CN212321766U - 一种利用磁效应的局放检测用信号采集装置、系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种利用磁效应的局放检测用信号采集装置、系统，所述信号采集装置包括信号采集传感器，所述信号采集传感器包括TMR磁性传感器，所述利用磁效应的局放检测系统，包括所述的信号采集装置，还包括信号处理装置，所述信号处理装置与所述TMR磁性传感器连接，接收所述TMR磁性传感器采集的信号并对所述信号进行处理。本实用新型采用TMR磁性传感器进行局放信号采集，可以有效避免电磁天线中的电感和电容因自激震荡产生干扰信号影响检测结果的准确性，同时通过采用高频磁性材料汇聚磁力线，有效提高了检测灵敏度，本实用新型可以及时准确发现局放发生位置，并对电缆接头使用寿命进行预估，为电缆维修人员提供技术支撑。

Description

一种利用磁效应的局放检测用信号采集装置、系统

技术领域

本实用新型涉及高压电缆局放检测领域，具体涉及一种利用磁效应的局放检测用信号采集装置、系统。

背景技术

高压电缆局部放电又称局放，是引起高压电缆事故的主要因素，多年来一直受到广泛的关注。局放易引起高压电缆事故主要有两方面的原因：一是电缆的绝缘部件存在缺陷，易引起局部微量放电的发生，而局部微量放电又会加速电缆绝缘性能劣化，最终导致电缆击穿；二是电力电缆中间接头的电场应力较为集中，是电力电缆绝缘的薄弱环节，更容易产生绝缘故障，大部分的电缆绝缘击穿问题发生在电缆接头位置。对电缆局部放电进行早期检测可以有效预防电缆击穿事故的发生。

局放检测一直是电力工程的难点，常用的局放检测方法包括电磁天线检测方法和超声波检测方法。采用电磁天线进行局放检测时，天线会受到电磁波激励产生干扰信号，因为局放环境复杂，干扰信号严重，干扰信号的错误激励会导致检测结果准确性降低。如申请号为201810226618.8的专利申请公开了一种高压电缆接头局放检测定位仪及局放检测定位方法，所述高压电缆接头局放检测定位仪包括局放电容传感器及可安装在客体内的信号采集装置，信号处理装置，所述信号处理装置通过线路连接有数据显示装置、控制装置及数据存储装置；所述局放电容传感器数量至少为两个且采用多点布局阵列式放置包裹在被测高压电缆接头的绝缘层的外部，每一个所述局放电容传感器分别通过独立的线路与所述信号采集装置电性连接，该申请公开的高压电缆接头局放检测定位仪及方法可以定位局放发生的位置，但是因为其采用电容传感器进行局放信号采集，同样存在易受电磁波干扰的问题，检测精度及抗干扰能力有待进一步提高。采用超声波进行局放检测时，因为超声波无法轻易穿透电缆接头的硅橡胶层，信号会被软性材料吸收，因此无法轻易的检测出局放信号。

实用新型内容

根据上述现有技术的缺点和不足，本实用新型的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或者多个。

本实用新型的第一方面提供一种利用磁效应的局放检测用信号采集装置，其采用如下技术方案。

一种利用磁效应的局放检测用信号采集装置，包括信号采集传感器，所述信号采集传感器包括TMR磁性传感器。

优选的是，所述利用磁效应的局放检测用信号采集装置还包括磁性材料，所述磁性材料设置于所述TMR磁性传感器两侧，用于汇聚磁力线，提高所述TMR磁性传感器对空间电磁场的检测灵敏度。

上述任一方案优选的是，至少两个所述TMR磁性传感器以矩阵方式安装在电缆接头绝缘层外、铜壳保护层内。

上述任一方案优选的是，所述电缆接头绝缘层外、铜壳保护层内以矩阵方式安装有与所述TMR磁性传感器数量相同的支架，每一所述TMR磁性传感器安装在所述支架上。

上述任一方案优选的是，所述磁性材料为高频磁性材料，所述高频磁性材料包括但不限于镍锌铁氧体、非晶磁性材料。

本实用新型的另一方面，提供一种利用磁效应的局放检测系统，包括所述的信号采集装置，还包括信号处理装置，所述信号处理装置与所述TMR磁性传感器连接，接收所述TMR磁性传感器采集的信号并对所述信号进行处理。

优选的是，所述TMR磁性传感器与所述信号采集装置通过有线或无线的方式连接。

上述任一方案优选的是，所述信号处理装置对接收到的所述TMR磁性传感器采集的信号进行判断，判断某一TMR磁性传感器信号强度超过设定阈值时，电缆接头处发生局放。

上述任一方案优选的是，所述信号处理装置对接收到的所述TMR磁性传感器采集的信号进行判断，判定同一时刻信号强度最大处为局放发生的位置。

上述任一方案优选的是，所述信号处理装置根据接收到的所述TMR磁性传感器采集的信号，预估所述电缆接头使用寿命。

上述任一方案优选的是，所述信号处理装置依据局放放电量的历史增长趋势，判断局放放电量到达设定阈值的时间，进而预估所述电缆接头的使用寿命。

上述任一方案优选的是，所述信号处理装置安装于所述电缆接头铜壳保护层外，或者所述电缆接头表层之外。

上述任一方案优选的是，利用磁效应的局放检测系统还包括服务器，所述服务器通过无线连接方式与所述信号处理装置连接。

上述任一方案优选的是，利用磁效应的局放检测系统还包括至少一个移动终端，所述移动终端与所述服务器无线连接。

上述任一方案优选的是，所述利用磁效应的局放检测系统进行局放检测的过程，包括步骤：

所述TMR磁性传感器采集信号；

所述TMR磁性传感器采集的信号发送至所述信号处理装置；

所述信号处理装置根据接收到的信号判断是否发生局放及局放发生的位置，预估所述电缆接头的使用寿命。

本实用新型的利用磁效应的局放检测用信号采集装置、系统及方法采用TMR磁性传感器进行局放信号采集，可以有效避免电磁天线中的电感和电容因自激震荡产生干扰信号影响检测结果的准确性，同时通过采用高频磁性材料汇聚磁力线，有效提高了检测灵敏度，本实用新型可以及时准确发现局放发生位置，并对电缆接头使用寿命进行预估，为电缆维修人员提供技术支撑。

附图说明

图1为按照本实用新型的利用磁效应的局放检测用信号采集装置的一优选实施例的结构示意图。

图2为按照本实用新型的利用磁效应的局放检测用信号采集装置的如图1所示实施例的安装示意图。

图3为按照本实用新型的利用磁效应的局放检测用信号采集装置的如图1所示实施例的安装截面示意图。

图4为按照本实用新型的利用磁效应的局放检测用信号采集装置的如图1所示实施例的约束磁力线示意图。

图5为按照本实用新型的利用磁效应的局放检测系统的一优选实施例的结构示意图。

图6为按照本实用新型的利用磁效应的局放检测系统的如图5所示实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合具体实施例对本实用新型作详细说明。下述说明中的“连接”包括直接连接和通过其他部件间接连接，包括通过导线电连接，也包括通过接头插接或者通信连接，还包括其他使两个部件产生关系的其他连接方式。

实施例1

如图1-图4所示，一种利用磁效应的局放检测用信号采集装置，包括信号采集传感器，所述信号采集传感器包括TMR（Tunnel Magneto Resistance隧道磁阻）磁性传感器1和磁性材料2，还包括矩阵分布的支架，所述支架设置在电缆接头4的绝缘层3之外、电缆接头4的铜壳保护层5内。每一所述TMR磁性传感器1设置在一个单独的所述支架上，且同样位于电缆接头4的绝缘层3之外、电缆接头4的铜壳保护层5内。每一所述TMR磁性传感器1两侧均设置有所述磁性材料2，用于汇聚磁力线，提高所述TMR磁性传感器1对空间电磁场的检测灵敏度，所述磁性材料2为高频磁性材料，所述高频磁性材料包括但不限于镍锌铁氧体、非晶磁性材料。

在本实施例中，所述矩阵分布的支架采用4*4的均匀矩阵分布方式，其分布方式为：以电缆轴线为中心，以电缆接头4的绝缘层3之外、铜壳保护层5之内的一条平行于所述电缆轴线的线为起点，每隔90°在所述绝缘层3之外、铜壳保护层5之内取一条与所述电缆轴线平行的线，共在所述电缆接头4的绝缘层3之外、铜壳保护层5之内获得4条线作为一组所述TMR磁性传感器1的安装基线，所述4条安装基线距离所述电缆轴线的距离相同。在每条所述安装基线上安装4个所述TMR磁性传感器1，每一所述TMR磁性传感器1的两侧均设置有所述高频磁性材料镍锌铁氧体。如对每条安装基线上的所述TMR磁性传感器1按照相同的方向进行顺序排号为1~4，则不同所述安装基线上的相同排号的所述TMR磁性传感器1所在的平面垂直于所述电缆轴线。

发生局部放电的信号源6产生的空间电磁场的磁力线经过所述高频磁性材料镍锌铁氧体之后，其磁力线经过汇聚，所述TMR磁性传感器1可以更灵敏的检测到经过汇聚的磁力线，进而对因发生局放而产生的空间电磁场的检测灵敏度得到了提升。

所述TMR（Tunnel Magneto Resistance隧道磁阻）磁性传感器利用穿隧磁阻效应效应制作而成。所述磁阻是指：材料的电阻因为外加磁场而增加或者减少的变化量。物质在磁场中的电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。同霍尔效应类似，磁阻效应也是由于载流子在磁场中收到的洛伦兹力而产生的。从一般磁阻开始，磁阻的发展经历了巨磁阻（GMR）、庞磁阻（CMR）、异向磁阻（AMR）、隧道磁阻（TMR）、直冲磁阻（BMR）和异常磁阻（EMR）阶段。所述TMR磁性传感器依靠先进的薄膜过程技术制作的TMR元件，所述TMR元件具有2层强磁体层（自由层和固定层）夹住厚度为1nm~2nm的薄绝缘体的势垒层的结构，其固定层的磁化方向被固定，其自由层的磁化方向根据外部磁场方向的变化而变化，进而所述TMR元件的电阻也随外部磁场防线的变化而变化。所述TMR磁性传感器的磁阻效应明显，检测灵敏度高，适宜进行电缆接头局放检测，且其检测局放能够达到10MHz以上的频率。

实施例2

与前述实施例所不同的是，所述TMR磁性传感器1设置的数量以及矩阵分布方式不同，所述TMR磁性传感器设置在3条非均匀分布的安装基线上，每条所述安装基线上安装的所述TMR磁性传感器1的安装数量不同，且安装位置也并不相互对应，而是根据实际需要对所述TMR磁性传感器1的安装位置进行适应性调整。所述高频磁性材料采用非晶磁性材料或者采用镍锌铁氧体和非晶磁性材料或者采用其他高频磁性材料。

实施例3

如图5所示，一种利用磁效应的局放检测系统，包括所述信号采集装置51，还包括信号处理装置52，所述信号处理装置52与所述TMR磁性传感器1连接，接收所述TMR磁性传感器1采集的信号并对所述信号进行处理。所述TMR磁性传感器1与所述信号处理装置52的连接方式为有线连接方式。安装在所述电缆接头4处的多个所述TMR磁性传感器1同时采集局放信号，并经过多通道将所述局放信号通过连接线发送至所述信号处理装置，所述信号处理装置根据接收到的局放信号进行判断：若某一TMR磁性传感器采集的信号强度超过了设定的阈值，则判断有局放发生；当判断有局放发生是，判定同一时刻局放信号最大处为局放发生的位置。所述信号处理装置52还根据一段时间接收到的TMR磁性传感器1采集的信号预估电缆接头的使用寿命。

如图1所示，安装在某一电缆接头处共16个TMR磁性传感器，在某一时刻，每个所述TMR磁性传感器采集到的信号强度为图中标注的数值。所述信号处理装置52内存储有每一所述TMR磁性传感器的安装位置，其设置的阈值为1，当所述信号处理装置52判断有所述TMR磁性传感器采集的信号强度大于阈值1时，判断该电缆接头处发生局放，并判定采集信号强度最大（为80）的TMR磁性传感器位置为局放发生的具体的位置。

所述信号处理装置采用DSP处理器、FPGA处理器、ARM处理器或者单片机处理器中的至少一种，其设置在电缆接头铜壳保护层外，具备无线信号传输模块，可以通过无线通信的方式将接收到的信号以及判断结果发送至服务器53，所述服务器53与至少一个移动终端54连接，所述服务器53接收到有局放发生时，根据局放发生的位置将其发送至负责该区域电缆维护的人员的移动终端54上。

实施例4

与前述实施例所不同的是，所述TMR磁性传感器1与所述信号处理装置52的连接方式为无线连接方式，所述TMR磁性传感器与一无线通信模块连接后设置于一芯片上，所述信号处理装置52设置于电缆接头外表面，同样具备一无线通信模块，所述TMR磁性传感器采集的局放信号经过所述无线通信模块发送至所述信号处理装置52。

实施例6

如图6所示，所述利用磁效应的局放检测系统进行局放检测的工作过程，包括步骤：

S1、所述TMR磁性传感器采集信号；

S2、所述TMR磁性传感器采集的信号发送至所述信号处理装置；

S3、所述信号处理装置根据接收到的信号判断是否发生局放及局放发生的位置，预估所述电缆接头的使用寿命。

在步骤S1之前还需要安装所述信号采集装置，并将所述信号采集装置与所述信号处理装置相连接。安装所述信号采集装置时，所述TMR磁性传感器以矩阵方式安装在电缆接头绝缘层外、铜壳保护层内，所述TMR磁性传感器两侧设置有所述高频磁性材料。电缆接头绝缘层外、铜壳保护层内以同样矩阵方式安装有与所述TMR磁性传感器数量相同的支架，每一所述TMR磁性传感器安装在所述支架上。

步骤S1中，成矩阵分布的多个所述TMR磁性传感器同时采集局放信号，并在步骤S2中将采集的局放信号通过多通道同时发送至所述信号处理装置。步骤S3中，所述信号处理装置根据接收到的所述TMR磁性传感器采集的信号，判断某一TMR磁性传感器信号强度超过设定阈值时，电缆接头处发生局放，当所述信号处理装置判断有局放发生时，判定同一时刻，TMR磁性传感器采集信号强度最大处为局放发生的位置。所述信号处理装置还可以根据一段时间内所述TMR磁性传感器采集的信号预估电缆接头的使用寿命，所述信号处理装置依据局放放电量的历史增长趋势，判断局放放电量到达设定阈值的时间，进而预估电缆接头的使用寿命。

在所述信号处理装置对所述TMR磁性传感器采集的信号进行处理之后，将所述TMR磁性传感器采集的数据以及处理结果发送至所述服务器，所述服务器进行后续处理。

需要说明的是，本申请的技术方案涉及的均是硬件方面的改进，并不涉及软件的改进；对于没有指明型号的各部分，可以从现有技术中的常用部件中任选，不受型号限制；对于实施例中指明型号的各部件，仅为详细说明本申请的技术方案所用，应当理解本实用新型所要保护的技术方案并不受这些型号的限制，现有技术中有很多可以替换这些部件的选择。

以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员应该理解：其可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种利用磁效应的局放检测用信号采集装置，包括信号采集传感器，其特征在于：所述信号采集传感器包括TMR磁性传感器，至少两个所述TMR磁性传感器以矩阵方式安装在电缆接头绝缘层外、铜壳保护层内，所述电缆接头绝缘层外、铜壳保护层内以矩阵方式安装有与所述TMR磁性传感器数量相同的支架，每一所述TMR磁性传感器安装在所述支架上。

2.如权利要求1所述的利用磁效应的局放检测用信号采集装置，其特征在于：还包括磁性材料，所述磁性材料设置于所述TMR磁性传感器两侧，用于汇聚磁力线，提高所述TMR磁性传感器对空间电磁场的检测灵敏度。

3.如权利要求2所述的利用磁效应的局放检测用信号采集装置，其特征在于：所述磁性材料为高频磁性材料，所述高频磁性材料包括但不限于镍锌铁氧体、非晶磁性材料。

4.一种利用磁效应的局放检测系统，其特征在于：包括如权利要求1-3任一项所述的信号采集装置，还包括信号处理装置，所述信号处理装置与所述TMR磁性传感器连接，接收所述TMR磁性传感器采集的信号并对所述信号进行处理。

5.如权利要求4所述的利用磁效应的局放检测系统，其特征在于：所述TMR磁性传感器与所述信号采集装置通过有线或无线的方式连接。

6.如权利要求5所述的利用磁效应的局放检测系统，其特征在于：所述信号处理装置安装于电缆接头铜壳保护层外，或者电缆接头表层之外。

7.如权利要求6所述的利用磁效应的局放检测系统，其特征在于：还包括服务器，所述服务器通过无线连接方式与所述信号处理装置连接。

8.如权利要求7所述的利用磁效应的局放检测系统，其特征在于：还包括至少一个移动终端，所述移动终端与所述服务器无线连接。

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