CN204359899U - Gis内部高压导体局部放电检测用圆弧传感器 - Google Patents

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王增彬
李成榕
李兴旺
张西子
饶章权
彭向阳
林春耀
吕鸿
郑书生
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Abstract

本实用新型公开了GIS内部高压导体局部放电检测用圆弧传感器,包括绝缘子以及对应于三相高压导体的三段辅助电极,所述的绝缘子具有金属法兰,所述的三段辅助电极为结构相同的圆弧形,三段辅助电极分布在同一圆的圆周上,并且与所述的绝缘子同心,所述辅助电极浇注在绝缘子的环氧树脂内部,与绝缘子集成为一体,绝缘子套装高压导体后,所述的辅助电极也套于高压导体的外侧,每段辅助电极的两端均具有一个端子,其中一个端子为接地端子,另一个端子为检测端子,所述检测端子伸出绝缘子外,用于与检测装置相连接,所述的圆弧形传感器能够检测到GIS内部高压导体局部放电所产生的电磁波。该传感器抗干扰能力强且检测灵敏度高。

Description

GIS内部高压导体局部放电检测用圆弧传感器
技术领域
本实用新型涉及电力系统中电气设备的检测设备,具体是指GIS内部高压导体局部放电检测用圆弧传感器。
背景技术
气体绝缘的金属封闭式组合电器(gas-insulated metal-enclosed switchgear,简称GIS)由于可靠性高,性能优越等优点在电力系统得到广泛的应用。但是,当GIS发生绝缘故障时,其维修时间长,影响面积大,后果严重。GIS的绝缘诊断主要体现在局部放电的检测上。SF6以及设备的结构对于局部放电的特性有一定的影响。所产生的电流脉冲可达到纳米数量级,导致电磁波在千兆赫兹的范围的传播。因而,用于GIS局部放电检测的传感器需要具有足够高的灵敏度和良好的频率响应特性。
GIS一般可分为单相单筒式和三相共筒式两种形式。三相共筒型将三相元件和导体通过“品”字型布置集中在一个较大的筒内,使相间绝缘充分利用SF6气体的优越绝缘性能。相比单相单筒式的结构,其具有整体体积小,安装、检修方便,节省时间等优点。目前,110KV电压等级及母线可以做成三相共筒式,220KV及以上较多采用单相单筒式。本实用新型设计一种针对三相共筒式的新型内置式局部放电传感器。
国内外一直致力于GIS局部放电检测的研究,许多传统的局部放电测量传感器被研制出来,但其安全性、灵敏度等较低,且价格昂贵,不宜推广。由于技术的复杂性和技术要求很高,其技术程度还不够成熟,存在着诸多问题需要解决。
GIS局部放电传感主要有内置传感和外置传感两种方式。外置传感方式特别适合于已经制造好的GIS,但其灵敏度较低,而且会遇到相对大一些的空间电磁干扰,目前研究的外置传感器主要有UHF传感器、双锥天线和缝隙天线等。内置传感方式具有灵敏度高、抗干扰能力强的突出优点,目前研究的内置传感器主要有平板形传感器、锥形传感器和圆盘形传感器等。
重庆大学针对GIS结构及内部局部放电特点,在实验室GIS模拟装置上设计了一种结构创新的内置式圆环天线,并对其响应特性进行理论分析与实际测量:从电容耦合原理角度采用方波响应分析传感器及整个测试系统的频率响应特性,从天线模型角度分析幅频响应特性。
过去的一些研究表明,GIS的盆式绝缘子都被金属外圈所覆盖,因而GIS的中局部放电产生的电磁波有相当一部分,从而严重阻碍了UHF信号向外泄漏,极大降低了外置式检测方法的灵敏度。此外,外置式传感器尺径大,易受空间电磁干扰,在现场应用效果不佳。
由于GIS技术的早期设计不提供额外的布置空间,传统的内置式传感器需要在原来的壳体上增加设置窗口以进行传感器的安装。因此,传感器只能接收到通过安装窗口泄露出来的信号,其监测范围及灵敏度受到降到限制;且额外的安装空间容易造成GIS密封不严,导致SF6气体的泄露;窗口和传感器的增加也使得GIS成本大大提高。此外,在GIS原有的同轴结构均匀电场会因为窗口和传感器的增加变得不均匀,降低了绝缘裕度,不能保证GIS运行的安全可靠性。重庆大学的圆环天线虽然无须额外的窗口设置,但其开环结构的天线也存在着安装困难、安装成本高等问题,不能投入现场检测应用。
为了解决这些问题,需要研制新型传感器,使得传感器在安装时无需拆除GIS的封装和脱气,也不会破坏原有的电场分布;在保证其安全性和灵敏度的同时,尽可能降低其安装使用的成本和风险。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供GIS内部高压导体局部放电检测用圆弧传感器,该传感器抗干扰能力强且检测灵敏度高。
本实用新型的上述目的通过如下技术方案来实现的:GIS内部高压导体局部放电检测用圆弧传感器,其特征在于:所述的圆弧传感器包括绝缘子以及对应于三相高压导体的三段辅助电极,所述的绝缘子具有金属法兰,所述的三段辅助电极为结构相同的圆弧形,三段辅助电极分布在同一圆的圆周上,并且与所述的绝缘子同心,所述辅助电极浇注在绝缘子的环氧树脂内部,与绝缘子集成为一体,绝缘子套装高压导体后,所述的辅助电极也套于高压导体的外侧,每段辅助电极的两端均具有一个端子,其中一个端子为接地端子,用于与金属法兰相连接后接地,另一个端子为检测端子,所述检测端子伸出绝缘子外,用于与检测装置相连接,所述的圆弧形传感器能够检测到GIS内部高压导体局部放电所产生的电磁波,并且将检测到的电磁波输送给检测装置,从而判断GIS内部高压导体是否存在局部放电。
本实用新型中,所述绝缘子为盆式绝缘子。
本实用新型中,所述的接地端子为接地螺钉。
本实用新型中,所述的检测端子为检测螺钉。
本实用新型中,所述接地端子、检测端子的材料均为铝。
本实用新型的检测端子通过引线与检测装置相连接,其直径相对较粗,以降低其阻抗,减小对测量结果的影响。
本实用新型浇注在铸环氧树脂材料中的圆弧形辅助电极通过螺钉与接地的外壳相连接,其主要目的是平衡和均匀静电场的分布和消除的环氧树脂绝缘材料和铝制法兰之间可能存在的空气间隙的绝缘效果。每个弧形电极一端有一个可用来采集信号的接收点,可以作为一段天线通过引线与检测装置相连,从而达到测量目的。
本实用新型中的绝缘子垂直设置在GIS的接地外壳内,传感器的电极设置成圆弧形并浇注在绝缘子的环氧树脂内部,同时,圆柱形的高压导体沿接地外壳轴线设置并穿过绝缘子,该结构中的传感器可以扩大监测面积;传感器的电机为圆弧形,可以有效均匀场强,避免尖角产生电场强度突变;传感器的位置处在绝缘子地电位侧并与接地外壳金属短接,所设计的形状及位置经过严密的分析计算,可以改善该处的电场强度、提高GIS原有的绝缘裕度;在绝缘子的两侧设置屏蔽罩可以改善绝缘子该处的电场强度、并屏蔽其包围范围内的连接螺栓,防止电场强度不均匀导致绝缘故障。
与现有技术相比,本实用新型的传感器具有如下显著效果:
(1)安全可靠性高。该传感器采用的是无线的工作方式,避免了布线对GIS内部绝缘的影响;传感器利用接收到的电磁波信号供能,不需要额外提供电源,避免了GIS内部取能的困难和电源安装在GIS内部导致的安全隐患。
(2)抗干扰能力强。该传感器能够接收特高频频带的信号,经现场测试表明其抗电磁干扰能力强,能够在复杂的电磁环境中正常工作。
(3)接收灵敏度高。相比传统的外置式和内置式传感器,以及纯圆环形天线,具有更高的灵敏度。
(4)不仅在超高频段常被用作接收天线,在低频段也能够接收到一定强度的信号。
(5)本实用新型的传感器的预埋在绝缘子中,无须额外的安装空间,成本低,稳定性高,且不需要对传感器一侧供能,维护方便。圆弧结构相比纯圆环形结构更为简单灵活,能够节约一定的成本可以为电力单位减少大量的物力、财力和人力,提高经济效益,保障电力设备的运行安全。这都将契合和服务于当前我国电网公司实施的统一坚强的智能电网大战略。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。
图1是GIS的内部结构图,显示内部高压导体、绝缘子以及外壳的位置;
图2是本实用新型圆弧传感器的结构示意图;
图3是现有的外置式传感器检测到的20pC放电信号的频谱波图,测量的是母线上的尖端放电信号;
图4是现有的内置式传感器检测到的20pC放电信号的频谱波图,测量的是母线上的尖端放电信号;
图5是本实用新型传感器检测到的20pC放电信号的频谱波图,测量的是母线上的尖端放电信号。
附图标记说明
1、高压导体;  2、绝缘子;  21、金属法兰;  3、外壳;
4、辅助电极;  41、接地端子;  42、检测端子
具体实施方式
如图1、图2所示的GIS内部高压导体局部放电检测用圆弧传感器,该圆弧传感器包括绝缘子2以及对应于三相高压导体1的三段辅助电极4,绝缘子2为盆式绝缘子2,绝缘子2具有金属法兰21,三段辅助电极4为结构相同的圆弧形,三段辅助电极4分布在同一圆的圆周上,并且与绝缘子2同心,辅助电极4浇注在绝缘子2的环氧树脂内部,与绝缘子2集成为一体,绝缘子2套装高压导体1后,辅助电极4也套于高压导体1的外侧,每段辅助电极4的两端均具有一个端子,其中一个端子为接地端子41,用于与金属法兰21相连接后接地,具体与金属法兰21相连接后与接地的GIS的外壳3相连接,达到接地的效果,另一个端子为检测端子42,检测端子42伸出绝缘子2外,不与金属法兰21相接触,检测端子42用于与检测装置相连接,圆弧形传感器能够检测到GIS内部高压导体1局部放电所产生的电磁波,并且将检测到的电磁波输送给检测装置,从而判断GIS内部高压导体1是否存在局部放电。这里的检测装置为通过导线与检测端子42相连接的外接示波器。
本实施例中的高压导体1包括GIS内部的断路器、母线、隔离开关等内部部件,本实用新型的圆弧传感器可以测量GIS设备内部的尖端放电、气泡放电、金属颗粒放电、沿面放电、气泡放电等的特高频电磁波信号。
本实施例中,三相高压导体1封闭在一个圆筒腔体内,采用三相共箱式结构。它的优点是外壳涡流损耗小,相应地载流容量大。高压导体1用盆形绝缘子固定,绝缘子两侧的导体部分套有均压环,以避免放电。
本实施例中,接地端子41为接地螺钉,检测端子42为检测螺钉,接地端子41、检测端子42的材料均为铝。由于铝的膨胀系数与绝缘子的环氧树脂膨胀系数相近,所以将两个端子的材料选用为铝。
本实用新型的圆弧传感器为内置预埋式圆弧形传感器,传感器与绝缘子2集成为一个整体,传感器的重要部件如辅助电极4浇注在GIS盆式绝缘子2内部,用于检测GIS腔体内传来的高压导体1上的局部放电电磁波信号,解决了传统传感器安装在GIS内部的安装位置问题、场强均匀分布问题和灵敏度问题。为电力系统节约了大量的物力、财力和人力,杜绝了由于传感器布线或取能造成的安全隐患,提高了电力系统运行的安全可靠性。
本实用新型的圆弧型传感器的独特结构决定了其相比其他类型的内置式传感器耦合到更宽频带的信号,其接地螺钉部分相当于单极天线,可以用于耦合高频信号,圆弧形部分则可以耦合到一定的低频信号。
本实用新型的传感器在进行实验测试时,在高压导体1表面安装尖刺放电模型。通过工频实验变压器向尖刺放电模型施加的试验电压为21kV时产生局部放电,局部放电仪显示视在放电量为20pC左右,本实用新型传感器接收到局部放电信号,通过示波器呈现出波形。
图3、图4、图5是采用现有技术中各检测设备以及本实用新型传感器检测到的20pC放电信号的频谱波形,测量的部位为GIS内部母线上的尖端放电信号。其中,图3为外置式传感器测到的波形,图4为现有内置式传感器测到的波形,图5为本实用新型传感器测到的波形。从图可以看出,相同或等价位置处,本实用新型检测到的幅值远大于其他三类天线检测到的信号幅值。与外置式和内置传感器相比,本实用新型检测局部放电的能力更强,原因可能是局部放电信号在低频部分的含量多,在高频部分的含量少,而本实用新型在低频部分的检测能力高于其他几类传感器。本实用新型能够有效的监测GIS腔体内部局部放电信号,其灵敏度、精度和信号强度均符合预期的设计。
本实用新型的上述实施例并不是对本实用新型保护范围的限定,本实用新型的实施方式不限于此,凡此种种根据本实用新型的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下,对本实用新型上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更,均应落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.GIS内部高压导体局部放电检测用圆弧传感器,其特征在于:所述的圆弧传感器包括绝缘子以及对应于三相高压导体的三段辅助电极,所述的绝缘子具有金属法兰,所述的三段辅助电极为结构相同的圆弧形,三段辅助电极分布在同一圆的圆周上,并且与所述的绝缘子同心,所述辅助电极浇注在绝缘子的环氧树脂内部,与绝缘子集成为一体,绝缘子套装高压导体后,所述的辅助电极也套于高压导体的外侧,每段辅助电极的两端均具有一个端子,其中一个端子为接地端子,用于与金属法兰相连接后接地,另一个端子为检测端子,所述检测端子伸出绝缘子外,用于与检测装置相连接,所述的圆弧形传感器能够检测到GIS内部高压导体局部放电所产生的电磁波,并且将检测到的电磁波输送给检测装置,从而判断GIS内部高压导体是否存在局部放电。
2.根据权利要求1所述的GIS内部高压导体局部放电检测用圆弧传感器,其特征在于:所述的接地端子为接地螺钉。
3.根据权利要求1所述的GIS内部高压导体局部放电检测用圆弧传感器,其特征在于:所述的检测端子为检测螺钉。
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