CN115639421A - 一种高压套管的在线监测装置及在线监测方法 - Google Patents

Abstract

一种高压套管的在线监测装置，其包括：套管末屏、连接板以及防尘筒，套管末屏与防尘筒之间通过连接板连接；套管末屏以及防尘筒的内部还设置有监测系统，监测系统包括感应模块、铜杆以及监测模块；铜杆的其中一端与感应模块固定连接，其另一端伸入监测模块中的信号监测单元；感应模块将泄漏电流及局放高频电流传递到铜杆，并通过信号监测单元对铜杆的泄漏电流及局放高频电流进行监测，并将监测到的信号传递给监测模块中的数据集中单元，再将信息传递给后台监控系统。本发明的在线监测装置，能够进行阈值越线报警、趋势变化报警，同时本发明的装置安全性高，准确度相对于现有技术也有所提升。

Description

一种高压套管的在线监测装置及在线监测方法

技术领域

本发明属于高压套管技术领域，具体涉及一种高压套管的在线监测装置及在线监测方法。

背景技术

变压器套管可以把高压线引到油箱之外，是变压器中一个非常重要的出线装置，同时也是关键的输变电设备，但是由于变压器套管的绝缘性变差而影响正常供电的现象时有发生，不仅带来巨大的经济损失，对于相关工作人员的人身安全也造成巨大的威胁，所以加强变压器套管的监测、尽力消除一切故障隐患是保障变压器正常工作、电力系统稳定运行的关键。

变压器套管在线监测对于保证变压器正常工作具有重要的意义，通过及时、准确的参数分析，评估变压器的实际运行状态，可以有效地诊断出设备故障并及时处理，从而使变压器得以安全可靠地运行，过电压造成电容屏蔽层部分击穿短路或局部绝缘爬电，这会反映在套管泄漏电流增加或电容量增加这两个参数上，套管受潮或者绝缘劣化，这个过程比较缓慢，会反映到套管的介质损耗上，套管内部出现局部放电现象，会反映到套管的高频局放信号上。

设备末屏泄漏电流、电容量、介损因数等参数都在不同程度上对容性电力设备产生一定的影响，但是现在并没有对变压器套管或者其末屏的泄漏电流、相对介损、相对电容量及局放信号监测采集采用合适的方法以及抗干扰措施，因此无法对高压套管进行准确监测。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种高压套管的在线监测装置及在线监测方法。

本发明采用如下的技术方案：

一种高压套管的在线监测装置，其包括：连接螺杆、套管末屏、连接板以及防尘筒，所述连接螺杆的一端与套管末屏的一端固定连接，所述套管末屏的另一端与防尘筒的一端通过连接板连接；所述套管末屏以及防尘筒的内部还设置有监测系统，所述监测系统包括感应模块、铜杆以及监测模块；所述感应模块设置在套管末屏中，监测模块中的信号监测单元设置在防尘筒中，所述铜杆的一端与感应模块固定连接，其另一端伸入信号监测单元中；所述感应模块将感应到的泄漏电流及局放高频电流传递到铜杆，并通过信号监测单元对铜杆的泄漏电流及局放高频电流进行监测，信号监测单元将监测到的信号传递给监测模块中的数据集中单元，再将信号传递给后台监控系统。

作为本发明的一种优选实施方式，所述感应模块包括顺序连接的固定栓、铜芯以及弹片。

作为本发明的一种优选实施方式，所述固定栓位于套管末屏内部靠近连接螺杆的一端，固定栓的一端通过连接柱与连接螺杆固定连接，固定栓的另一端与铜芯的一端固定连接，铜芯的另一端插入在弹片中，弹片固定连接在垫板上。

作为本发明的一种优选实施方式，所述铜杆与弹片固定连接，且依次穿过垫板以及连接板伸入到防尘筒中的信号监测单元中。

作为本发明的一种优选实施方式，所述防尘筒的内部设置有接地筒，接地筒的内部与铜杆连接，其外部活动连接有接地螺栓，进而接地。

作为本发明的一种优选实施方式，所述信号监测单元设置在接地筒内。

作为本发明的一种优选实施方式，所述信号监测单元包括零磁通电流互感器以及高频电流互感器。

作为本发明的一种优选实施方式，所述零磁通电流互感器以及高频电流互感器分别套接于铜杆上，分别用于监测泄露电流以及局放高频电流。

作为本发明的一种优选实施方式，所述铜杆与接地筒之间还设置有连接筒、固定筒以及连接块。

作为本发明的一种优选实施方式，所述连接筒套接在铜杆上，二者之间电连接，固定筒套接在连接筒的外侧，且连接筒与固定筒之间通过连接块连接，固定筒外侧套接有接地筒，且固定筒与接地筒之间电连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述防尘筒上设置有接地螺栓，所述接地螺栓穿过防尘筒抵在接地筒的外壁上。

作为本发明的一种优选实施方式，所述铜杆的电流通过连接筒传递给连接块，再通过固定筒传递给接地筒，最终通过接地螺栓传递给地面。

作为本发明的一种优选实施方式，所述零磁通电流互感器以及高频电流互感器通过RS485信号电缆与数据集中单元通信。

作为本发明的一种优选实施方式，所述数据集中单元通过以太网与后台监控系统通信。

作为本发明的一种优选实施方式，所述零磁通电流互感器选用坡莫合金作为铁芯。

作为本发明的一种优选实施方式，所述高频电流互感器采用罗格夫斯基线圈，且为罗格夫斯基线圈中的刚性罗格夫斯基线圈。

一种使用如上所述的高压套管的在线监测装置实现的在线监测方法，所述监测方法包括以下步骤：

步骤1，将所述监测装置通过连接螺杆安装在待监测的变压器高压套管上；

步骤2，当变压器产生异常时，感应模块产生泄漏电流或局放高频电流；

步骤3，感应模块将泄漏电流及局放高频电流通过铜杆传递给信号监测单元，并通过信号监测单元采集泄露电流及局放高频电流信号；

步骤4，信号监测单元通过有线通信将监测到的泄露电流信号及局放高频电缆信号传递给数据集中单元；

步骤5，数据集中单元将收集到的泄露电流信号及局放高频电缆信号通过无线通信传递给后台监控系统。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤3中，信号监测单元的零磁通电流互感器用于采集泄漏电流，其采用有源零磁通技术，其采用电子信号处理技术对铁芯内部的激磁磁势进行全自动的跟踪补偿；

作为本发明的一种优选实施方式，信号监测单元的高频电流互感器采用刚性罗格夫斯基线圈对局放高频电流进行监测，其符合以下公式：

式中：

e(t)为线圈副边感应出的电动势；

I(t)为流过导体的电流；

M为罗格夫斯基线圈的互感系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过设有零磁通电流互感器、高频电流互感器、铜杆，通过零磁通电流互感器与高频电流互感器可以对高压套管末屏进行监测，能够对高压套管的介损、电容、局部放电等特征参量，进行综合故障诊断，实现高压套管的缺陷预警功能，从而可以进行阈值越线报警、趋势变化报警；

2、本发明通过设有连接筒、连接块、固定筒、接地螺栓，铜杆的电流首先传递给连接筒，再经过连接块传递给固定筒，固定筒将电流传递给接地筒，接地筒通过与其连接的接地螺栓传递给地面，且接地螺栓增加设备与地面接触的距离，保证设备能够接地，从而提高安全性；

3、本发明通过进行末屏泄漏电流与局放高频电流监测，对高压套管的介损、电容、局部放电等特征参量进行采集，具有抗外磁场干扰的能力，且能够对上升时间较短的脉冲电流信号进行监测，提高监测的准确程度。

附图说明

图1是本发明的一种高压套管的在线监测装置的整体结构示意图；

图2是本发明的一种高压套管的在线监测装置的整体结构剖面示意图；

图3是本发明的接地筒剖面内部结构示意图；

图4是本发明的铜芯与铜杆连接结构示意图；

图5是本发明的一种高压套管的在线监测装置的整体结构系统图；

图6是本发明的泄漏电流测量电路示意图；

图7是本发明的罗格夫斯基线圈结构示意图。

图中：

1、连接螺杆；2、套管末屏；3、连接板；4、防尘筒；5、接地螺栓；6、固定栓；7、铜芯；8、弹片；9、接地筒；10、铜杆；11、垫板；12、零磁通电流互感器；13、高频电流互感器；14、固定筒；15、连接筒；16、连接块；17、数据集中单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，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它实施例，都属于本发明的保护范围。

图1是本发明的一种高压套管的在线监测装置的整体结构示意图，图2是本发明的一种高压套管的在线监测装置的整体结构剖面示意图。如图1及图2所示，本发明的一种高压套管的在线监测装置包括连接螺杆1、套管末屏2、连接板3以及防尘筒4。

连接螺杆1的一端与套管末屏2的一端固定连接，套管末屏2的另一端与防尘筒4的一端通过连接板3连接。

套管末屏2以及防尘筒4的内部设置有监测系统，监测系统包括感应模块、铜杆10以及监测模块。

感应模块设置在套管末屏2中，监测模块中的信号监测单元设置在防尘筒4中，铜杆10的一端与感应模块固定连接，其另一端伸入信号监测单元中。

感应模块将泄漏电流及局放高频电流传递到铜杆10，并通过信号监测单元对铜杆10的泄漏电流及局放高频电流进行检测，并将监测到的电流信号传递给监测模块中的数据集中单元17，再将信号传递给后台监控系统。

套管末屏2为圆筒状结构，且与垫板11连接的一端为无底结构。

感应模块包括顺序连接的固定栓6、铜芯7以及弹片8。

固定栓6位于套管末屏2内部靠近连接螺杆1的一端，固定栓6的其中一端通过连接柱与连接螺杆1固定连接，固定栓6的另一端与铜芯7的其中一端固定连接。

如图4所示，铜芯7的另一端插入在弹片8中，弹片8固定连接在垫板11上。铜杆10与弹片8固定连接，且依次穿过垫板11以及连接板3伸入到防尘筒4中的监测模块中。

弹片8构造为能够将铜芯7插入到弹片8中的结构，二者之间为过盈预压，保证连接的稳定性，弹片8优选为高弹铜合金弹片。

防尘筒4为圆筒状结构，且与连接板3连接的一端为无底结构。

防尘筒4的内部设置有接地筒9，接地筒9为圆柱状结构，优选地，接地筒9的外径小于防尘筒4的内径。

接地筒9的内部与铜杆10连接，其外部活动连接有接地螺栓5，进而实现接地。

铜杆10与接地筒9之间还设置有连接筒15、固定筒14以及连接块16。

如图3所示，连接筒15套接在铜杆10上，二者之间电连接，固定筒14套接在连接筒15的外侧，且连接筒15与固定筒14之间通过连接块16连接，固定筒14外侧套接有接地筒9，且固定筒14与接地筒9之间电连接。

防尘筒4上设置有接地螺栓5，接地螺栓5穿过防尘筒4抵在接地筒9的外壁上。

铜杆10的电流通过连接筒15传递给连接块16，再通过固定筒14传递给接地筒9，最终通过接地螺栓5传递给地面。接地螺栓5与地面接触的一端的做加大面积处理。接地螺栓5增加本装置与地面接触的距离，保证设备工作时的安全性。

信号监测单元设置在接地筒9内，信号监测单元包括零磁通电流互感器12以及高频电流互感器13。

零磁通电流互感器12以及高频电流互感器13分别套接于铜杆10上，分别用于监测泄露电流以及局放高频电流。

零磁通电流互感器12以及高频电流互感器13通过RS485信号电缆与数据集中单元17通信；数据集中单元17通过以太网与后台监控系统通信。

零磁通电流互感器12选用坡莫合金作为铁芯；高频电流互感器13采用罗格夫斯基线圈，且为罗格夫斯基线圈中的刚性罗格夫斯基线圈。

防尘筒4可以防止灰尘或者雨水进入到其内部，使得零磁通电流互感器12与高频电流互感器13在进行工作时不会受到外界的影响，提高监测的准确程度。

为了使本在线监测装置的内部结构更加紧密，节约空间，零磁通电流互感器12、高频电流互感器13以及固定筒14依次套接在铜杆10上，且三者的柱高之和与接地筒9的柱高相同，但零磁通电流互感器12、高频电流互感器13与其他结构之间的连接均为绝缘连接。

本装置无需在变压器内部安设监测机构，从而不会对变压器的运行造成影响，因此能够进行实时监测的同时，不影响变压器的运行，且对套管末屏2监测，能够对高压套管存在的问题进行预警。

如图5所示，本发明的在线监测装置能够支持三项套管的多状态综合采集，其通过三组信号监测单元通过RS485信号电缆与数据集中单元17接通进而实现。其能够实现对单台变压器三支套管的泄漏电流、局放高频电流的同步监测，并且将监测到的电流信号送给后台监控系统，因此可以实时对变压器进行监测，在变压器出现问题时及时进行预警。

一种使用上述的高压套管的在线监测装置实现的在线监测方法，该监测方法包括以下步骤：

步骤1，将监测装置通过连接螺杆1安装在待监测的变压器高压套管上；

步骤2，当变压器产生异常时，感应模块产生泄漏电流或局放高频电流；

步骤3，感应模块将泄漏电流及局放高频电流通过铜杆10传递给信号监测单元，并通过信号监测单元采集泄露电流及局放高频电流信号；

步骤4，信号监测单元通过有线通信将监测到的泄露电流信号及局放高频电缆信号传递给数据集中单元17；

步骤5，数据集中单元17将收集到的泄露电流信号及局放高频电缆信号通过无线通信传递给后台监控系统。

如图6所示，步骤3中，信号监测单元的零磁通电流互感器12用于采集泄漏电流，其采用有源零磁通技术，其采用电子信号处理技术对铁芯内部的激磁磁势进行全自动的跟踪补偿。

采用有源零磁通技术有效提高了小电流传感器监测精度，选用起始磁导率较高、损耗较小的坡莫合金作铁芯，还借助电子信号处理技术对铁芯内部的激磁磁势进行全自动的跟踪补偿，保持铁芯工作在接近理想的零磁通状态，从而提高监测的准确程度。

如图7所示，信号监测单元的高频电流互感器13采用刚性罗格夫斯基线圈对局放高频电流进行监测，当交变电流流过罗格夫斯基线圈中心的导体，会产生交变的磁场，整个罗格夫斯基线圈副边产生的磁链正比于导体中流过的电流大小，变化的磁链产生电动势，且电动势的大小与磁链的变化率成正比，基于安培环路定律和法拉第电磁感应定律，可由以下公式进行处理：

式中：

e(t)为线圈副边感应出的电动势；

I(t)为流过导体的电流；

M为罗格夫斯基线圈的互感系数。

刚性罗格夫斯基线圈采用刚性结构线圈骨架，在结构上更容易使得绕线能够均匀分布，大大提高了抗外磁场干扰的能力，从而提高了测量的精确度。

根据罗格夫斯基线圈负载的不同，线圈可分为外积分式和自积分式，外积分式罗格夫斯基线圈具有较好的抗干扰能力，外积分式罗格夫斯基线圈受积分电路频率性能影响较大，测量频率上限受到限制，一般用于测量兆赫兹以下的中低频率电流，自积分式罗格夫斯基线圈又称作宽带型电流传感器，具有相对较宽的监测频带，由于其直接采用积分电阻，因此频率响应较快，适用于测量上升时间较短的脉冲电流信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过设有零磁通电流互感器、高频电流互感器、铜杆，通过零磁通电流互感器与高频电流互感器可以对高压套管末屏进行监测，能够对高压套管的介损、电容、局部放电等特征参量，进行综合故障诊断，实现高压套管的缺陷预警功能，从而可以进行阈值越线报警、趋势变化报警；

2、本发明通过设有连接筒、连接块、固定筒、接地螺栓，铜杆的电流首先传递给连接筒，再经过连接块传递给固定筒，固定筒将电流传递给接地筒，接地筒通过与其连接的接地螺栓传递给地面，且接地螺栓增加设备与地面接触的距离，保证设备能够接地，从而提高安全性；

3、本发明通过进行末屏泄漏电流与局放高频电流监测，对高压套管的介损、电容、局部放电等特征参量进行采集，具有抗外磁场干扰的能力，且能够对上升时间较短的脉冲电流信号进行监测，提高监测的准确程度。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种高压套管的在线监测装置，其包括：连接螺杆(1)、套管末屏(2)、连接板(3)以及防尘筒(4)，其特征在于：

所述连接螺杆(1)的一端与套管末屏(2)的一端固定连接，所述套管末屏(2)的另一端与防尘筒(4)的一端通过连接板(3)连接；

所述套管末屏(2)以及防尘筒(4)的内部还设置有监测系统，所述监测系统包括感应模块、铜杆(10)以及监测模块；

所述感应模块设置在套管末屏(2)中，监测模块中的信号监测单元设置在防尘筒(4)中，所述铜杆(10)的一端与感应模块固定连接，其另一端伸入信号监测单元中；

所述感应模块将感应到的泄漏电流及局放高频电流传递到铜杆(10)，并通过信号监测单元对铜杆(10)的泄漏电流及局放高频电流进行监测，信号监测单元将监测到的信号传递给监测模块中的数据集中单元(17)，再将信号传递给后台监控系统。

2.根据权利要求1所述的一种高压套管的在线监测装置，其特征在于：

所述感应模块包括顺序连接的固定栓(6)、铜芯(7)以及弹片(8)。

3.根据权利要求2所述的一种高压套管的在线监测装置，其特征在于：

所述固定栓(6)位于套管末屏(2)内部靠近连接螺杆(1)的一端，固定栓(6)的一端通过连接柱与连接螺杆(1)固定连接，固定栓(6)的另一端与铜芯(7)的一端固定连接，铜芯(7)的另一端插入在弹片(8)中，弹片(8)固定连接在垫板(11)上。

4.根据权利要求3所述的一种高压套管的在线监测装置，其特征在于：

所述铜杆(10)与弹片(8)固定连接，且依次穿过垫板(11)以及连接板(3)伸入到防尘筒(4)中的信号监测单元中。

5.根据权利要求4所述的一种高压套管的在线监测装置，其特征在于：

所述防尘筒(4)的内部设置有接地筒(9)，接地筒(9)的内部与铜杆(10)连接，其外部活动连接有接地螺栓(5)，进而接地。

6.根据权利要求5所述的一种高压套管的在线监测装置，其特征在于：

所述信号监测单元设置在接地筒(9)内；

所述信号监测单元包括零磁通电流互感器(12)以及高频电流互感器(13)；

所述零磁通电流互感器(12)以及高频电流互感器(13)分别套接于铜杆(10)上，分别用于监测泄露电流以及局放高频电流。

7.根据权利要求5或6所述的一种高压套管的在线监测装置，其特征在于：

所述铜杆(10)与接地筒(9)之间还设置有连接筒(15)、固定筒(14)以及连接块(16)；

所述连接筒(15)套接在铜杆(10)上，二者之间电连接，固定筒(14)套接在连接筒(15)的外侧，且连接筒(15)与固定筒(14)之间通过连接块(16)连接，固定筒(14)外侧套接有接地筒(9)，且固定筒(14)与接地筒(9)之间电连接。

8.根据权利要求7所述的一种高压套管的在线监测装置，其特征在于：

所述防尘筒(4)上设置有接地螺栓(5)，所述接地螺栓(5)穿过防尘筒(4)抵在接地筒(9)的外壁上；

所述铜杆(10)的电流通过连接筒(15)传递给连接块(16)，再通过固定筒(14)传递给接地筒(9)，最终通过接地螺栓(5)传递给地面。

9.根据权利要求6所述的一种高压套管的在线监测装置，其特征在于：

所述零磁通电流互感器(12)以及高频电流互感器(13)通过RS485信号电缆与数据集中单元(17)通信；

所述数据集中单元(17)通过以太网与后台监控系统通信。

10.根据权利要求6所述的一种高压套管的在线监测装置，其特征在于：

所述零磁通电流互感器(12)选用坡莫合金作为铁芯；

所述高频电流互感器(13)采用罗格夫斯基线圈，且为罗格夫斯基线圈中的刚性罗格夫斯基线圈。

11.一种使用如权利要求1至10所述的高压套管的在线监测装置实现的在线监测方法，其特征在于：

所述监测方法包括以下步骤：

步骤1，将所述监测装置通过连接螺杆(1)安装在待监测的变压器高压套管上；

步骤2，当变压器产生异常时，感应模块产生泄漏电流或局放高频电流；

步骤3，感应模块将泄漏电流及局放高频电流通过铜杆(10)传递给信号监测单元，并通过信号监测单元采集泄露电流及局放高频电流信号；

步骤4，信号监测单元通过有线通信将监测到的泄露电流信号及局放高频电缆信号传递给数据集中单元(17)；

步骤5，数据集中单元(17)将收集到的泄露电流信号及局放高频电缆信号通过无线通信传递给后台监控系统。

12.根据权利要求11所述的一种高压套管的在线监测方法，其特征在于：

所述步骤3中，信号监测单元的零磁通电流互感器(12)用于采集泄漏电流，其采用有源零磁通技术，其采用电子信号处理技术对铁芯内部的激磁磁势进行全自动的跟踪补偿；

信号监测单元的高频电流互感器(13)采用刚性罗格夫斯基线圈对局放高频电流进行监测，其符合以下公式：

式中：

e(t)为线圈副边感应出的电动势；

I(t)为流过导体的电流；

M为罗格夫斯基线圈的互感系数。

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