CN1932539A - 变压器局部放电超高频检测装置 - Google Patents

Abstract

一种变压器局部放电超高频检测装置，属于电气设备绝缘监测技术领域。本发明主要包括套筒单极子天线传感器、放大滤波器、高速数字采集器和计算机。本发明的套筒单极子天线传感器由金属辐射振子、金属套筒、同轴传输线、金属底板和N型电缆接头组成。由于本发明具有较高的灵敏度和信噪比，能检测到清晰准确的变压器发生局部放电时所产生的超高频电磁波信号，能有效地对变压器内部发生的局部放电进行实时在线监测，故可广泛应用于110－500kV的油浸式变压器中。

Description

变压器局部放电超高频检测装置

技术领域

本发明属于电气设备绝缘监测技术领域，特别涉及变压器局部放电超高频(UHF)检测装置。

背景技术

变压器是电力系统中的重要设备，它的稳定运行对于整个电力系统具有重要的意义。在变压器故障中，绝缘故障占有很高的比重，在发生绝缘故障前会产生局部放电现象，也即局部放电是变压器内部绝缘劣化的前兆，所以，通过变压器局部放电的在线监测，可及时发现变压器内部的潜伏性故障，避免发生突发性的绝缘故障，有利于电力系统的安全运行。

目前，我国110kV及以上大型变压器主要采用油浸式变压器。据统计，绝缘故障是影响变压器安全运行的主要原因，而油中局部放电是造成变压器绝缘故障的主要因素。油中局部放电会产生纳秒(ns)级的电流脉冲，激发频率可达吉赫兹(GHz)级的电磁波。超高频法是检测伴随局部放电产生的、频率为300MHz-3000MHz的电磁波来判断局部放电的方法，由于其具有抗干扰能力强、灵敏度高等特点，近年来已经成为变压器局部放电检测中重要的使用方法。

在超高频检测中，超高频传感器及其安装位置是关键。由于变压器箱体的趋肤效应，局部放电产生的电磁波很难透过变压器的箱体，通常是将传感器装设在变压器内部，这样不仅能充分保证传感器的检测灵敏度，并能有效屏蔽变压器箱体外的电磁干扰信号。放油阀位于变压器箱体的底部，远离高压端，传感器安装时基本不会破坏变压器内部地电场分布，所以是比较适合的传感器安装位置，但放油阀的尺寸较小，对普通的传感器来说就限制了其尺寸，如果减小尺寸就会降低传感器的性能，这样做不利于局部放电信号的检测。中国专利号为ZL02277287.1公开的变压器局部放电在线监测装置，其超高频传感器通过放油阀安装，且传感器中心频率可调，给局部放电的检测带来了一些积极效果，但由于其最大检测频带只有80MHz，检测到的局部放电信号微弱，不利于信号的后续处理，影响了检测的灵敏度和精确度。又如中国专利号为ZL200420084775.3公开的“变压器局部放电超高频(UHF)在线监测装置”，该装置主要由超高频传感器、信号硬件调理单元、A/D采集卡和工控机等组成。超高频传感器与信号硬件调理单元之间通过高频电缆连接，信号硬件调理单元与工控机之间通过高频同轴电缆连接，A/D采集卡装设在工控机内部。其信号硬件调理单元由带通滤波器、带宽为300MHz-1500MHz及增益为35dB-45dB的放大器、功分器和检波脉冲宽度为100μs-400μs的峰值检波器构成。由于该装置中传感器的安装位置放弃了放油阀，安装在了法兰盘处，这样做虽然避免了降低传感器的性能，却放弃了最佳的安装位置，有可能给变压器的运行带来了隐患；另外，使用A/D采集卡和检波器虽然降低了对高采集系统的依赖，却在很大程度上损失了局部放电信号的信息，不利于后续阶段对信号的处理和诊断。

发明内容

本发明的目的是针对现有的变压器局部放电超高频检测装置的不足之处，提供一种变压器局部放电超高频检测装置，该装置具有不改变变压器本体结构、利用变压器箱体对干扰信号进行屏蔽、具有较高的检测灵敏度和信噪比、能获得清晰准确的放电信息等特点。

本发明的目的是这样实现的：一种变压器局部放电超高频检测装置，主要包括传感器、放大滤波器、高速数字采集器和计算机，其传感器为套筒单极子天线传感器。套筒单极子天线传感器、放大滤波器、高速数字采集器之间通过同轴射频电缆连接，高速数字采集器与计算机之间通过数据总线连接。套筒单极子天线传感器通过变压器的放油阀装设在变压器的内部，以便检测变压器内部产生的局部放电超高频电磁波信号。放大滤波器装设在现场专用控制柜内，高速数字采集器和计算机装设在主控室内，以便运行人员监测变压器内部的局部放电。放大滤波器的作用是对检测到的局部放电信号进行放大和滤波，进一步提高信号的信噪比。高速数字采集器为市购的数字示波器，相比A/D采集卡，它具有更高的采样率，能真实准确地反映局部放电信息，有利于后续阶段计算机对信号的进一步处理和分析。本发明的套筒单极子天线传感器由金属辐射振子、金属套筒、同轴传输线、金属底板、N型电缆接头组成。套筒单极子天线传感器中的金属辐射振子位于金属套筒的中心，金属振子露出金属套筒的部分是检测局部放电信号的主要部分。同轴传输线内导体的一端与金属辐射振子的底端固定连接，另一端与N型电缆接头的内芯固接，同轴传输线的外皮固接在金属底板上。金属套筒为空心的金属圆柱，在金属套筒内部填充环氧树脂用于固定金属辐射振子，金属套筒与金属底板通过金属紧固板固定连接，N型电缆接头固接在金属底板的中心处。套筒单极子天线传感器的检测频带在300MHz-1000MHz之间。

本发明装置的工作过程：当变压器内部发生局部放电时，套筒单极子天线传感器检测到的电磁波信号经放大滤波器放大滤波后，又通过同轴射频电缆，由高速数字采集器进行采集，然后利用数据总线保存到计算机中，从而进行进一步的处理。本发明的套筒单极子天线传感器可比较合适地安装在变压器放油阀内，不会出现由于尺寸的限制而降低天线传感器性能的情况。套筒单极子天线传感器具有全向性，且金属辐射振子上端是整个天线传感器最佳接收位置，这就保证了在已安装的条件下，不会因为放油阀的金属外壁而影响天线传感器的性能。另外，天线的检测频带在超高频段，能够有效的避开低频干扰，变压器的箱体对干扰信号也有屏蔽作用，外部的电磁干扰对UHF信号的影响较小，所以本发明具有较高的灵敏度和信噪比，能检测到清晰准确的变压器局部放电所产生的超高频电磁波信息，能有效地对变压器内部发生的局部放电进行实时在线监测。本发明可广泛应用于110kV～500kV电压等级的油浸式电力变压器中，在不改变变压器结构的前提下，有效检测到变压器内部发生局部放电时所产生的超高频信号，通过信号的放大滤波以及采集、处理信号，监测变压器内部的早期异常情况，避免绝缘故障的发生。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本实施例的套筒单极子天线传感器结构图；

图3为本实施例在实验室中实验测得的局部放电信号及其频谱图。

图中：1变压器箱体，2天线传感器，3放油阀，4、6同轴射频电缆，5放大滤波器，7高速数字采集器，8数据总线，9计算机，10金属辐射振子，11金属套筒，12同轴传输线，13金属底板，14紧固金属板，15N型电缆接头。

具体实施方式

下面结合具体实施方式进一步说明本发明。

如图1和2所示，一种变压器局部放电超高频(UHF)检测装置，主要包括套筒单极子天线传感器2、放大滤波器5、高速数字采集器7和计算机9。套筒单极子天线传感器2、放大滤波器5、高速数字采集器7之间通过同轴射频电缆4、6连接，高速数字采集器7与计算机9之间通过数据总线8连接。套筒单极子天线传感器2通过变压器的放油阀3安装在变压器的内部，以便检测变压器内部产生的局部放电超高频电磁波信号。放大滤波器5安装在现场专用的控制柜内，高速数字采集器7和计算机9安装在主控室内，以便运行人员监测变压器内部的局部放电。放大滤波器5的作用是对检测到的局部放电信号进行放大和滤波，进一步提高信号的信噪比。高速数字采集器7为市购的数字示波器，相比A/D采集卡，它具有更高的采样率，能真实准确地反映局部放电信息，有利于后续阶段计算机9对信号的进一步处理和分析。套筒单极子天线传感器2主要由金属辐射振子10、金属套筒11、同轴传输线12、金属底板13、N型电缆接头15组成。套筒单极子天线传感器2中的金属辐射振子10位于金属套筒11的中心，金属辐射振子10露出金属套筒11的部分是检测局部放电信号的主要部分。金属辐射振子10为实心的金属圆柱形，同轴传输线12的内导体的一端与金属辐射振子10的底部焊接，另一端与N型电缆接头的内芯焊接，同轴传输线12的外皮焊接在金属底板13上。金属套筒11为空心的金属圆柱，其内部填充环氧树脂用于固定金属辐射振子10，金属套筒11与金属底板13通过金属紧固板14和4个螺钉固定连接，N型电缆接头15通过螺钉固接在金属底板13中心处。天线传感器2整体用环氧树脂封装，其直径与放油阀3内径尺寸配合。

试验结果

将本实施例的变压器局部放电超高频检测装置，在实验室的变压器模拟试验平台上进行局部放电检测实验。将本实施例的套筒单极子天线传感器安装在型号为SFSL₁-20000/110的变压器放油阀内，利用针-板模型来模拟变压器油中的局部放电源，通过本实施例的装置进行监测，测得该变压器的局部放电超高频信号及其频谱图如图3所示。

测试结果表明，本发明具有较高的检测灵敏度和较宽的检测频带(达到了150MHz)，可获得清晰准确的放电信息，能满足变压器局部放电超高频检测的需要。

Claims (3)

1.一种变压器局部放电超高频检测装置，主要包括传感器、放大滤波器(5)、计算机(9)，其特征在于还有高速数字采集器(7)，其传感器为套筒单极子天线传感器(2)，套筒单极子天线传感器(2)、放大滤波器(5)、高速数字采集器(7)之间通过同轴射频电缆(4、6)连接，高速数字采集器(7)与计算机(9)之间通过数据总线(8)连接，套筒单极子天线传感器(2)通过变压器的放油阀(3)装设在变压器的内部，放大滤波器(5)装设在现场专用的控制柜内，高速数字采集器(7)和计算机(9)装设在主控室。

2.按照权利要求1所述的变压器局部放电超高频检测装置，其特征在于所述的套筒单极子天线传感器(2)主要由金属辐射振子(10)、金属套筒(11)、同轴传输线(12)、金属底板(13)、N型电缆接头(15)组成，套筒单极子天线传感器(2)的金属辐射振子(10)位于金属套筒(11)的中心并部分露出金属套筒(11)，金属辐射振子(10)为实心的金属圆柱形，同轴传输线(12)的内导体的一端与金属辐射振子(10)的底端固定连接，另一端与N型电缆接头的内芯固接，同轴传输线(12)的外皮固接在金属底板(13)上，金属套筒(11)为空心的金属圆柱，其内部填充环氧树脂用于固定金属辐射振子(10)，金属套筒(11)与金属底板(13)通过金属紧固板(14)固定连接，N型电缆接头(15)固接在金属底板(13)的中心。

3.按照权利要求1所述的变压器局部放电超高频检测装置，其特征在于一种变压器局部放电超高频检测装置，主要包括套筒单极子天线传感器(2)、放大滤波器(5)、高速数字采集器(7)和计算机(9)，套筒单极子天线传感器(2)、放大滤波器(5)、高速数字采集器(7)之间通过同轴射频电缆(4、6)连接，高速数字采集器(7)与计算机(9)之间通过数据总线(8)连接，套筒单极子天线传感器(2)通过变压器的放油阀(3)安装在变压器的内部，放大滤波器(5)安装在现场专用的控制柜内，高速数字采集器(7)和计算机(9)安装在主控室内，高速数字采集器(7)为市购的数字示波器，套筒单极子天线传感器(2)主要由金属辐射振子(10)、金属套筒(11)、同轴传输线(12)、金属底板(13)、N型电缆接头(15)组成，套筒单极子天线传感器(2)中的金属辐射振子(10)位于金属套筒(11)的中心并部分露出金属套筒(11)，金属辐射振子(10)为实心的金属圆柱形，同轴传输线(12)的内导体的一端与金属辐射振子(10)的底部焊接，另一端与N型电缆接头的内芯焊接，同轴传输线(12)的外皮焊接在金属底板(13)上，金属套筒(11)为空心的金属圆柱，其内部填充环氧树脂用于固定金属辐射振子(10)，金属套筒(11)与金属底板(13)通过金属紧固板(14)和4个螺钉固定连接，N型电缆接头(15)通过螺钉固接在金属底板(13)的中心处，天线传感器(2)整体用环氧树脂封装。

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