CN116125225A - 一种局部放电耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种局部放电耦合装置，包括：测量电阻、并联电感器、测量电容、过电压保护器P1、过电压保护器P2、局放脉冲输出端、AC试验电压输出端以及接地端；测量电阻与测量电容串联，接地端连接测量电容；并联电感器与测量电阻并联，局放脉冲输出端和AC试验电压输出端连接并联电感器的两端；过电压保护器P1与测量电阻和测量电容并联；过电压保护器P2的第一端连接至并联电感器的第二端与AC试验电压输出端之间，过电压保护器P2的第二端连接至测量电容的第二端与接地端之间。与现有技术相比，本发明具有一体化、方便使用等优点，实现了局放脉冲和试验电压完全分离输出的耦合装置，避免了传统试验回路需要安装高压分压器，体积小、费用便宜。
Description
技术领域
本发明涉及局部放电检测技术领域，尤其是涉及一种局部放电耦合装置。
背景技术
高压电器设备中局部放电(partial discharge，PD)测量的灵敏度、分辨能力及其波形特性，直接受检测阻抗即耦合装置(coupling device，CD)的影响。在使用中，应根据不同的测试目的、被试品的种类以及所使用测试仪器的种类等条件，来选用适当的耦合装置CD，才能达到良好的测试目的。耦合装置CD一般由电阻R、电容C、电感L等元件单独使用或组合而成，通常采用图1所示的几种：R型、RC型、L型、LC型和RLC型。
图2所示为典型的脉冲电流法PD试验检测回路，在某一试验电压U作用下，当试品Ca内部产生PD时，必然在两端产生一个相应的瞬变电压降，但在未发生PD时试品Ca与耦合电容Ck两端的电压相等。由于Ca两端出现一个瞬变电压降则导致Ck两端的电压将高于(或低于)Ca两端的当前电压，使得Ck立即向Ca充电(因电源回路的充电时间常数较大，此时电源还来不及向Ca充电)。即在整个试验回路内产生一个充电脉冲电流，此脉冲电流在耦合装置CD上产生一个脉冲电压Uz，Uz即为测量仪器MI所测的PD信号。
但是，由于PD信号的发生与所加试验电压U相关，测量仪器MI还需要与试验回路中的高压分压器(图2中未给出)进行连接获取试验电压U的波形等信息，不便使用，携带和存放空间大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种局部放电耦合装置，具有一体化、方便使用等优点，实现了局放脉冲和试验电压完全分离输出的耦合装置，避免了传统试验回路需要安装高压分压器，体积小、费用便宜。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种局部放电耦合装置，包括：
测量电阻、并联电感器、测量电容、过电压保护器P1、过电压保护器P2、局放脉冲输出端、AC试验电压输出端以及接地端；
所述测量电阻的第一端为接线端，测量电阻的第二端连接测量电容的第一端，测量电阻与测量电容串联，接地端连接测量电容的第二端；
所述并联电感器的第一端连接测量电阻的第一端，并联电感器的第二端连接测量电阻的第二端，并联电感器与测量电阻并联，局放脉冲输出端连接并联电感器的第一端，AC试验电压输出端连接并联电感器的第二端；
所述过电压保护器P1的第一端连接测量电阻的第一端，过电压保护器P1的第二端连接测量电容的第二端，过电压保护器P1与测量电阻和测量电容并联；
所述过电压保护器P2的第一端连接至第一连接点，所述第一连接点设置在并联电感器的第二端与AC试验电压输出端之间，过电压保护器P2的第二端连接至第二连接点，所述第一连接点设置在测量电容的第二端与接地端之间。
进一步地，所述局放脉冲输出端和AC试验电压输出端为信号输出端子，用于连接测量仪器。
进一步地，所述耦合装置与耦合电容串联。
进一步地，所述耦合装置与试品串联。
进一步地，所述耦合装置在套管抽头上测量。
进一步地，所述耦合装置测量自激试品。
进一步地，测量电阻与检测下限频率和耦合电容的计算关系如下：
f1＝1/(2π*Ck*Rm)
其中，f1为检测下限频率，Ck为耦合电容的电容值，Rm为测量电阻的阻值。进一步地，耦合电容的电容阻抗为：
Zc＝1/(2π*fac*Ck)
其中，fac为激励频率。
进一步地，并联电感器与测量电阻和检测下限频率的计算关系如下：
Lm>10*Rm/(2π*f1)
其中，f1为检测下限频率，Lm为并联电感器的电感值，Rm为测量电阻的阻值。进一步地，并联电感器的电感阻抗为：
Zl＝2π*fac*Lm
其中，fac为激励频率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、一体化，实现了局放脉冲和试验电压完全分离输出的耦合装置，方便用户使用；
2、提升可靠性和工作效率，避免了传统试验回路需要安装高压分压器，1项高压设备的减少提高了整体系统可靠性，此外也加快了试验回路的搭建和拆除速度即提升了工作效率；
3、体积小、费用便宜，形成的耦合装置缩小了携带和存放空间，减少了高压分压器的设备购置和维护费用。
附图说明
图1为现有耦合装置CD的电路图；
附图标记：R——电阻；Cd——电容；L——电感；
图2为脉冲电流法PD试验检测回路示例，(a)为耦合装置与耦合电容器串联，(b)为耦合装置与试品串联，(c)为在套管抽头上测量，(d)为测量自激试品；
附图标记：U——高压(HV)电源；Z——滤波器；Ca——试品；Ck——耦合电容；Zmi——测量系统的输入阻抗；CD——耦合装置；CC——连接电缆；MI——测量仪器；OL——光连接；
图3为包含本发明耦合装置的PD试验检测回路电路图；
附图标记：(1)试品To；(2)试品电容Ca；(3)耦合电容Ck；(4)耦合装置CD；(5)测量电阻Rm；(6)并联电感器Lm；(7)测量电容Cm；(8)过电压保护器P1；(9)过电压保护器P2；(10)局放脉冲输出PD；(11)AC试验电压输出AC；(12)接地端GD。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例，本发明的保护范围不限于下述的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，展示各个部件之间的配合关系，附图中有些地方适当放缩了部件，并增减了部件之间的距离。
在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例1：
一种局部放电耦合装置，包括：
测量电阻Rm、并联电感器Lm、测量电容Cm、过电压保护器P1、过电压保护器P2、局放脉冲输出端PD、AC试验电压输出端AC以及接地端GD；测量电阻Rm的第一端为接线端，测量电阻Rm的第二端连接测量电容Cm的第一端，测量电阻Rm与测量电容Cm串联，接地端GD连接测量电容Cm的第二端；并联电感器Lm的第一端连接测量电阻Rm的第一端，并联电感器Lm的第二端连接测量电阻Rm的第二端，并联电感器Lm与测量电阻Rm并联，局放脉冲输出端PD连接并联电感器Lm的第一端，AC试验电压输出端AC连接并联电感器Lm的第二端；过电压保护器P1的第一端连接测量电阻Rm的第一端，过电压保护器P1的第二端连接测量电容Cm的第二端，过电压保护器P1与测量电阻Rm和测量电容Cm并联；过电压保护器P2的第一端连接至第一连接点，第一连接点设置在并联电感器Lm的第二端与AC试验电压输出端AC之间，过电压保护器P2的第二端连接至第二连接点，第一连接点设置在测量电容Cm的第二端与接地端GD之间。
本实施例中，耦合装置与耦合电容Ck串联使用(即图2(a))，其结构如图3所示：
测量回路包括试品To(1)及其对应试品电容Ca(2)、耦合电容Ck(3)、耦合装置CD(4)，耦合装置CD(4)包括测量电阻Rm(5)、并联电感器Lm(6)、测量电容Cm(7)、过电压保护器P1(8)和过电压保护器P2(9)和接地端GD(12)，以及局放脉冲输出PD(10)和AC试验电压输出AC(11)两个信号输出端子。耦合装置CD(4)与耦合电容(Ck)串联后与试品(To)即并联试品电容(Ca)，构成脉冲电流法PD试验检测回路。局放脉冲输出PD(10)和AC试验电压输出AC(11)两个信号输出端子连接测量仪器MI(图3中未示出)。
过电压保护器P1(8)和过电压保护器P2(9)可以根据具体设计设置，一般情况下保护限值为100V，即仪器输入端值不大于100V。
图3所示PD试验检测回路电路图工作时的参数计算如下：
假设以下电路参数：测量电阻Rm＝500Ω，可得检测下限频率f1＝100kHz，根据GB/T7354-2018中计算公式：
f1 ＝ 1 / (2π * Ck * Rm) (1)
耦合电容Ck所需的电容值可由下式计算：
Ck ＝ 1 / (2π * f1* Rm) ＝ 3.2 nF (2)
在这种情况下，流过耦合电容Ck的交流电流幅值可能会导致测量电阻Rm两端的电压降相对较高，从而可能损坏与局放脉冲输出PD(10)和AC试验电压输出AC(11)相连仪器的输入单元。例如，如果对电力变压器的感应PD测试应用fac＝400Hz的激励频率，则上述计算的耦合电容的电容阻抗为：
Zc ＝ 1 / (2π * fac * Ck) ＝ 1 / (2π * 400 Hz * 3.2 nF) ＝ 125 kΩ (3)
则，fac＝400Hz时的分压比为500Ω/125kΩ＝1/250。因此，假设Uac＝500kV的交流测试电压幅值导致电阻测量阻抗Rm上的电压降高达500kV/250＝2000V。为了降低该危险电压，测量电阻Rm由并联电感器Lm分流，如图3所示。此时，下限频率不会大幅降低。该条件通过以下方式实现：
Lm > 10 * Rm / (2π * f1) ＝ Lm > 10 * Rm / (2π * 100 kHz) ＝ 8 mH (4)
对于先前假设的最大测试频率fac＝400Hz，并联电感器Lm电感阻抗为：
Zl ＝ 2π * 400 Hz * Lm ＝ 20 Ω (5)
并联电感器Lm和测量电阻Rm与耦合电容Ck串联的结果分频比约为20Ω/125kΩ＝1/6250。这意味着500kV的测试电压电平现在将仅为80V即500kV/6250。
同样，测试电压500kV，交流测试电压AC需衰减至100V，则需要1:5000的分压比。对于上述耦合电容Ck＝3.2nF的计算值，测量电容Cm＝16μF时满足该条件。这里，测量电容Cm与耦合电容Ck形成电容分压器的低压臂。
由于PD脉冲和交流测试电压的频谱非常不同，两个信号在局放脉冲输出PD(10)和AC试验电压输出AC(11)处完全分离，可以满足使用示波器或基于高速采集卡等数据采集装置的PD测量系统以相位分辨或电压波形的方式显示PD脉冲。
本发明的优点如下：
1、一体化，实现了局放脉冲和试验电压完全分离输出的耦合装置，方便用户使用；
2、提升可靠性和工作效率，避免了传统试验回路需要安装高压分压器，1项高压设备的减少提高了整体系统可靠性，此外也加快了试验回路的搭建和拆除速度即提升了工作效率；
3、体积小、费用便宜，形成的耦合装置缩小了携带和存放空间，减少了高压分压器的设备购置和维护费用。
实施例2：
实施例1中将耦合装置CD与耦合电容Ck(3)串联使用(即图2(a)的应用形式)，得到如图3所示的PD试验检测回路电路图，本实施例中，耦合装置CD将与试品串联使用(即图2(b)的应用形式)，在其他实施方式中，也能用于图2(c)和图2(d)，在套管抽头上测量和测量自激试品，其原理同实施例1，本领域技术人员可以理解，在此不再赘述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种局部放电耦合装置，其特征在于，包括：
测量电阻、并联电感器、测量电容、过电压保护器P1、过电压保护器P2、局放脉冲输出端、AC试验电压输出端以及接地端；
所述测量电阻的第一端为接线端，测量电阻的第二端连接测量电容的第一端，测量电阻与测量电容串联，接地端连接测量电容的第二端；
所述并联电感器的第一端连接测量电阻的第一端，并联电感器的第二端连接测量电阻的第二端，并联电感器与测量电阻并联，局放脉冲输出端连接并联电感器的第一端，AC试验电压输出端连接并联电感器的第二端；
所述过电压保护器P1的第一端连接测量电阻的第一端，过电压保护器P1的第二端连接测量电容的第二端，过电压保护器P1与测量电阻和测量电容并联；
所述过电压保护器P2的第一端连接至第一连接点，所述第一连接点设置在并联电感器的第二端与AC试验电压输出端之间，过电压保护器P2的第二端连接至第二连接点，所述第一连接点设置在测量电容的第二端与接地端之间。
2.根据权利要求1所述的一种局部放电耦合装置，其特征在于，所述局放脉冲输出端和AC试验电压输出端为信号输出端子，用于连接测量仪器。
3.根据权利要求1所述的一种局部放电耦合装置，其特征在于，所述耦合装置与耦合电容串联。
4.根据权利要求1所述的一种局部放电耦合装置，其特征在于，所述耦合装置与试品串联。
5.根据权利要求1所述的一种局部放电耦合装置，其特征在于，所述耦合装置在套管抽头上测量。
6.根据权利要求1所述的一种局部放电耦合装置，其特征在于，所述耦合装置测量自激试品。
7.根据权利要求1所述的一种局部放电耦合装置，其特征在于，测量电阻与检测下限频率和耦合电容的计算关系如下：
f1＝1/(2π*Ck*Rm)
其中，f1为检测下限频率，Ck为耦合电容的电容值，Rm为测量电阻的阻值。
8.根据权利要求7所述的一种局部放电耦合装置，其特征在于，耦合电容的电容阻抗为：
Zc＝1/(2π*fac*Ck)
其中，fac为激励频率。
9.根据权利要求8所述的一种局部放电耦合装置，其特征在于，并联电感器与测量电阻和检测下限频率的计算关系如下：
Lm>10*Rm/(2π*f1)
其中，f1为检测下限频率，Lm为并联电感器的电感值，Rm为测量电阻的阻值。
10.根据权利要求9所述的一种局部放电耦合装置，其特征在于，并联电感器的电感阻抗为：
Zl＝2π*fac*Lm
其中，fac为激励频率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202211721985.8A CN116125225A (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 一种局部放电耦合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN116125225A true CN116125225A (zh) | 2023-05-16 |
Family
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Family Applications (1)
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| CN202211721985.8A Pending CN116125225A (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 一种局部放电耦合装置 |
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