CN115586404A - 用于多种电力设备局放检测的一体化传感器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力设备绝缘检测技术，具体涉及用于多种电力设备局放检量的一体化传感器及检测方法，该传感器包括50Ω信号线、金属电极和压电材料；50Ω信号线敷设在金属电极上，用于接收金属电极输入的信号，同时向外输出超声波信号和特高频信号；电力设备外壳涂有一层油漆作为绝缘层，绝缘层上敷设压电材料，压电材料上表面敷设一层金属电极；金属电极用于感知超声波信号和特高频信号；压电材料用于采集电力设备局部放电的超声波信号。该一体化传感器将多种检测方式、多种检测设备进行结合，能在实验室和电力现场对电力设备局部放超声特征信号和特高频特征信号进行便捷的有效感知，实现对不同电力设备的局部放电情况进行及时、准确的检测。

Description

用于多种电力设备局放检测的一体化传感器及检测方法

技术领域

本发明属于电力设备绝缘检测技术领域，特别涉及用于多种电力设备局放检量的一体化传感器及检测方法。

背景技术

随着智能电网的快速发展，电网规模的扩大给供电的可靠性带来了更高的要求，其中GIS、电力变压器、开关柜、电力电缆等是电网系统中的关键设备，其正常运行关系到供电的可靠性。但由于多种原因，长期运行的电力设备无法避免的将产生放电绝缘缺陷，放电绝缘缺陷会导致电力设备绝缘介质劣化，在长期的局部放电作用下，会对绝缘介质造成不可逆转的破坏，严重影响电力系统的安全稳定运行，造成巨大损失。

电力设备在产生局部放电时会向外界辐射一系列特征信号，包括脉冲电流、超声波、特高频电磁波、光信号等，其中检测超声波信号与特高频电磁波信号是目前电力设备现场用于判断局部放电产生的常用手段，但是由于不同电力装备泄漏局部放电特高频电磁波的途径和结构都具有自身的独特性，因此检测难度较大，而且目前检测所使用到的传感器功能单一，即超声波传感器只能检测到超声波信号，特高频传感器只能检测到特高频电磁波信号，而且由于电力现场复杂的电磁干扰，对于单一传感器输出单一超声或者电磁脉冲信号是否为放电特征信号可靠性的判断需要经过复杂的计算和分析，这增加了超声-特高频联合检测的操作复杂度和繁琐性，对此本发明针对不同电力设备局部放电绝缘缺陷简单、高可靠检测的现实需求设计了超声、特高频一体化传感器，通过一体化传感器同时所输出超声脉冲信号和电磁脉冲信号之间明显的时间差，可有效提高目前局部放电在线检测的可靠性，同时可大幅度降低电力设备局部放电绝缘缺陷检测的复杂程度。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种适用于不同电力设备结构和应用场合的超声、特高频一体化传感器。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用于多种电力设备局放检测的超声和特高频一体化传感器，该超声和特高频一体化传感器包括50Ω信号线、金属电极和压电材料；50Ω信号线敷设在金属电极上，用于接收金属电极输入的信号，同时向外输出超声波信号和特高频信号；电力设备外壳涂有一层油漆作为绝缘层，绝缘层上敷设压电材料，压电材料上表面敷设一层金属电极；金属电极用于感知超声波信号和特高频信号；压电材料用于采集电力设备局部放电的超声信号。

上述用于多种电力设备局放检测的超声和特高频一体化传感器中，压电材料选择压电陶瓷作为介质基底板，金属电极为铜制电极；压电陶瓷的长度为L，敷设在压电陶瓷上表面的金属电极长度范围为(0,L]。

用于多种电力设备局放检测的超声和特高频一体化传感器检测方法，包括用于GIS的一体化传感器的检测方法；用于电力变压器的一体化传感器的检测方法；用于开关柜的一体化传感器的检测方法；用于电力电缆的一体化传感器的检测方法；具体步骤如下：

1)用于GIS的一体化传感器的检测方法采用GIS的一体化传感器结构，该结构包括GIS的凸形金属法兰盘、超声和特高频一体化传感器以及GIS设备外壳；检测方法为将超声特高频一体化传感器安装于凸形金属法兰盘内表面，检测GIS设备局部放电信号；

2)用于电力变压器的一体化传感器的检测方法采用电力变压器的一体化传感器结构实现，该结构包括电力变压器的人/手孔金属法兰盘和超声和特高频一体化传感器；检测方法为将超声和特高频一体化传感器安装于人/手孔金属法兰盘的内表面，检测电力变压器局部放电信号；

3)用于开关柜的一体化传感器的检测方法采用开关柜的一体化传感器结构实现；该结构包括开关柜柜体金属外壳和超声和特高频一体化传感器；检测方法为将超声和特高频一体化传感器安装于开关柜柜体金属外壳内表面，检测开关柜局部放电信号；

4)用于电力电缆的一体化传感器的检测方法采用电力电缆的一体化传感器结构实现；该结构包括电缆终端接头和超声和特高频一体化传感器；检测方法为将超声和特高频一体化传感器安装于电力电缆塑料终端接头处外表面，检测电缆局部放电信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明利用超声和特高频法相结合对电力设备局部放电检测的高灵敏度，高定位精度以及快定位速度等优点，摒除传统单一传感器功能单一，多设备联合检测操作复杂等问题，实现了对不同电力设备局部放电产生的超声波信号和高频电磁波信号的同时感知。本专利原理简单，兼具了灵敏性和有效性，大幅降低了对不同电力设备局部放电信号检测的难度，提高了电力设备检测的有效性、可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例用于不同电力设备的超声和特高频一体化传感器结构示意图；

图2为本发明实施例用于不同电力设备的超声和特高频一体化传感器结构层示意图；

图3为本发明实施例用于GIS的超声和特高频一体化传感器安装示意图；

图4为本发明实施例用于电力变压器超声和特高频一体化传感器安装示意图；

图5为本发明实施例用于开关柜超声和特高频一体化传感器安装示意图；

图6为本发明实施例用于电力电缆超声和特高频一体化传感器安装示意图。

其中，1-50Ω信号线，2-金属电极，3-压电材料，4-电力设备外壳，5-绝缘层，6-凸形法兰盘，7-超声和特高频一体化传感器，8-GIS设备外壳，9-电力变压器人/手孔金属法兰盘，10-电力变压器外壳，11-开关柜柜体金属外壳，12-电力电缆终端接头附近的电缆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施例传感器用于实现单一传感器在电力设备上对不同性质局部放电辐射特征信号的同时有效感知。设计并安装该一体化装置可以实现在实验室和电力现场对电力设备局部放超声特征信号和特高频特征信号进行便捷的有效感知。

本实施例结合超声波法和特高频法检测技术，将多种检测方式、多种检测设备进行结合，形成一种一体化传感器，实现对不同电力设备的局部放电情况进行及时、准确的检测。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，用于多种电力设备局放检测的超声和特高频一体化传感器，该传感器由向外输出信号的50Ω信号线，感应信号的金属电极，压电材料组成；向外输出信号的50Ω信号线敷设在金属电极上，用于接收到金属电极输入的信号，同时向外输出超声波信号和特高频信号；感应信号的金属电极为铜制电极，用于同时感知超声波信号和特高频信号，金属电极敷设在压电材料上层；压电材料选择压电陶瓷作为介质基底板，敷设在金属电极下层，用于采集电力设备局部放电的超声信号。

并且，用于不同电力设备的超声和特高频一体化传感器的结构包括：用于GIS的一体化传感器的结构；用于电力变压器的一体化传感器的结构；用于开关柜的一体化传感器的结构；用于电力电缆的一体化传感器的结构。

并且，用于GIS上的超声和特高频一体化传感器的结构包括GIS的凸形金属法兰盘，超声和特高频一体化传感器，GIS设备外壳。超声和特高频一体化传感器安装于凸形法兰盘内表面，检测GIS局部放电信号。一体化传感器采用该结构进行检测，克服了传感器外置于GIS金属外壳上特高频信号衰减快的缺陷，可以实现准确、快速识别信号。

并且，用于电力变压器上的超声和特高频一体化传感器的结构包括电力变压器的人/手孔金属法兰盘，超声和特高频一体化传感器。超声和特高频一体化传感器安装于人/手孔金属法兰盘的内表面，检测电力变压器局部放电信号。超声和特高频一体化传感器采用该结构进行检测，实现了传感器安装的便捷性，降低检测维修成本。

并且，用于开关柜上的超声和特高频一体化传感器的结构包括开关柜柜体金属外壳，超声和特高频一体化传感器。超声和特高频一体化传感器安装于开关柜柜体金属外壳内表面，检测开关柜局部放电信号。

并且，用于电缆上的超声和特高频一体化传感器的结构包括电缆终端接头，超声、特高频一体化传感器。超声、特高频一体化传感器安装于电力电缆塑料终端接头处外表面，检测电缆局部放电信号。

具体实施时，一种用于不同电力设备的超声和特高频一体化传感器和检测方法，具体的应用场景为：GIS、电力变压器、开关柜、电力电缆。

如图1所示，用于不同电力设备的超声、特高频一体化传感器基本结构，在压电材料3基底上敷设金属电极2，并使用50Ω信号线1与金属电极2相连，其中金属电极2作为特高频电磁波感知单元感知特高频信号，压电材料3与金属电极2作为超声感知单元感知超声波信号；特高频信号传到一体化传感器上，压电材料选择压电陶瓷作为介质基底板，压电陶瓷上敷设的金属电极2对电磁波信号进行直接感知并通过信号线输出对应的信号；超声波信号会引起一体化传感器的压电陶瓷形变输出电信号，再通过敷设在压电陶瓷上的金属电极输出，最终由信号线向外输出信号。

如图2所示，为本实施例用于不同电力设备的超声和特高频一体化传感器结构层示意图，在电力设备外壳4上涂一层油漆作为绝缘层5，使得超声和特高频一体化传感器7和电力设备金属外壳4相互绝缘，在绝缘层5上敷设压电陶瓷3，在压电陶瓷3上表面敷设一层金属电极2，压电陶瓷3的长度为L，敷设在压电陶瓷3上表面的金属电极2长度范围为(0,L],50Ω信号线1敷设在金属电极2上。

如图3所示，用于不同电力设备的超声和特高频一体化传感器在GIS设备上的应用，GIS凸形金属法兰盘6通过螺栓安装于GIS设备外壳8处，因为GIS设备外壳8为金属材质，局部放电产生的电磁波信号无法从法兰盘处泄露到外部，所以将一体化传感器7安装于凸形法兰盘6的内表面，与法兰盘6形成一个整体。

如图4所示，用于不同电力设备的超声和特高频一体化传感器在电力变压器上的应用。因为电力变压器箱体上有人/手孔结构，用于电力变压器的维修等工作，局部放电产生的电磁波和超声波信号均可以在人/手孔处被接收，所以将一体化传感器7安装于电力变压器外壳10处人/手孔金属法兰盘9的内表面。

如图5所示，用于不同电力设备的超声和特高频一体化传感器在开关柜上的应用。因为开关柜柜门在开关柜正常运行过程中可以打开，所以将一体化传感器7安装于开关柜柜体金属外壳11内表面。

如图6所示，用于不同电力设备的超声和特高频一体化传感器在电力电缆上的应用。因为电力电缆终端接头为常发生放电缺陷的区域，而电缆终端接头为金属材质，在运行状态下，电缆终端接头为高电压，无法将超声和特高频一体化传感器直接安装在电缆终端接头，但是电缆终端接头旁边的电缆部分具有绝缘层，电缆终端放电产生的特征信号会向两侧传播衰减，所以将一体化传感器7安装于电力电缆终端接头附近的电缆12外表面。

本实施例超声和特高频一体化传感器能够有效的实现超声波信号与特高频信号的同时输出与检测，结合超声波法和特高频法的优点，有效解决了目前分开安装超声波传感器和特高频传感器所出现的不能同时输出两个信号，不能精准定位局部放电位置等问题。该一体化传感器分别安装在GIS凸形法兰盘内表面，变压器人/手孔金属法兰盘内表面，开关柜柜体金属外壳内表面，电缆终端接头附近的电缆外表面，提高了电力变压器局部放电绝缘缺陷检测的便捷性，降低了检测维修成本。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.用于多种电力设备局放检测的超声和特高频一体化传感器，其特征在于：该超声和特高频一体化传感器包括50Ω信号线、金属电极和压电材料；50Ω信号线敷设在金属电极上，用于接收金属电极输入的信号，同时向外输出超声波信号和特高频信号；电力设备外壳涂有一层油漆作为绝缘层，绝缘层上敷设压电材料，压电材料上表面敷设一层金属电极；金属电极用于感知超声波信号和特高频信号；压电材料用于采集电力设备局部放电的超声信号。

2.根据权利要求1所述用于多种电力设备局放检测的超声和特高频一体化传感器，其特征在于：压电材料选择压电陶瓷作为介质基底板，金属电极为铜制电极；压电陶瓷的长度为L，敷设在压电陶瓷上表面的金属电极长度范围为(0,L]。

3.根据权利要求1所述用于多种电力设备局放检测的超声和特高频一体化传感器检测方法，其特征在于：包括用于GIS的一体化传感器的检测方法；用于电力变压器的一体化传感器的检测方法；用于开关柜的一体化传感器的检测方法；用于电力电缆的一体化传感器的检测方法；具体步骤如下：

1)用于GIS的一体化传感器的检测方法采用GIS的一体化传感器结构，该结构包括GIS的凸形金属法兰盘、超声和特高频一体化传感器以及GIS设备外壳；检测方法为将超声特高频一体化传感器安装于凸形金属法兰盘内表面，检测GIS设备局部放电信号；

2)用于电力变压器的一体化传感器的检测方法采用电力变压器的一体化传感器结构实现，该结构包括电力变压器的人/手孔金属法兰盘和超声和特高频一体化传感器；检测方法为将超声和特高频一体化传感器安装于人/手孔金属法兰盘的内表面，检测电力变压器局部放电信号；

3)用于开关柜的一体化传感器的检测方法采用开关柜的一体化传感器结构实现；该结构包括开关柜柜体金属外壳和超声和特高频一体化传感器；检测方法为将超声和特高频一体化传感器安装于开关柜柜体金属外壳内表面，检测开关柜局部放电信号；

4)用于电力电缆的一体化传感器的检测方法采用电力电缆的一体化传感器结构实现；该结构包括电缆终端接头和超声和特高频一体化传感器；检测方法为将超声和特高频一体化传感器安装于电力电缆塑料终端接头处外表面，检测电缆局部放电信号。

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