CN114200269A - 用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统及方法，该系统包括弧形屏蔽环、TMR传感器和采集装置，所述屏蔽环套设于套管根部外侧，所述屏蔽环上设有开口，在所述屏蔽环的开口处设置所述TMR传感器，所述TMR传感器经射频电缆连接采集装置。该方法通过安装在套管根部外侧的屏蔽环的磁芯接收脉冲电流信号，感应电荷、产生电压；产生的电压通过TMR传感器向外输出，通过其接头芯线传输至射频电缆中，然后由采集装置接收显示。该系统及方法不仅有利于提高检测灵敏度和准确性，而且安全性高，实现及检测成本低。
Description
技术领域
本发明属于电力检测技术领域，具体涉及一种用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统及方法。
背景技术
近年来我国电力系统内发生了多起变压器与套管爆炸事故，这些事故往往导致局部区域乃至大面积停电，给国民经济和社会稳定带来巨大的负面影响。局部放电是电力变压器与套管绝缘故障的前期征兆和重要诱因。对在运行中的电力变压器开展局部放电检测具有重要意义。
目前，变压器局部放电测量的方法主要有：超声波法、脉冲电流法、特高频法等。超声波法灵敏度低，变压器内部结构材料比较复杂，超声波传播过程中衰减严重，因而超声波检测范围不超过1米，对于绕组内部、套管内部的局部放电无能为力。特高频通过检测局部放电辐射出的电磁波信号来判断设备内部是否存在局部放电现象和局部放电类型，其检测频带一般在0.3～3GHz频率范围内，其采用传感器一般采用内置式安装方式，按照安装方式可以分为：放油阀式、人手孔式、油箱接缝式。放油阀式、人手孔式传感器的安装需要解决好油密封问题，难以推广应用；接缝式传感器灵敏度低。且内置式安装方法适用于在变压器投运前或者停电检修时安装，且对传感器尺寸限制较多，安装困难，需要对变压器结构进行改造，增加了油密封结构，从而增加了安全风险，影响变压器安全稳定运行。脉冲电流法是目前国内外认可度最高的一种方法，有系统的标准及规范。但是该方法抗干扰能力差，仅能用于实验室检测，无法用于现场检测。已有相关文献指出变压器内部的局部放电信号可以从变压器油箱、法兰接缝、套管等处电流传感器检测到，这就为变压器局部放电信号的外部检测提供了可能。目前适用于变压器在线检测的脉冲电流传感器主要安装在变压器各个接地线上实现局部放电信号的捕捉和分析，实际上变压器的出线套管位置也是有待开发的局部放电测量位置。对套管外置式传感器的研究主要集中于有末屏接地线结构的高压套管上；在套管末屏接地线上进行局部放电检测，一方面对需要打开末屏，对末屏结构进行改造，会产生末屏放电；另一方面由于接地电流的影响，会降低检测的灵敏度；此外还有相当一部分低电压等级的出线套管本身没有套管末屏接地结构。
综上所述，现有几种局部放电测量方法存在以下几点不足：第一，现有的几种方法无法实现带电检测，检测灵敏度低，内置式安装方法存在很多局限性。第二，现有的外置式检测方法容易受到干扰，电磁屏蔽性能差，抗干扰能力有待提高。第三，现有脉冲电流传感器，针对不同尺寸的检测位置，需要采用不同大小的传感器，无法实现批量生产；制作的模具尺寸不一，浪费生产材料，造成工期较长，给检测和运维造成诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统及方法，该系统及方法不仅有利于提高检测灵敏度和准确性，而且安全性高，实现及检测成本低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，包括弧形屏蔽环、TMR传感器和采集装置，所述屏蔽环套设于套管根部外侧，所述屏蔽环上设有开口，在所述屏蔽环的开口处设置所述TMR传感器，所述TMR传感器经射频电缆连接采集装置。
进一步地，所述屏蔽环套设于套管接地法兰的外周部，且所述屏蔽环与变压器外壳相连，以将屏蔽环接地置于零电位。
进一步地，所述屏蔽环的尺寸、所述屏蔽环开口处的宽度分别小于设定值，以使屏蔽环与套管的间距以及屏蔽环与TMR传感器的气隙宽度尽量小。
进一步地，所述TMR传感器设置于屏蔽环开口处的中间位置。
进一步地，所述屏蔽环包括与套管尺寸相适应的弧形铝环，所述铝环用于屏蔽外界电场干扰，即电屏蔽；所述铝环具有环形的中空型腔，所述中空型腔内填充磁性材料粉末，以形成磁环，所述磁环用于减小外部磁场对测量的干扰；所述铝环的两端开口部采用绝缘材料进行密封。
进一步地，所述铝环具有以圆角、圆弧为主的平滑过渡的外形结构，避免产生尖角结构。
进一步地，所述磁性材料为锰锌铁氧体，所述绝缘材料为硅橡胶。
进一步地，所述TMR传感器采用隧穿磁阻传感芯片。
进一步地，所述采集装置包括滤波器、放大器和采集器，所述TMR传感器连接射频电缆，所述射频电缆沿着变压器油箱敷设，并依次连接滤波器、放大器和采集器，以通过滤波器滤除干扰信号，并通过放大器放大信号，然后将处理后的信号输入采集器。
本发明还提供了一种用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感方法，通过安装在套管根部外侧的屏蔽环的磁芯接收脉冲电流信号，感应电荷、产生电压；产生的电压通过TMR传感器向外输出，通过其接头芯线传输至射频电缆中，然后由采集装置接收显示。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统及方法，该系统及方法不仅可以实现局部放电脉冲电流的高灵敏度检测，还不影响变压器的安全可靠运行，提高检测的抗干扰能力。本发明将为变压器局部放电的状态检修提供更加可靠的信息和依据，为变压器脉冲电流多端检测提供套管的高灵敏度检测方法，为变压器安全可靠运行提供保障。
附图说明
图1是本发明实施例中屏蔽环和TMR传感器在套管上的安装位置示意图。
图2是本发明实施例中屏蔽环和TMR传感器的结构示意图。
图3是本发明实施例的系统整体结构示意图。
图中：1-均压罩，2-上法兰，3-瓷套，4-套管接地法兰，5-屏蔽环，51-铝环，52-磁环，6-TMR传感器，7-射频电缆，8-油箱，9-滤波器，10-放大器，11-采集器。
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。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统及方法，其技术原理是：当变压器内部或套管下部发生局部放电时，由其辐射出的电磁波将会在其周围的电气部件上耦合出脉冲电流信号，经过绕组、导线等部位的传递，会在套管上产生电流脉冲波动；把具有电磁屏蔽作用的巨磁阻传感器放置在套管法兰周围时，就会近距离接收到脉冲电流信号。
如图1、3所示，本实施例提供了一种用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，应用在电力系统的110kV~1000kV的电力变压器类设备上，以获取变压器或套管内部发生局部放电时在套管上引起的脉冲电流波动，从而感知变压器绝缘状态。该系统包括弧形屏蔽环5、TMR传感器6和采集装置，所述屏蔽环5套设于套管根部外侧，所述屏蔽环5上设有开口，在所述屏蔽环5的开口处设置所述TMR传感器6，所述TMR传感器6经射频电缆7连接采集装置。
如图1所示，在本实施例中，所述屏蔽环5套设于套管接地法兰4的外周部，且所述屏蔽环5与变压器外壳相连，以将屏蔽环接地置于零电位，保证了测量的安全可靠性。所述TMR传感器6设置于屏蔽环开口处的中间位置。
在本实施例中，所述TMR传感器采用隧穿磁阻传感芯片。芯片的灵敏度为100mV·(V·Oe)-1，其单位代表单位磁场单位电压供电下的芯片输出电压；噪声水平小于5nT·（Hz）-1/2，nT为磁场单位；饱和磁场强度±10Oe，工作电压1~7V。用REF5025产生±2.5V电源模块为隧穿磁阻芯片提供工作电源。
如图2所示，所述屏蔽环包括与套管尺寸相适应的弧形铝环51，所述铝环51用于屏蔽外界电场干扰，即电屏蔽；所述铝环51具有环形的中空型腔，所述中空型腔内填充磁性材料粉末，以形成磁环52，所述磁环52用于减小外部磁场对测量的干扰。在本实施例中，所述磁性材料为锰锌铁氧体，其相对磁导率>1000，工作频率达到1000kHz左右。为了能够适应不同变压器套管尺寸的需求，将磁环材料以粉末形式填充在与套管尺寸相适应的铝环中，金属铝环可以起到屏蔽电场的作用，从而提高了抗干扰能力。
本发明的重要创新，就是在磁环外部增加了铝环结构，从而在通过磁环屏蔽磁场干扰的同时，还通过铝环减弱外界电场的干扰，具有很好的电磁屏蔽性能。此外，通过在环中间加粉末形成磁环的方法，通过铝环厚度的适当选择，可以形成具有一定柔性的屏蔽环，从而可以适应不同套管尺寸的需求。
为了使磁环气隙处的磁感应强度尽可能大，所述铝环的两端开口部采用绝缘材料硅橡胶进行密封。在保证能够放入隧穿磁阻传感芯片的情况下，所述屏蔽环的尺寸、所述屏蔽环开口处的宽度分别小于设定值，以使屏蔽环与套管的间距以及屏蔽环与TMR传感器的气隙宽度尽量小。为了避免产生电场强度较集中的区域，所述铝环具有以圆角、圆弧为主的平滑过渡的外形结构，即在铝环加工时尽量采用圆角、圆弧的形式加工，避免产生尖角结构。
如图3所示，所述采集装置包括滤波器9、放大器10和采集器11，所述TMR传感器6连接射频电缆7，所述射频电缆7沿着变压器油箱敷设，并依次连接滤波器9、放大器10和采集器11，以通过滤波器9滤除干扰信号，并通过放大器10放大信号，然后将处理后的信号输入采集器11。为了便于安装测量，保证实验的安全进行，射频电缆7连接采集装置的一端布置在变压器油箱侧壁，离地高度不超过1.5米。
本实施例还提供了基于上述系统的套管脉冲电流传感方法，该方法通过安装在套管根部外侧的屏蔽环的磁芯接收脉冲电流信号，在铝环内部感应电荷、产生电压；产生的电压通过TMR传感器向外输出，通过其接头芯线传输至射频电缆中，然后由采集装置接收显示。
本发明提供的用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，可以安装在套管的根部，传感器外侧铝环和变压器外壳相连接地，铝环起到屏蔽外界电场干扰的作用，即电屏蔽，实现了近距离的传感器布置方式和套管外置式探测方法，避免了改变变压器现有结构的诸多不便。同时，磁环可以减小设备外部磁场对测量的干扰，实现磁屏蔽。此外，采用粉末式的填充结构，只需要根据套管尺寸制作相应大小的铝环即可，大大缩小了检测成本，提高了检测的灵活度。
在技术层面上，该系统及方法对变压器内部的局部放电检测具有较高的灵敏度，尤其对套管内局部放电检测的灵敏度优于现有技术。采用巨磁阻传感器外加铝环的组合方法，能够屏蔽电场的干扰，减小背景噪声和设备内部电场对检测的干扰，抗干扰能力大大增强。另一方面，巨磁阻传感器布置在套管地电位、低场强区域，安全可靠性高，不影响设备自身的安全运行。
在经济效益角度上，该系统及方法为提高电力变压器的安全可靠运行提供了有力保障，避免了绝缘事故造成的巨大经济损失。另外，该系统及方法不用对变压器进行改造，能够适应不同变压器套管尺寸的需求，节约了成本，为变压器局部放电脉冲电流多端检测方法和变压器在线检测提供了有利条件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，其特征在于，包括弧形屏蔽环、TMR传感器和采集装置，所述屏蔽环套设于套管根部外侧，所述屏蔽环上设有开口，在所述屏蔽环的开口处设置所述TMR传感器，所述TMR传感器经射频电缆连接采集装置。
2.根据权利要求1所述的用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，其特征在于，所述屏蔽环套设于套管接地法兰的外周部，且所述屏蔽环与变压器外壳相连，以将屏蔽环接地置于零电位。
3.根据权利要求1所述的用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，其特征在于，所述屏蔽环的尺寸、所述屏蔽环开口处的宽度分别小于设定值，以使屏蔽环与套管的间距以及屏蔽环与TMR传感器的气隙宽度尽量小。
4.根据权利要求1所述的用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，其特征在于，所述TMR传感器设置于屏蔽环开口处的中间位置。
5.根据权利要求1所述的用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，其特征在于，所述屏蔽环包括与套管尺寸相适应的弧形铝环，所述铝环用于屏蔽外界电场干扰，即电屏蔽；所述铝环具有环形的中空型腔，所述中空型腔内填充磁性材料粉末，以形成磁环，所述磁环用于减小外部磁场对测量的干扰；所述铝环的两端开口部采用绝缘材料进行密封。
6.根据权利要求5所述的用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，其特征在于，所述铝环具有以圆角、圆弧为主的平滑过渡的外形结构，避免产生尖角结构。
7.根据权利要求5所述的用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，其特征在于，所述磁性材料为锰锌铁氧体，所述绝缘材料为硅橡胶。
8.根据权利要求1所述的用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，其特征在于，所述TMR传感器采用隧穿磁阻传感芯片。
9.根据权利要求1所述的用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感系统，其特征在于，所述采集装置包括滤波器、放大器和采集器，所述TMR传感器连接射频电缆，所述射频电缆沿着变压器油箱敷设，并依次连接滤波器、放大器和采集器，以通过滤波器滤除干扰信号，并通过放大器放大信号，然后将处理后的信号输入采集器。
10.一种用于变压器局部放电检测的套管脉冲电流传感方法，其特征在于，通过安装在套管根部外侧的屏蔽环的磁芯接收脉冲电流信号，感应电荷、产生电压；产生的电压通过TMR传感器向外输出，通过其接头芯线传输至射频电缆中，然后由采集装置接收显示。
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