超过阈值时，发出报警；所述报警模块106与所述比较模块105连接。

在本申请实施例中，电压取样模块103和电流取样模块104分别对待检测电容式电压互感器100在工作状态下的电压值和电流值进行检测，然后将检测值传输给比较模块105，同时比较模块105也与标准参数模块102连接，并从标准参数模块102上获取电压和电流的标准参数值，分别与实际电压值和电流值作比较，从而可以获取电压差值和电流差值。当电压差值和电流差值超过阈值时候，比较模块105向报警模块106发送信号使其报警。

其中，标准参数模块102中存储着电压标准参数值和电流标准参数值，所谓电压标准参数值，也就是说，在理论上，再综合考虑其他正常的现实因素，与待检测电容式电压互感器100同等规格的处于正常状态下的电容式电压互感器在同等工作条件下的电压值。同样的，电流标准参数值也是如此。

标准参数模块102中除了上述的电压标准参数值和电流标准参数值，还存着电容式电压互感器其他的参数值，比如温度、使用寿命、安全电压、安全电流等，从而可以从多个维度对待检测电容式电压互感器100进行监测。

所谓的阈值，可以理解为一个可允许的范围。比如，想购买标准质量1kg的蔬菜，但是实际购买过程中，可能会超过或者不足1kg，那么超过部分或者不足部分只要在允许的范围内，仍然可以视为合理的。同样的，由于现实运行中存在着多种超出设计时所估计的情况以外的状况，允许实际参数值与标准参数值存在着一定的超过或者不足，这种所允许的超过或不足范围即为阈值。另外，阈值可以根据实际需要设定，此处不再赘述。

如图3，示出了本公开的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例3的结构示意图，是在图2的实施例2的基础上，增加一个温度取样模块107，用于取样所述待检测电容式电压互感器100的实际温度；所述温度取样模块107与所述比较模块105连接。

在本申请实施例中，温度取样模块107对待检测电容式电压互感器100的实际工作温度进行检测，并将其传送给比较模块105，同时比较模块105也可以获取标准参数模块102所提供的温度标准参数值，并对二者做差值运算，只要未超过阈值，即认为检测电容式电压互感器100的运行良好，比较模块105不会向报警模块106发送信号使其报警；反之，则会使报警模块106做出报警。

如图4，示出了本公开的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例4的结构示意图，是在图2的实施例2的基础上，增加了高频电流感应模块108，用于检测所述待检测电容式电压互感器100的局部放电信号；所述高频电流感应模块108分别与所述电流取样模块104和所述待检测电容式电压互感器100的末屏接地线连接。

在本申请实施例中，高频电流感应模块108对待检测电容式电压互感器100的局部放电信号进行检测，并将其传送给比较模块105，同时比较模块105也可以获取标准参数模块102所提供的局部放电信号标准参数值，并对二者做差值运算，只要未超过阈值，即认为检测电容式电压互感器100的运行良好，比较模块105不会向报警模块106发送信号使其报警；反之，则会使报警模块106做出报警。

由于待检测电容式电压互感器100工作环境复杂，可能会造成待检测电容式电压互感器100产生局部放电信号，比如待检测电容式电压互感器100内部的电感部分产生自感或电容部分产生放电，而当放电信号超过一定阈值时，会干扰待检测电容式电压互感器100的正常工作，所以需要对局部放电信号进行检测。

如图5，示出了本公开的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例5的结构示意图，是在图4的实施例4的基础上，增加了特高频局部放电感应模块109，用于检测所述待检测电容式电压互感器100的末屏接地线电信号；所述特高频局部放电感应模块109分别与所述高频电流感应模块108和所述待检测电容式电压互感器100的末屏接地线连接。

在本申请实施例中，特高频局部放电感应模块109对待检测电容式电压互感器100的末屏接地线电信号进行检测，并将其传送给比较模块105，同时比较模块105也可以获取标准参数模块102所提供的末屏接地线电信号标准参数值，并对二者做差值运算，只要未超过阈值，即认为检测电容式电压互感器100的运行良好，比较模块105不会向报警模块106发送信号使其报警；反之，则会使报警模块106做出报警。

在图4中的实施例中，已经采用高频电流感应模块108对待检测电容式电压互感器100的局部放电信号进行检测，但是由于高频电流感应模块108具有一定的技术限制，对于某些高频电流电信号无法检测，特别是待检测电容式电压互感器100的末屏接地线电信号。此时可以采用特高频局部放电感应模块109对待检测电容式电压互感器100的末屏接地线电信号进行检测，并和末屏接地线电信号标准参数值做差值，当超过一定阈值时，报警模块106做出报警。

如图6，示出了本公开的一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置实施例6的结构示意图，是在图1的实施例1或图2的实施例2的基础上，增加了充电模块110，用于获取邻近接地回路的电流信号给所述待检测电容式电压互感器100内部的电池和电容充电；所述充电模块110设置于所述电容式电压互感器100底座上，所述充电模块110包括将电流信号转换为电压信号的感应线圈。

在本申请实施例中，充电模块110可以获取邻近接地回路的电流信号，并将这些电流信号转换成电压信号，然后待检测电容式电压互感器100内部的电池和电容充电并将其传送给嵌入式感应模块101或比较模块105。具体地，充电模块110设置于所述待检测电容式电压互感器100底座上，内部设置有感应线圈，可以将电流信号转换为电压信号。如此，一方面可以使得整个监测装置的工作时间延长，另一方面，也可以减少由于因为对内部零部件进行充电而给待检测电容式电压互感器100带来的信号干扰。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种带自诊断的电容式电压互感器监测装置，其特征在于，包括嵌入式感应模块，用于检测待检测电容式电压互感器的运行状态信号，所述嵌入式感应模块卡套于所述电容式电压互感器的电容器外部并与其电连接；

所述嵌入式感应模块为高频LC回路组成的腔体，所述高频LC回路包括若干串联和/或并联的电感和电容，所述电感采用单匝或多匝线圈绕制而成，所述电容采用谐振腔体的等效电容组成，所述谐振腔体内含可微调间距的金属极板以实现电容值的调节，所述谐振腔体至少包含一个输出电极。

2.根据权利要求1所述的电容式电压互感器监测装置，其特征在于，所述嵌入式感应模块的外部整体形状为环形、半圆形或弧形。

3.根据权利要求2所述的电容式电压互感器监测装置，其特征在于，所述高频LC回路的谐振频率值为100kHz-1MHz。

4.根据权利要求1所述的电容式电压互感器监测装置，其特征在于，所述腔体内部含复合有机硅液体或环氧树脂灌封料。

5.根据权利要求1所述的电容式电压互感器监测装置，其特征在于，还包括：

标准参数模块，用于提供所述电容式电压互感器正常状态下运行的标准参数；

电压取样模块，用于取样所述待检测电容式电压互感器的电压；所述电压取样模块与所述待检测电容式电压互感器连接；

电流取样模块，用于取样所述待检测电容式电压互感器的电流；所述电流取样模块与所述待检测电容式电压互感器连接；

比较模块，用于比较所述待检测电容式电压互感器在实际状态下运行的各参数与所述标准参数的差值；所述比较模块分别与所述嵌入式感应模块、标准参数模块、电压取样模块和电流取样模块连接；

报警模块，用于当所述比较模块的比较结果超过阈值时，发出报警；所述报警模块与所述比较模块连接。

6.根据权利要求5所述的电容式电压互感器监测装置，其特征在于，还包括温度取样模块，用于取样所述待检测电容式电压互感器的实际温度，所述温度取样模块与所述比较模块连接。

7.根据权利要求5所述的电容式电压互感器监测装置，其特征在于，还包括高频电流感应模块，用于检测所述待检测电容式电压互感器的局部放电信号，所述高频电流感应模块分别与所述电流取样模块和所述待检测电容式电压互感器的末屏接地线连接。

8.根据权利要求7所述的电容式电压互感器监测装置，其特征在于，还包括特高频局部放电感应模块，用于检测所述待检测电容式电压互感器的末屏接地线电信号，所述特高频局部放电感应模块分别与所述高频电流感应模块和所述待检测电容式电压互感器的末屏接地线连接。

9.根据权利要求5所述的电容式电压互感器监测装置，其特征在于，还包括充电模块，用于获取邻近接地回路的电流信号给所述电容式电压互感器监测装置的电池和电容充电，所述充电模块设置于所述电容式电压互感器底座上，所述充电模块包括将电流信号转换为电压信号的感应线圈。

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