CN202256595U

CN202256595U - 一种局部放电超高频信号检测传感器

Info

Publication number: CN202256595U
Application number: CN2011203998045U
Authority: CN
Inventors: 苗培青; 李秀卫; 慕世友; 姚金霞; 云玉新
Original assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-10-20

Abstract

本实用新型公开了一种局部放电超高频信号检测传感器，其包括：一感应电极，其具有一圆盘状的头部和一尾部，所述圆盘状头部的上表面为一平面；一转接柱，其一端与所述感应电极的尾部连接；一N型插座，其与所述转接柱的另一端连接，所述N型插座还与一外接的高频信号电缆连接；一法兰盘，其上具有一凹槽，所述N型插座固定设于所述法兰盘的中心孔内；一绝缘盘，其固定设于所述法兰盘的凹槽内，并设于所述感应电极尾部和转接柱的外围，所述感应电极的尾部与绝缘盘固定连接。

Description

一种局部放电超高频信号检测传感器

技术领域

本实用新型涉及一种信号检测装置，尤其涉及一种局部放电信号的检测装置。

背景技术

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)设备在因绝缘缺陷发生绝缘击穿前，会产生局部放电。局部放电是GIS绝缘缺陷的征兆和表现形式。对GIS局部放电进行检测，能够较早发现其内部的绝缘缺陷，以便采取适当措施，从而防止其进一步发展造成事故。

GIS设备中的局部放电是由一系列具有极短上升时间的电流脉冲而造成的，并且其发生时会伴随着声、光、化学产物等多种物理化学现象。因此，通过探测这些物理化学现象便能够监测到GIS设备中的局部放电。目前常见的在线监测手段有光探测法、化学产物检测法、超声波检测法等。

光探测法是通过光电倍增管对局部放电产生的光信号进行探测。由于GIS设备中局部放电产生的光信号多集中在UV波段，故在传播过程中会被SF₆大量吸收，在很大程度上影响了局部放电检测的距离，不利于现场应用。

化学产物检测法是通过色谱仪对局部放电在SF₆中产生的化学附属物进行检测。局部放电的化学副产物主要包括SF₄，SOF₂，SO₂F₂等。由于局部放电产生的化学副产物量较少，并在SF₆中得到很大程度的稀释，所以从副产物出现到被检测出的耗时较久，不利于及时发现绝缘缺陷，从而影响了这种检测手段在实际中的推广应用。

超声检测法是通过超声波传感器对局部放电产生的超声波信号进行检测。由于超声波在气体中衰减严重，因此进行在线监测时需要安置的传感器数量较多；另外，某些类型的局部放电产生的超声波信号不够大，导致对这些类型的局部放电检测灵敏度不够高，所以在一定程度上限制了超声检测法的应用。

研究表明，就单个局部放电脉冲而言，其上升时间可短至1ns以下，并在GIS设备的腔体内激发频率高达数GHz的电磁波。局部放电检测超高频(Ultra-High-Frequency，UHF)法于20世纪80年代初期由英国中央电力局(CEGB)实验室提出。其基本原理是通过对GIS设备中局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息。UHF法和其他局部放电检测手段相比，主要包括以下优点：

(1)灵敏度高。局部放电产生的超高频信号在SF₆中传播的衰减非常小，若不计盆式绝缘子、开关、直角弯等不连续处的影响，1GHz的超高频信号在GIS构成的同轴波导中的衰减仅为3～5dB/km。另外，由于在GIS设备中不连续处反射的原因，超高频信号还会在GIS设备的腔体中引起谐振，使原本纳秒级的局部放电信号在时间上延展至微秒级。因此，UHF法能检测到放电量很小的局部放电，并且具有很高的灵敏度。

(2)抗干扰能力强。GIS设备运行现场存在着大量的电气干扰，给局部放电检测带来了一定的难度。其中，尤其以空气中的电晕放电干扰最为严重。空气中的电晕放电能量多集中在150MHz以下频率，而GIS设备中局部放电产生的超高频信号可高达3000MHz，UHF法的检测频段通常为300～1500MHz。因此，电晕放电干扰不会影响到UHF法的检测，从而采用UHF法检测局部放电能够有效的避开噪声频段，获得很高的信噪比。

尽管UHF法具有上述优点，但是其仍然存在许多问题有待进一步解决。其中超高频传感器的形式和安装方式尤其需要重点关注，并有待深入研究的关键技术，其灵敏度和抗干扰能力都还有提高的空间。

发明内容

本实用新型的发明目的是提供一种局部放电超高频信号检测传感器，该局部放电超高频信号检测传感器应当能够安装于GIS设备内，并且通过实时检测超高频信号来及时、准确地监测GIS设备内的局部放电现象。

为实现上述实用新型的发明目的，本实用新型提供了一种局部放电超高频信号检测传感器，其包括：

一感应电极，其具有一圆盘状的头部和一尾部，所述圆盘状头部的上表面为一平面；

一转接柱，其一端与所述感应电极的尾部连接；

一N型插座，其与所述转接柱的另一端连接，所述N型插座还与一外接的高频信号电缆连接；

一法兰盘，其上具有一凹槽，所述N型插座固定设于所述法兰盘的中心孔内；

一绝缘盘，其固定设于所述法兰盘的凹槽内，并设于所述感应电极尾部和转接柱的外围，所述感应电极的尾部与绝缘盘固定连接。

在本实用新型所述的技术方案中，当GIS设备内部发生局部放电时，感应电极和转接柱构成的电磁波信号接收装置接收到电磁波信号，再通过N型插座和高频信号电缆将信号传输至检测装置，通过检测信号的大小来判断局部放电信号的强弱。

在上述的局部放电超高频信号检测传感器中，所述感应电极的尾部与绝缘盘之间设有一密封圈。

在上述的局部放电超高频信号检测传感器中，所述绝缘盘与法兰盘之间设有另一密封圈。

在上述的局部放电超高频信号检测传感器中，所述法兰盘的上端面上设有一环形槽，所述环形槽内设有又一密封圈。

上述密封圈分别用于感应电极、绝缘盘、法兰盘等部件之间的密封，以防止GIS设备内部的SF₆气体从连接面溢出。

在上述的局部放电超高频信号检测传感器中，所述绝缘盘为环氧树脂绝缘盘，用于感应电极与法兰盘之间的绝缘，以及固定安装感应电极。

在上述的局部放电超高频信号检测传感器中，所述感应电极为铝制感应电极。

在上述的局部放电超高频信号检测传感器中，所述法兰盘为铝合金制法兰盘。

在上述的局部放电超高频信号检测传感器中，所述法兰盘上、靠近其周缘处，设有若干个沿其轴向方向开设的螺纹通孔，所述各螺纹通孔均分布在一与法兰盘同心的圆周上。传感器通过螺纹通孔与相匹配的螺栓固定在GIS设备内部。

本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器具有以下优点：

(1)本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器具有较高的灵敏度，从而能够及时地监测到GIS设备内的局部放电现象；

(2)本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器具有较强的抗干扰能力，从而能够准确地监测到GIS设备内的局部放电现象；

(3)本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器结构简单，能够安装在GIS设备内，并且不会影响到GIS设备的正常使用。

附图说明

图1是本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器的天线电路模型的等效电路图。

图2是本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器的等值电路图。

图3是本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器在一种实施方式下的立体视图。

图4是本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器在一种实施方式下的结构示意图。

图5是本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器在一种实施方式下的使用状态示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例来对本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器做进一步的解释说明。

图1为本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器的天线电路模型的等效电路图。如图1所示，传感器中的感应电极的作用相当于接收天线。若接收天线与传输线和负载组成的外电路相接，就会产生功率输出。在超高频段(300M-3Ghz)，接收天线可用一个开路电压为U₀的电压源和内阻抗为Z_a的电路代替。接收天线阻抗为Z_a，近似为电阻R_a和电容C_a的串联，即Z_a＝R_a+1/(j2πfC_a)。阻抗Z_L是测量装置的输入阻抗，包括从传感器感应电极、转接柱、N型插座(相当于一段信号引线)，即Z_L＝R_L+jX_L。

当电磁波信号在300MHz以下时，传感器可以等效为电容分压器，其通过电容耦合的形式传感信号。

图2为本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器的等值电路图。如图2所示，传感器通过法兰盘安装在GIS设备内部，其相当于包括一个感应电极和一段信号引线。在进行天线分析时，应当要考虑由信号引线与高频信号电缆所组成的一段长为L_D的均匀传输线。

从信号引线末端处看，输人阻抗：

Z_{i} = R_{i} + j X_{i} = Z_{D} \cdot \frac{Z_{a} + {jZ}_{D} \tan (\frac{2 π L_{D} f}{c})}{Z_{D} + {jZ}_{a} \tan (\frac{2 π L_{D} f}{c})} - - - (i)

(i)式中，c为光速，c＝3×10⁸m/s。因此，对感应电极处，给定信号电压U₀时，传感器的频率响应可按下式计算：

| \frac{U_{2}}{U_{0}} | = \frac{Z}{| Z + Z_{i} |} - - - (ii)

(ii)式中，Z＝50Ω。

图3是本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器在本实施例中的立体视图。图4显示了本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器在本实施例中的结构。如图3、图4所示，铝合金制法兰盘4靠近其周缘处，设有若干个沿其轴向方向开设的螺纹通孔，各螺纹通孔均分布在一个与法兰盘4同心的圆周上，用于配合螺栓安装传感器。法兰盘4上具有一凹槽，N型插座10通过沉头螺栓8固定设于法兰盘4的中心孔内，N型插座10的一端与转接柱3的一端连接，其另一端通过外接的高频信号电缆与检测仪器或者示波器等仪器相连接。转接柱3的另一端与铝制感应电极1的尾部连接，其作用是将从感应电极1接受到的超高频信号传送到N型插座10。感应电极1的头部为圆盘状，并且其上表面为一个平面。铝制感应电极1与转接柱3的尺寸将会影响传感器的性能。环氧树脂绝缘盘2通过若干个尼龙螺钉11固定在法兰盘4的凹槽中，并设于感应电极1尾部和转接柱3的外围，感应电极1的尾部通过螺钉9与绝缘盘2固定连接。在绝缘盘2与法兰盘4之间设有密封圈5；在法兰盘4的上端面上设有环形槽，环形槽内设有密封圈6；感应电极1的尾部与绝缘盘2之间设有密封圈7。上述密封圈分别用于感应电极1、绝缘盘2、法兰盘4等部件之间的密封，以防止GIS设备内部的SF₆气体从连接面溢出。

请继续参阅图4，当GIS设备内部发生局部放电时，感应电极1和转接柱3构成的电磁波信号接收装置接收到电磁波信号，再通过N型插座10和高频信号电缆将信号传输至检测装置，通过检测信号的大小来判断局部放电信号的强弱。

图5显示了本实用新型所述的局部放电超高频信号检测传感器在本实施例中的使用状态。如图5所示，在GIS外壳23上设有操作手孔24，传感器21通过法兰盘上的螺纹通孔与相匹配的螺栓固定在操作手孔24内，并且传感器21的感应电极头部的上表面应该与GIS外壳23的内表面齐平。当GIS内导体22某处发生局部放电时，传感器21接收到由局部放电所产生的超高频信号，并通过高频信号电缆将超高频信号传输到检测仪器或者示波器等仪器进行检测，从而通过检测信号的大小来推断局部放电信号的强弱。

要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种局部放电超高频信号检测传感器，其特征在于，包括：

一转接柱，其一端与所述感应电极的尾部连接；

2.如权利要求1所述的局部放电超高频信号检测传感器，其特征在于，所述感应电极的尾部与绝缘盘之间设有一密封圈。

3.如权利要求2所述的局部放电超高频信号检测传感器，其特征在于，所述绝缘盘与法兰盘之间设有另一密封圈。

4.如权利要求3所述的局部放电超高频信号检测传感器，其特征在于，所述法兰盘的上端面上设有一环形槽，所述环形槽内设有又一密封圈。

5.如权利要求1所述的局部放电超高频信号检测传感器，其特征在于，所述绝缘盘为环氧树脂绝缘盘。

6.如权利要求1所述的局部放电超高频信号检测传感器，其特征在于，所述感应电极为铝制感应电极。

7.如权利要求1所述的局部放电超高频信号检测传感器，其特征在于，所述法兰盘为铝合金制法兰盘。

8.如权利要求1所述的局部放电超高频信号检测传感器，其特征在于，所述法兰盘上、靠近其周缘处，设有若干个沿其轴向方向开设的螺纹通孔，所述各螺纹通孔均分布在一与法兰盘同心的圆周上。