CN111273137A - 一种倒立式电流互感器及局部放电检测装置 - Google Patents

一种倒立式电流互感器及局部放电检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种倒立式电流互感器及局部放电检测装置，属于电流互感器领域。倒立式电流互感器与现有互感器的区别是在法兰上、绝缘筒与外绝缘套之间，设有至少一个局部放电传感器。基于倒立式电流互感器的局部放电检测装置，包括倒立式电流互感器、数据接收单元、增益控制单元、干扰抑制单元、数据诊断单元及输出单元。本发明可实现电流互感器特高频局部放电的在线监测及检测，局部放电检测装置可充分利用特高频传感器具有方向性的特点，实现变电站内互感器局部放电识别及定位，降低电网的风险，提高变电站内局部放电检测灵敏性。

Description

一种倒立式电流互感器及局部放电检测装置
技术领域
本发明属于电流互感器领域，具体为一种倒立式电流互感器及局部放电检测装置。
背景技术
最近几年，倒立式电流互感器（也称为倒立式）由于具有一次导体较短、准确度高、短路电流倍数大及尺寸小等优点，在我国电力系统中应用特别广泛。
倒置式互感器一般一次引线端子固定在电流互感器壳体上。二次绕组装在金属屏蔽罩中,屏蔽罩通过盆式绝缘子固定在与高压瓷套相连的电流互感器壳体内。二次引线通过固定在底座上的金属管引至底部。底座内装有SF6气体密度计、充气阀、二次出线板、气体吸附剂等附件。
由于此类互感器二次绕组和铁心在互感器的头部，使得互感器重心较高，抗震性能较差，头部与支撑杆之间连接机械强度较弱，在搬运、运输或安装过程中容易损坏，导致高电压下局部场强过高，运行中发生放电，进而发生绝缘缺陷。
缺陷统计表明，倒立式互感器的主要故障表现为一次导杆和二次绕组罩之间主绝缘击穿，倒立式电流互感器二次导杆多数为内部直接接地，运行条件下尚无有效的手段对倒立式互感器的绝缘状态进行监测或检测，互感器发生缺陷后，只能任由缺陷发展，最终发展为互感器爆炸，给电网带来很大安全隐患。
倒立式互感器发生内部缺陷时，其内部将会引起放电缺陷，通过监测其放电信号可准确掌握其内部状态，为及时发现其放电缺陷奠定基础。
发明专利“CN201210227351-具有超高频局放监测功能的高压六氟化硫气体绝缘电流互感器-审定授权”公布了一种内置特高频局部放电传感器，在所述二次绕组屏蔽罩上安装有超高频局放传感器，该超高频局放传感器的输出端通过电缆线连接到安装在底座上的接线端子，从而作为输出端，从而实现了电流互感器局部放电的监测。
上述方法存在以下问题：一是超高频局部放电传感器放置在屏蔽罩内，长时间运行条件下，如果发生松动，会造成电流互感器的场强畸变，从而引发互感器的绝缘缺陷，二是当互感器发生绝缘击穿故障时，其屏蔽罩电压升高，造成特高频传感器电位升高，高电压直接进入检测系统，损坏放电监测装置，严重时造成人员触电。
发明内容
本发明提供了一种倒立式电流互感器，该互感器可实现电流互感器特高频局部放电的在线监测及检测。
本发明还提供了一种倒立式电流互感器局部放电检测装置，该装置可充分利用特高频传感器具有方向性的特点，实现变电站内互感器局部放电识别及定位，降低电网的风险，提高变电站内局部放电检测灵敏性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种倒立式电流互感器，包括壳体、二次绕组及高压屏蔽筒、一次导体、外绝缘套、中间屏蔽筒、绝缘筒、二次端子盒、法兰和底座，所述法兰位于底座上，绝缘筒、外绝缘套设于法兰上；在所述法兰上、绝缘筒与外绝缘套之间，设有至少一个局部放电传感器。
所述局部放电传感器为特高频局部放电传感器。
所述特高频传感器接收范围包括二次绕组及高压屏蔽筒和一次导体、壳体及中间屏蔽筒。
所述特高频局部传感器的上沿与中间屏蔽筒的底部之间的距离大于10mm。
所述特高频局部传感器具有方向性。
所述特高频传感器的射频输出线通过绝缘筒引到二次端子盒。
所述特高频传感器采用TNC射频连接器输出。
一种基于倒立式电流互感器的局部放电检测装置，包括以下模块：倒立式电流互感器、数据接收单元、增益控制单元、干扰抑制单元、传输控制单元、数据诊断单元及输出单元；
所述数据接收单元的输入与倒立式电流互感器的输出相连接，数据接收单元的输出依次经增益控制单元、干扰抑制单元、传输控制单元后与数据诊断单元相连接，所述数据诊断单元的输出经输出单元后最终输出。
所述倒立式电流互感器的局部放电传感器与数据接收单元相连接。
所述数据诊断单元至少包括放电数据库、定位模块及局部识别模块，所述传输控制单元的输出分别通过局部识别模块及定位模块与数据诊断单元相连接，所述局部识别模块与放电数据库双向连接，所述局部识别模块和定位模块的输出均与输出单元的输入相连接。
本发明取得的有益效果为：
一是实现了电流互感器特高频局部放电的在线监测及检测；
二是由于特高频传感器位于地电位，所以在电流互感器遭受故障时时，其电压变化不大，高压不进入后台检测装置或监测系统中，确保了系统运行安全；
三是充分利用特高频传感器具有方向性的特点，实现了变电站内互感器局部放电识别及定位，降低了电网的风险；
四是充分利用内部安装的特高频传感器，构建出局部放电定位网，提高了变电站内局部放电检测灵敏性。
附图说明
图1是典型倒立式电流互感器的结构示意图；
图2为本发明倒立式电流互感器的结构示意图；
图3为本发明电流互感器检测范围示意图；
图4为本发明的局部放电检测装置的结构示意图；
图5为本发明实施例3中局部放电检测装置的结构示意图；
图6为本发明局部放电检测装置中增益控制单元的电路图；
图7为本发明局部放电检测装置中干扰抑制单元的电路图；
图8为降频检波模块的电路图。
其中，1、壳体，2、二次绕组及高压屏蔽筒，3、一次换接板，4、一次导体， 5、外绝缘套，6、中间屏蔽筒，7、绝缘筒，8、二次端子盒，9、二次端子，10、法兰，11、底座，12、局部放电传感器，13、检测面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明的技术方案是如何实现的。
图1所示为典型的倒立式电流互感器的结构示意图，此类互感器由壳体1、二次绕组及高压屏蔽筒2、一次接换板3、一次导体4、绝缘筒7、二次端子盒8及底座11组成。
这种结构的倒立式电流互感器的结构较为常见，本领域技术人员都可知晓，这里不再详细描述。
实施例1
图2所示为本发明实施例1的倒立式电流互感器的结构示意图，与图1不同的是，在所述法兰10上、绝缘筒7与外绝缘套5之间，设有一个局部放电传感器12。
所述局部放电传感器12为特高频局部放电传感器，所述特高频局部传感器的上沿与中间屏蔽筒6的底部之间的距离大于10mm，且特高频局部传感器具有方向性。
所述局部放电传感器12的放置角度应根据互感器尺寸做到大小可调，保证局部放电传感器12的接收范围内包含壳体1、二次绕组及高压屏蔽筒2、一次换接板3、一次导体4、中间屏蔽筒6，这几部分统称为主绝缘部位。当局部放电传感器12的接收范围正对主绝缘部位时，检测效果更优。
图3所示为本发明电流互感器检测范围示意图，由图示可知，壳体1、一次导体4都在局部放电传感器12的接收面13所涉及的范围内。
本发明中，局部放电传感器12，采用特高频传感器，其射频输出线通过绝缘筒7引到二次端子盒8，二次端子盒8内设有二次端子9。绝缘筒7上有一个带有倒角的孔，特高频传感器的信号电缆从孔上传入到二次出线管内，然后从该二次出线管内壁上的穿线孔中穿出，与安装在电流互感器底座11上通孔旁的信号引出装置中的连接器一端电连接，再从该连接器的另一端引出即可。
如图4所示，本发明还包括基于上述倒立式电流互感器的局部放电检测装置，包括以下模块：倒立式电流互感器、数据接收单元、增益控制单元、干扰抑制单元、传输控制单元、数据诊断单元及输出单元；
所述数据接收单元的输入与倒立式电流互感器的输出相连接，具体是与倒立式电流互感器内部的局部放电传感器12相连接，局部放电传感器12即特高频传感器的TNC射频连接器与数据接收单元的接口相连。
所述数据接收单元的输出依次经增益控制单元、干扰抑制单元，将放电信号进行放大并剔除部分干扰信号，然后处理过的信号经过传输控制单元送至数据诊断单元，所述数据诊断单元的输出经输出单元后最终输出。
所述传输控制模块可以对增益控制单元、放电发生单元以及内部时序逻辑进行控制，使各个模块能够按照合理搭配，各司其职。
所述数据诊断单元用于局部放电的模式识别和局放信号定位，至少包括局部识别模块、放电数据库及定位模块，传输控制单元的输出分别通过局部识别模块及定位模块与数据诊断单元相连接，局部识别模块与放电数据库双向连接，所述局部识别模块和定位模块的输出均与输出单元的输入相连接。
当来自倒立式电流互感器的新的放电信号通过数据接收单元、增益控制单元、干扰抑制单元、传输控制单元采集过来后，输入到局部识别模块，所述局部识别模块通过在线监测局部放电信息，实时显示监测的数据，包括单位时间局放最大值、放电相位、最大值对应的放电相位的放电次数，并且自动绘制衍生出的PRPD和PRPS频谱图。根据得出的特征信息，与放电数据库中典型的数据进行比对，识别放电类型。
采集到的放电信号还会被输入到定位模块，所述定位模块主要作用是信号测量、波形图谱分析，并基于信号幅值、脉冲时延法、区间统计算法对放电信号进行定位计算。定位模块根据特高频传播数据及信号采集到的先后，对放电的位置进行计算定位。
通过放电类型和定位两方面分析后可对得到的放电信号进行进一步分析诊断，得到放电结论，最后经由输出单元输出。
基于倒立式电流互感器的局部放电检测装置的工作原理如下：
安装在倒立式电流互感器内的局部放电传感器12，即特高频传感器，接收到来自互感器本身的放电信号后，送到数据采集单元，数据采集单元的输出依次经增益控制单元、干扰抑制单元，将放电信号进行放大并剔除部分干扰信号，然后处理过的放电信号经过传输控制单元送至数据诊断单元，在数据诊断单元经过局部放电识别模块及定位模块的综合分析，最后通过输出模块将诊断结果输出。
输出单元用于人机交互，把局放相关数值、图谱信息，模式识别结论，定位结果显示到相关显示屏幕上，方便技术人员观察分析。
实施例2
与图2所示的实施例1不同，本实施例中，在典型的电流互感器中，设有2个局部放电传感器1，此两个传感器在法兰10的物理位置上，对称分布。
当局部放电传感器12为多个时，应在法兰10上均匀分布。
实施例3
如图5所示，与实施例1不同的是，本实施例中，倒立式电流互感器、数据接收单元、增益控制单元和干扰抑制单元组成一个检测小组，局部放电检测系统中含有多个检测小组，这些检测小组共用一个传输控制单元、以及一个数据诊断单元。也就是，实施例3可以同时对多个电流互感器进行局部放电检测，但是，仅使用一套传输控制诊断部件，提高了检测效率。
图6所示为本发明局部放电检测装置中增益控制单元的组成电路图，该电路主要由输入保护器、衰减器、放大器组成。
输入保护器由TNC射频连接器J2,肖特基二极管D2,匹配电阻R24,R25,输入滤波器F2，F3组成，D2负极一端连接J2，一端连接R24,R24连接R25，R25的一端连接输入滤波器F2的引脚2，输入滤波器F2的6脚连接输入滤波器F3的1脚。输入保护器后面是放大器模块，F2的3脚连接低噪声放大器U10的RFIN脚，RF-OUT脚通过C16连接数字衰减器U8的输入脚4，数字衰减器的输出脚21连接后面的干扰抑制单元。通过衰减器和放大器的组合，系统具备90dB的动态检测范围，从-80dBm到+10dBm，适用于检测不同放电量幅值的局放信号。
衰减器采用一款宽带4位IC芯片数字衰减器，无引脚表贴封装，适合各种RF和IF应用。在0.1到8 GHz频率下运行，插入损耗低于1 dB典型值。对于15 dB的总衰减，衰减器位值为1 (LSB)、2、4和8 dB。 它具有出色的衰减精度，典型步长误差为± 0.2 dB。 衰减器还具有+56 dBm IP3。 四位TTL/CMOS控制输入用于选择各衰减状态。 它可采用+3.3V至5V单电源Vdd供电。
放大器采用一款宽频带低噪声放大器(LNA)，用于0.3至3.0 GHz频率范围。 LNA提供15 dB增益，1.5 dB噪声系数。 该器件具有低噪声系数、高P1dB (22 dBm)和高OIP3 (37dBm)，非常适合射频应用。
图7所示为本发明中局部放电检测装置中干扰抑制单元的电路组成图。
干扰抑制单元用于干扰信号的抑制。具体的，干扰抑制单元由模拟开关U9，U11、陷波器、带通滤波器1、带通滤波器2组成。模拟开关U9的11脚连接数字衰减器输出脚，U9的输出分别连接陷波器输入J11，带通滤波器J21,带通滤波器J31，陷波器输出J12、带通滤波器1输出J22、带通滤波器2输出J23分别连接模拟开关U11输入叫J12，J22，J23，U11输出连接后续电路。
传输控制单元用于数据的模数转换、特征分类整理、数据传输和控制。具体的，数据传输单元由信号降频模块、模数转换模块、冗余数据剔除模块、特征分类模块、数据压缩模块、控制模块组成。
所述信号降频模块把300MHz-1800MHz局放信号进行检波降频处理，如图8所示。U16为数字检波芯片，U16输入引脚14连接前面的阻抗匹配网络，阻抗匹配网络由R31,R42，C123,C124，R34组成，U16的输出连接高速运算放大器U17的同相输入端3脚，U17的1脚连接D4的3脚，D4的1脚通过R29连接AVCC12，D4的2脚连接C106，U17，D4，C106组成峰值保持器。D4的2脚同时连接到U18的同相输入端，U18作为跟随器匹配电路阻抗。
本发明取得的有益效果为：
一是实现了电流互感器特高频局部放电的在线监测及检测；
二是由于特高频传感器位于地电位，所以在电流互感器遭受故障时时，其电压变化不大，高压不进入后台检测装置或监测系统中，确保了系统运行安全；
三是充分利用特高频传感器具有方向性的特点，实现了变电站内互感器局部放电识别及定位，降低了电网的风险；
四是充分利用内部安装的特高频传感器，构建出局部放电定位网，提高了变电站内局部放电检测灵敏性。
本领域技术人员在本发明原理和结构的启发下，可根据实际需要构建所需设备与装置。

Claims (10)

1.一种倒立式电流互感器，包括壳体（1）、二次绕组及高压屏蔽筒（2）、一次导体（4）、外绝缘套（5）、中间屏蔽筒（6）、绝缘筒（7）、二次端子盒（8）、法兰（10）和底座（11），所述法兰（10）位于底座（11）上，绝缘筒（7）、外绝缘套（5）设于法兰（10）上；其特征在于：在所述法兰（10）上、绝缘筒（7）与外绝缘套（5）之间，设有至少一个局部放电传感器（12）。
2.根据权利要求1所述的倒立式电流互感器，其特征在于所述局部放电传感器（12）为特高频局部放电传感器。
3.根据权利要求2所述的倒立式电流互感器，其特征在于所述特高频传感器接收范围包括二次绕组及高压屏蔽筒（2）和一次导体（4）、壳体（1）及中间屏蔽筒（6）。
4.根据权利要求2所述的倒立式电流互感器，其特征在于所述特高频局部传感器的上沿与中间屏蔽筒（6）的底部之间的距离大于10mm。
5.根据权利要求2所述的倒立式电流互感器，其特征在于所述特高频局部传感器具有方向性。
6.根据权利要求2所述的倒立式电流互感器，其特征在于所述特高频传感器的射频输出线通过绝缘筒（7）引到二次端子盒（8）。
7.根据权利要求2所述的倒立式电流互感器，其特征在于所述特高频传感器采用TNC射频连接器输出。
8.一种基于权利要求1所述的倒立式电流互感器的局部放电检测装置，其特征在于包括以下模块：倒立式电流互感器、数据接收单元、增益控制单元、干扰抑制单元、传输控制单元、数据诊断单元及输出单元；
所述数据接收单元的输入与倒立式电流互感器的输出相连接，数据接收单元的输出依次经增益控制单元、干扰抑制单元、传输控制单元后与数据诊断单元相连接，所述数据诊断单元的输出经输出单元后最终输出。
9.根据权利要求8所述的倒立式电流互感器局部放电检测装置，其特征在于所述倒立式电流互感器的局部放电传感器与数据接收单元相连接。
10.根据权利要求8所述的倒立式电流互感器局部放电检测装置，其特征在于所述数据诊断单元至少包括放电数据库、定位模块及局部识别模块，所述传输控制单元的输出分别通过局部识别模块及定位模块与数据诊断单元相连接，所述局部识别模块与放电数据库双向连接，所述局部识别模块和定位模块的输出均与输出单元的输入相连接。
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