CN202305736U - 气体绝缘组合电器局部放电检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气体绝缘组合电器局部放电检测装置，解决了现有技术中对气体绝缘组合电器的局部放电不能进行有效检测的问题。包括在气体绝缘组合电器的气体绝缘外壳（1）与导电杆（2）之间设置的盘式绝缘子（3），在所述的盘式绝缘子（3）与气体绝缘外壳（1）上的金属法兰盘压接的缝隙处设置有平面等角螺旋天线（4），平面等角螺旋天线（4）与特高频放大单元（6）电连接，特高频放大单元（6）与高速A/D转换器电连接在一起，高速A/D转换器与大容量数据存储单元电连接，大容量数据存储单元连接有计算机，在计算机中设置有对大容量数据存储单元中采集到的电信号进行分析的程序。实现了对气体绝缘组合电器的绝缘监测和检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种对气体绝缘组合电器的局部放电现象进行超高频检测的装置。
背景技术
近年来，随着城市电网的发展，气体绝缘组合电器变电站的数量不断增加。由于气体绝缘组合电器设备的运行电压较高，其内部空间极为有限，导致气体绝缘组合电器设备的工作场强很高。气体绝缘组合电器设备中绝缘裕度相对较小，在严格控制的环境条件下，气体绝缘组合电器设备中SF6气体的击穿强度可望达到相当高的水平，但实际运行水平只能达到期望值的一半，甚至更低。一旦气体绝缘组合电器设备内部出现某种缺陷，极易发生设备故障。随着气体绝缘组合电器变电站数量的增多，气体绝缘组合电器设备发生故障的几率也在增加。起初，人们普遍认为气体绝缘组合电器设备属于免维护设备，加之气体绝缘组合电器变电站数量较少，导致人们对气体绝缘组合电器设备故障监测、检测技术的研究较少，现场运行中缺乏针对气体绝缘组合电器故障的监测、检测手段和措施。
发明内容
本实用新型提供的一种气体绝缘组合电器局部放电检测装置解决了现有技术中对气体绝缘组合电器的局部放电不能进行有效检测的问题。
本实用新型是通过以下方案解决以上问题的：
一种气体绝缘组合电器局部放电检测装置，包括在气体绝缘组合电器的气体绝缘外壳与导电杆之间设置的盘式绝缘子，在所述的盘式绝缘子与气体绝缘外壳上的金属法兰盘压接的缝隙处设置有平面等角螺旋天线，平面等角螺旋天线与特高频放大单元电连接，特高频放大单元与高速A/D转换器电连接在一起，高速A/D转换器与大容量数据存储单元电连接，大容量数据存储单元连接有计算机，在计算机中设置有对大容量数据存储单元中采集到的电信号进行分析的程序。
所述的平面等角螺旋天线、特高频放大单元和高速A/D转换器均设置在金属屏蔽壳体中，金属屏蔽壳体敞开的一面对应设置在盘式绝缘子与气体绝缘外壳上的金属法兰盘压接的缝隙位置，所述的特高频放大单元连接有检波单元。
本实用新型实现了对气体绝缘组合电器的绝缘监测和检测，提高了气体绝缘组合电器设备的安全运行水平，保证电力系统的安全运行。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图
图2是平面等角螺旋天线的结构示意图
图3是信号放大单元原理示意图。
具体实施方式
一种气体绝缘组合电器局部放电检测装置，包括在气体绝缘外壳1与导电杆2之间设置的盘式绝缘子3，在所述的盘式绝缘子3与气体绝缘外壳1上的金属法兰盘压接的缝隙处设置有平面等角螺旋天线4，平面等角螺旋天线4与特高频放大单元6电连接，特高频放大单元6与高速A/D转换器电连接在一起，高速A/D转换器与大容量数据存储单元电连接，大容量数据存储单元连接有计算机，在计算机中设置有对大容量数据存储单元中采集到的电信号进行分析的程序。
所述的平面等角螺旋天线4、特高频放大单元6和高速A/D转换器均设置在金属屏蔽壳体5中，金属屏蔽壳体5敞开的一面对应设置在盘式绝缘子3与气体绝缘外壳1上的金属法兰盘压接的缝隙位置，所述的特高频放大单元6连接有检波单元7。
本实用新型集局部放电信号的传感、采集、处理、显示和数据分析于一体，能够对气体绝缘组合电器泄漏出的局部放电信号进行检测，并经过信号调理和模数转换输入到数字计算机，在计算机屏幕上可以实时显示设备的局部放电波形。内部集成的数据分析软件能够对采集的样本数据及时进行处理，帮助运行人员完成局部放电信号的定位和识别，有效分析判断设备的状况。
局部放电是绝缘缺陷处的局部击穿，同时会产生一个前沿很陡的脉冲电流，并以电磁波的形式向周围辐射传播。局部放电的击穿过程越快，脉冲电流的前沿陡度越大，则辐射电磁波的频率越高。 SF6气体的绝缘强度远高于空气，因此相同形状的放电间隙，在SF6气体中发生放电所产生的电磁波频率要远高于普通的空气中放电。气体绝缘组合电器设备产生的局部放电信号的频率范围位于特高频(UHF)段，约为300MHz-1.5GHz。当气体绝缘组合电器内部存在局部放电现象时，所产生的UHF电磁波能够沿着气体绝缘组合电器的管体向远处传播。气体绝缘组合电器的管体结构类似于波导，UHF电磁在传播时的衰减比较小，因此能够传播到较远的距离。但是，通常在气体绝缘组合电器管体的拐弯、T形连接、盘式绝缘子和电流互感器的引出端处会有比较明显的衰减。
由于导体支撑和气室隔离的需要，气体绝缘组合电器设备内部有很多的盘式绝缘子安装在连接法兰之间。盘式绝缘子使金属法兰盘之间存在一个很小的绝缘缝隙，当气体绝缘组合电器内部的UHF信号传播到盘式绝缘子处时，部分信号会通过此绝缘缝隙辐射到气体绝缘组合电器设备的体外。该信号不是简单的通过缝隙从气体绝缘组合电器内部传播到外部，UHF信号流过气体绝缘组合电器壳体时在缝隙处会产生二次辐射，且缝隙宽度不会对辐射强度产生决定性影响。因此，在气体绝缘组合电器体外的盘式绝缘子处安放天线，则可以传感到气体绝缘组合电器设备内部的UHF局部放电信号。
信号接收单元：负责拾取气体绝缘组合电器设备内部因局部放电而产生的UHF信号，由UHF接收天线完成；
信号放大单元：负责对UHF接收天线传感的局部放电信号进行放大，增强信号传输和处理过程中的信噪比，由高增益射频放大器完成；
信号变换单元：实现局部放电信号的模－数转换及存储，供后台分析软件调用、显示、存储和进一步处理，由内嵌大容量存储器的高速模数转换器组成；
信号处理单元：对检测到的局部放电信号进行处理和分析，为用户后续的波形分析、放电类型识别、故障查找等提供依据。
气体绝缘组合电器局部放电的UHF传感基本属于近场的感应场，而非远场的辐射场，其接收天线的设计无需复杂的理论。对于工作频带为300MHz-1.5GHz的UHF传感器来说，要求其体积小且不能有尖端，因此广泛选择平面螺旋天线进行制作。为了保证传感器在有效的频带内具有近乎不变的检测灵敏度，本设备选择平面等角螺旋天线作为设计方案。
本实用新型选择高增益射频放大器单元模块作为UHF天线的信号放大单元，通道增益超过40dB。模块采用电池供电，防止开关电源模块输出中纹波干扰和电压波动对检测结果的影响。
信号放大单元能够同时提供两种信号输出接口：特高频输出HO和检波输出MO。一般来说，气体绝缘组合电器设备的局部放电类型和严重程度主要是由其放电信号的幅值和工频相位确定的。因此，为了降低局部放电信号检测对硬件系统性能的要求，减少需要处理的数据量，本实用新型仅需要通过对MO信号的处理即可以实现局部放电检测的目的。在需要利用时差法对局部放电信号进行精确定位的情况下，可以直接将特高频信号输出HO接入高性能示波器，通过比较不同传感器输出信号的时间差即可以估算出局部放电源的确切间隔位置。
在基于CPLD设计的控制单元的作用下，信号放大单元传输的局部放电信号不断被采集并经高速A／D转换器变换为数字信号。转换后的结果自动存入大容量数据存储器，供上位机调用。
一般来说，局部放电检测是一种模糊的定性检测手段，对A/D转换器的精度没有太高的要求。同时，过高的数据采集精度也会限制A/D转换器的转换效率，因此本实用新型选用的A/D转换器精度为16位，但转换速度可高达1MSPS。这种处理模式一方面能够基本满足局部放电检测对采集精度的要求，降低设备成本，另一方面也可以大幅度提高相位检测的精确度。
信号变换单元可同时接收两路局部放电检测信号的输入，既可以通过比较两路信号的幅值来完成简单的故障定位，也可以将其中一路复用为同步信号输入，实现局部放电信号的相位测量。
信号处理单元由个人计算机和专用软件系统组成。本软件系统采用仿数字示波器软件风格界面，实现控制、显示、存储和分析功能的一体化设计，大大降低用户学习和掌握的工作量。
用户通过本软件系统，可以实现下列基本功能：手动控制数据的采集和终止；数据采集波形的实时显示；数据显示波形的通道切换；采样参数的手动设置；统计数据的实时检测值；数据采集波形的位置调整；数据记录波形的回放；高级分析功能。
Claims (2)
1.一种气体绝缘组合电器局部放电检测装置，包括在气体绝缘组合电器的气体绝缘外壳（1）与导电杆（2）之间设置的盘式绝缘子（3），其特征在于，在所述的盘式绝缘子（3）与气体绝缘外壳（1）上的金属法兰盘压接的缝隙处设置有平面等角螺旋天线（4），平面等角螺旋天线（4）与特高频放大单元（6）电连接，特高频放大单元（6）与高速A/D转换器电连接在一起，高速A/D转换器与大容量数据存储单元电连接，大容量数据存储单元连接有计算机，在计算机中设置有对大容量数据存储单元中采集到的电信号进行分析的程序。
2.如权利要求1所述的一种气体绝缘组合电器局部放电检测装置，其特征在于，所述的平面等角螺旋天线（4）、特高频放大单元（6）和高速A/D转换器均设置在金属屏蔽壳体（5）中，金属屏蔽壳体（5）敞开的一面对应设置在盘式绝缘子（3）与气体绝缘外壳（1）上的金属法兰盘压接的缝隙位置，所述的特高频放大单元（6）连接有检波单元（7）。
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