CN209878857U - 一种用于运行干抗缺陷诊断的高压大电流带电检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于运行干抗缺陷诊断的高压大电流带电检测装置，属于电流传感器领域，包括对称铁芯及其绕组(1)和(2)；所述对称铁芯(1)和(2)在对称位置存在2个非磁性气隙；感应绕组N₂₁和N₂₂分别缠绕在所述对称铁芯(1)和(2)上；所述感应绕组N₂₁和N₂₂呈对称环状布置，用于产生感应电动势；所述对称铁芯(1)和(2)为对称半圆环形；所述感应绕组N₂₁和N₂₂线路连通构成电气回路，用于接入测量电阻产生感应电动势；所述对称铁芯(1)和(2)可分离，用于穿过所述开口安装在运行干抗的星架母排上。本实用新型提供的高压大电流带电检测装置具有测量精度高、抗干扰能力强、可靠性高的特点。

Description

一种用于运行干抗缺陷诊断的高压大电流带电检测装置

技术领域

本实用新型涉及电流传感器技术领域，特别涉及一种采用对称铁芯及机械闭锁结构可拆卸的高压大电流带电检测装置。

背景技术

随着电子式电流传感器的发展，电流传感器获得了广泛的应用。在现有技术中平板式电流传感器厚度太小,导致线圈截面积太小,所以单线圈输出电压非常小；平板式罗氏线圈电流传感器在消除垂直磁场干扰误差时采用的方法为：第一，设置回线，第二，用两个线圈反向，抵消垂直磁场的干扰，而且使得输出加倍。两个方法都有一定的缺陷，回线的设置是要经过计算的，并不是线圈的中心处，而且对于垂直磁场不均匀的情况，回线的位置固定就不准确。第二种方法，则需要上下两个线圈完全对齐，这也是不容易做到的。而且PCB平板罗氏线圈不能很好的克服温度误差的影响，同时在对平板式罗氏线圈进行开口时，很难保证多个平板的对齐，从而引入了相应的误差。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种具有方便现场安装拆卸、互感大、抗干扰能力强、测量精度高和可靠性高的高压大电流带电检测装置。

本实用新型提供的一种用于运行干抗缺陷诊断的高压大电流带电检测装置，其特征在于，由对称铁芯及其绕组组成；

对称铁芯在对称位置存在2个非磁性气隙；感应绕组N₂₁和N₂₂分别缠绕在所述对称铁芯上；所述感应绕组N₂₁和N₂₂呈对称环状布置，用于产生感应电动势；对称铁芯为对称半圆环形；所述感应绕组N₂₁和N₂₂线路连通构成电气回路，用于接入测量电阻产生感应电动势；

对称铁芯可分离，用于穿过所述开口安装在运行干抗的星架母排上。

对称铁芯的非磁性气隙处设置有闭锁结构；所述闭锁结构用于紧固上下对称铁芯，使之形成完整磁路。

作为优选，上下对称铁芯的左右2个截面具有相反的V字形切面，可相互嵌入，防止移位；通过机械闭锁结构锁紧后，可防止切面受潮或长时间运行后气隙增大，从而保证所述铁芯接口固定连接，磁通不变。

作为优选，测量采用LPCT原理，可通过对电阻两端电压进行测量采样。

作为优选，测量数据通过光纤传输到低压侧，通过光纤实现绝缘。

本实用新型提供的高压大电流带电检测装置具有测量精度高、抗干扰能力强、可靠性高的特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的高压大电流带电检测装置铁芯结构图。

图2为本实用新型实施例提供的高压大电流带电检测装置结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的高压大电流带电检测装置的比差随∈变化的关系示意图。

图4为本实用新型实施例提供的高压大电流带电检测装置的角差随∈变化的关系示意图。

图5为本实用新型实施例提供的高压大电流带电检测装置重量随宽度的变化关系示意图。

图6为本实用新型实施例提供的高压大电流带电检测装置计算的角差随铁芯重量的变化关系图。

图7为本实用新型实施例提供的高压大电流带电检测装置的角差下降率随重量的变化关系图。

图8为本实用新型实施例提供的载流导体偏心距离示意图。

图9为本实用新型实施例提供的单铁芯线圈偏心误差和偏心距及角度的关系示意图。

图10为本实用新型实施例提供的双铁芯相对位置示意图。

图11为本实用新型实施例提供的双铁芯线圈偏心误差和偏心距及角度的关系示意图。

图12为本实用新型实施例提供的双铁芯线圈偏心误差和偏心距及角度的关系示意图。

具体实施方式

为了深入了解本实用新型，下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。

从图1和图2中可以看出，本实用新型提供的运行干抗缺陷诊断的高压大电流带电检测装置由对称铁芯及其绕组组成；

根据二次绕组电流密度的大小确定二次绕组直径为1mm。然后根据二次绕组绕6层，一层500匝，确定铁芯内直径300mm。

铁芯内直径d₁＝300mm，铁芯截面宽设为∈，则铁芯高度h＝2∈，铁芯的外直径d₂＝d₁+2∈。计算铁芯各参数随∈的变化关系。

计算了∈在20～100mm内变化的时候，在气隙计算长度为2mm的情况下，铁芯线圈的比差和角差随∈变化的关系如图3和图4所示。从图中可以看到在∈超过40mm之后，比差和角差下降的就很慢了。在我们增大截面积的宽度之后，带来的铁芯重量的增加也是我们需要关注的，如图5所示。

从图5中可以看到重量的变化是相当大的，从宽度30mm时的不足20公斤到宽度100mm时接近200公斤。很显然200公斤的铁芯对试验是一个不太能接受的重量。为此我们可以算出角差随铁芯重量变化的关系曲线如图6所示。

从图6中可以看到，在铁芯的重量超过40公斤之后，角差随铁芯重量下降的速度就很慢了。为了能够更加合理的确定铁芯重量的范围，我们计算得到增加单位重量铁芯的角差下降率和铁芯重量的关系，如图7所示。从图7中，在铁芯的重量超过20公斤后，增加铁芯重量所能够带来的角差下降收益是非常低的，并且和20公斤之前相比差距非常明显。因此，铁芯的重量控制在20公斤之内。从图5中可以看到，重量控制在20公斤之内，那么铁芯截面的宽度应该控制在 35mm之内。

根据上面的计算结果，本文最后确定制造的铁芯的参数为：内直径300mm，外直径370mm，高度60mm。

对于闭合铁芯，线圈一般都会绕制成完全分布式绕组，理论上采用理想的完全分布式绕组时，偏心距不会产生误差。但是对于双气隙铁芯，由于在两个开口处会有线圈的缺口，因此不是完全分布式绕组，偏心距离会产生误差。同时，在现场多次安装的情况下，也难以保证一次母线准确的从线圈中心穿过。因此，本实用新型对双气隙铁芯的偏心距误差进行了理论计算，根据计算提出了双铁芯串联方案，并通过试验验证了方案的有效性。

本实用新型制造的铁芯根据实际需要，在气隙开口处两侧共80mm部分没有绕制线圈，两个气隙开口共160mm部分没有绕制线圈，理论计算根据这个线圈缺口进行计算。

对铁芯线圈的各参数做如下给定。制造的线圈截面为矩形，设线圈截面高度为h，内径为a，外径为b，线圈匝数为N。一次导体垂直穿过线圈平面，线圈中心位置O点到载流导体中心位置Q点的距离(即载流导体偏心距离)为λ。建立以O点为极点，OQ为极轴的极坐标系。设线圈截面上任一点P(ρ，θ)到Q点的距离为k，

定义：(1)线圈环径比κ：线圈外半径与内半径之比，即κ＝b/a；

(2)线圈偏心度σ：载流导体偏心距与线圈内半径之比，即σ＝λ/a。

根据推导，当铁芯材料连续平均分布且线圈均匀连续分布时，被测电流i(f)在 N匝线圈中产生的感应电动势为：

双气隙铁芯线圈的偏心距离误差同偏心距离的大小有关，同时由于铁芯和线圈中两个气隙开口的存在，双气隙铁芯线圈的偏心距离误差不仅同偏心距离的大小有关，也同偏心距连线与气隙连线之间的夹角大小有关。当气隙铁芯的二次绕组在开口附近留有ξ＝80mm区域没有绕制绕组时，令γ＝ξ/(a)为一个气隙开口附近线圈缺口对应的圆周角度，则单个铁芯的N匝线圈中产生的感应电动势为：

当一次导体的偏心距和铁芯气隙连线之间存在夹角，设为β，加上这个角度后，线圈感应电动势的计算公式如下所示：

铁芯线圈的偏心误差的定义为，当一次载流导体处于偏心距离σ上时，线圈中产生的感应电动势e(σ，t)与当一次载流导体处于线圈中心时线圈中产生的感应电动势e(0，t)的差值的百分数，写成公式如下所示：

根据推导的偏心距误差计算公式，计算偏心度(偏心距离与铁芯内半径的比值)分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5时，偏心误差随偏心距与气隙连线之间夹角的变化关系。偏心距与气隙连线之间的夹角，以偏心距在气隙连线上时为零度角，计算该角度在0～90°范围之间变化时的偏心误差变化曲线。计算结果如图8所示。

从图8中可以看到，当偏心距为0.3的时候，铁芯的偏心误差就已经超过了0.5％，说明单个铁芯的偏心误差较大，需要采取措施来改善这种情况。从图9中我们注意到偏心误差有比较明显的正向误差和负向误差的区域，并且两个区域的偏心距离误差的绝对值大小差距不大，可以考虑将双气隙铁芯线圈偏心距离误差的正向误差区域和负向误差区域叠加的方式来减小误差，为此我们采用两个铁芯串联的方式进行。

双铁芯的位置关系为，两个铁芯平行放置，两个铁芯的气隙连线相互垂直，如图10所示。在这种位置关系下，第一个铁芯的正向误差区域和第二个铁芯的负向误差区域重叠，第一个铁芯的负向误差区域和第二个铁芯的正向误差区域重叠。当一次导线处于一个偏心位置时，其在两个铁芯中产生的偏心距离误差会产生相当程度的抵消。

我们计算偏心比分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5时，角度在0～90°变化时的偏心误差，如图12所示。对比图11和图12，可以看到整个线圈的偏心误差大幅下降了，偏心比为0.3时的最大偏心误差已经小于0.1％了，为了考虑到项目期望的铁芯的精度和实际的偏心距情况，我们将0.1、0.2和0.3这三种偏心比的情况放大来看，如图12。

从图12中可以看到如果能够将一次载流导体的偏心度控制在0.2以内，那么偏心误差是很小的，小于0.01％，如果将偏心度控制在0.3以内，那么产生的偏心误差小于0.05％。铁芯内直径为300mm，偏心比0.2对应偏心距30mm，偏心比0.3对应偏心距45mm。

Claims (5)

1.一种用于运行干抗缺陷诊断的高压大电流带电检测装置，其特征在于，包括对称铁芯(1)和(2)及其绕组；

所述对称铁芯(1)和(2)在对称位置存在2个非磁性气隙；感应绕组N₂₁和N₂₂分别缠绕在所述对称铁芯(1)和(2)上；所述感应绕组N₂₁和N₂₂呈对称环状布置，用于产生感应电动势；

所述对称铁芯(1)和(2)为对称半圆环形；所述感应绕组N₂₁和N₂₂线路连通构成电气回路，用于接入测量电阻产生感应电动势；

所述对称铁芯(1)和(2)可分离，用于穿过开口安装在运行干抗的星架母排上。

2.根据权利要求1所述的用于运行干抗缺陷诊断的高压大电流带电检测装置，其特征在于，所述对称铁芯(1)和(2)的非磁性气隙处设置有闭锁结构；所述闭锁结构用于紧固上下对称铁芯(1)和(2)，使之形成完整磁路。

3.根据权利要求1所述的用于运行干抗缺陷诊断的高压大电流带电检测装置，其特征在于，所述铁芯(1)和(2)的左右2个截面具有相反的V字形切面，可相互嵌入，防止移位；通过机械闭锁结构锁紧后，可防止切面受潮或长时间运行后气隙增大，从而保证所述铁芯(1)和(2)固定连接，磁通不变。

4.根据权利要求1～3任一项所述的用于运行干抗缺陷诊断的高压大电流带电检测装置，其特征在于，测量采用LPCT原理，可通过对电阻两端电压进行测量采样。

5.根据权利要求1所述的用于运行干抗缺陷诊断的高压大电流带电检测装置，其特征在于，测量数据通过光纤传输到低压侧，通过光纤实现绝缘。