CN2569159Y

CN2569159Y - 大尺径磁芯传感器

Info

Publication number: CN2569159Y
Application number: CN 02262004
Authority: CN
Inventors: 徐阳; 邱昌容; 方琼; 曹晓珑; 卢相国
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2012-07-30

Abstract

本实用新型公开了一种大尺径磁芯式电流传感器，适用于变压器、电抗器、互感器局部放电在线监测系统，它安置在变压器高压出线套管底座法兰处，耦合通过高压引线的局部放电信号。磁芯绕好线圈后，在线圈两端串连高通滤波电容及采样电阻，串联电路的灵敏度要大于并联电路，且对低频信号有很好的滤波作用。用金属制成的半封闭式传感器外壳，耦合高压出线端信号的同时，还可以有效抑制空间电磁干扰，并可防止雨水、灰尘等，提高线圈的抗干扰能力、抗振性。通过定向耦合脉冲极性及幅值鉴别的抗干扰方法，采用软件确认和比较装在套管法兰处和装在套管末屏的大小两个传感器采集到的脉冲的极性或幅值来鉴别局部放电和外来的干扰。

Description

大尺径磁芯传感器

一、技术领域

本实用新型涉及一种传感器，特别涉及一种用于大型电力设备绝缘状态在线监测的大尺径磁芯式电流传感器。

二、背景技术

现有的电力变压器局部放电在线监测系统中，利用内径小于50mm的小尺径磁芯式电流传感器从套管末屏接地线、中性点接地线、铁心接地线等耦合放电信号，以及利用非磁芯式电流传感器从高压套管提取放电信号，并通过差动、数字滤波等措施抑制现场干扰，要求获取比较真实的放电信息。但由于灵敏度低，信号畸变、移相大，两个传感器输出的信号波形差别大，差动效果不佳，以致不能满意应用。

采用磁芯传感器因导磁率增大可以大大提高灵敏度和信噪比，从高压引线端和套管末屏端定向耦合信号是两者在电气和几何位置上最为接近的位置，可大大提高两者的可比性。在此基础上，应用软件而不是硬件来鉴别脉冲极性，识别获取真实的局部放电信号，就会有效地进行在线监测。

运行中的大型电力设备如变压器、发电机等如果发生故障，将对电力系统乃至国计民生都会产生灾难性后果。对电力设备局部放电进行在线监测，可以有效监测电力设备运行状态，提高安全运行水平。

三、发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于提供一种用于大型电力设备绝缘状态在线监测的大尺径磁芯式电流传感器。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是，该大尺径磁芯式电流传感器，由磁芯罗高夫斯基线圈、滤波及采样单元、电磁屏蔽盒等构成，其特点是，整个磁芯由多个条状铁氧体磁芯组成，由两个开口磁芯对接起来使之呈封闭形状，在磁芯上绕线圈，在线圈两端串连高通滤波电容及采样电阻；串联电路的灵敏度要大于并联电路，同时电容C对低频信号有很好的滤波作用，根据仿真分析和实际试验，可以确定合适的电容、电阻及线圈匝数等参数；

为了有效抑制空间电磁干扰，提高线圈的抗干扰能力、机械性能，用金属板制成半封闭式传感器外壳，同时为了保证所需检测的信号不会被屏蔽，将外壳的内侧设计为开放式，使耦合信号能够顺利进入线圈。

本实用新型的大尺径磁芯式电流传感器的灵敏度可以达到100pC，响应频宽-3db下为50K～5MHz，分辨率为10μs，具有较好的线性度。

利用本实用新型的大尺径磁芯式电流传感器定向耦合极性鉴别及幅值鉴别，可以在以下范围准确识别局部放电信号：时间长度为200ns～100μs、幅值为1mV～5000mV、时延小于500ns的α响应信号。

四、附图说明

图1是本实用新型的大尺径磁芯式传感器(罗高夫斯基的结构)示意图，其中(a)是磁芯的结构示意图，(b)线圈的结构示意图；

图2是本实用新型的幅值鉴别原理图；

图3是高压套管上的传感器响应波形图；

图4是套管末屏上的传感器响应波形图；

图5是模拟干扰和放电接线原理图；

图6是实验室模拟干扰与实际放电传感器耦合到的波形图。

五、具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合附图和发明人依本发明的技术方案所完成的实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

参见图1、图2，大尺径磁芯式传感器采用分段组合式制作磁芯。它由铁氧体为磁芯的罗高夫斯基线圈、滤波及采样单元、电磁屏蔽盒等构成。

如图1(a)所示，整个磁芯由多个条状铁氧体磁芯组成，由两个开口磁芯对接起来使之呈封闭多边形、圆形等形状。磁芯的相对磁导率远高于非磁芯材料，保证了传感器具有较高的灵敏度。

磁芯绕好线圈后，见图1(b)，在线圈两端串连高通滤波电容及采样电阻。串联电路的灵敏度要大于并联电路，同时电容C对低频信号有很好的滤波作用，根据仿真分析和实际试验，可以确定合适的电容、电阻及线圈匝数等参数。(以安装在110KV高压套管底座的传感器为例，电容值定为0.01μF，电阻为1KΩ，线圈匝数为37匝。)

为了有效抑制空间电磁干扰，提高线圈的抗干扰能力、抗振性，用金属板制成半封闭式传感器外壳，传感器的外壳直接接地，对电、磁干扰的屏蔽效果良好。同时为了保证所需检测的信号不会被屏蔽，将外壳的内侧设计为开放式，使耦合信号能够顺利进入线圈。

实施例：对某电厂#2主变压器进行的试验如下：离线状态下，根据国标GB7354-87，在A相高压出线端与变压器外壳之间注入上升沿为45ns、电荷量为1000pC的脉冲。图3、4分别为500MHz带宽示波器(TektronixTDS3052)显示的A相两个传感器的时域响应，两个传感器耦合到的信号不但信噪比很高，而且具有良好的α响应，同时，两者响应到的最大脉冲幅值分别为0.3V及0.8V，时延20ns，为脉冲信号的后续处理如极性鉴别、获取有效幅值信息等创造了必要条件。

从图3、4中可以看到，对于模拟来自变压器外部的脉冲干扰信号，两个传感器耦合到的信号第一个波极性相同，从而判断为干扰信号，利用软件判断可以将它消除。

借助虚拟仪器，定向耦合脉冲极性及幅值鉴别的抗干扰方法试验线路原理图如图5所示，图中，传感器a、b分别是矩形大传感器和环形小传感器，方波的输入是大小为1000pc的模拟脉冲。当方波的正端接到1点的时候，方波模拟干扰；当方波正端接到2点的时候，方波模拟变压器放电。

分别将方波的正端接至1、2两点，示波器中得到大、小传感器的波形如图6所示。(a)为模拟干扰时大传感器采耦合的信号，时间轴长度为10μs，放大器衰减1000倍；(b)为模拟干扰时小传感器耦合的信号，时间轴长度为10μs，放大器衰减为100倍；(c)为模拟放电时大传感器耦合的信号，时间轴长度为20μs，放大器衰减为1000倍；(d)为模拟放电时小传感器耦合的信号，时间轴长度为20μs，放大器衰减为1000倍。

从图6中可以看到，当模拟干扰时，大、小传感器耦合到的脉冲方向相同；相反，当模拟放电时，大、小传感器耦合到的脉冲方向相反。并且，当同为干扰脉冲时，两个振荡脉冲的最大峰值同极性；当同为放电脉冲时，两个振荡脉冲的最大峰值异极性。由此，软件可以较好地识别放电与干扰。

采用本实用新型的大尺径磁芯式电流传感器，在进行在线监测电力系统中大型变压器、互感器、电抗器等局部放电，可以减少事故发生，保障电力系统安全稳定运行，从而获得巨大的经济效益。

上述仅是本实用新型的较佳的实施例，但本实用新型不限于该实施例，凡依本实用新型的技术方案所作的等效变换，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种大尺径磁芯式电流传感器，其特征在于，由采用分段组合式铁氧体为磁芯的罗高夫斯基线圈、滤波及采样单元、电磁屏蔽盒构成；

整个磁芯由多个条状铁氧体磁芯组成，由两个开口磁芯对接起来使之呈封闭形状；

所述滤波及采样单元是，在磁芯绕好线圈后，在线圈两端串连高通滤波电容C及采样电阻R；串联电路的灵敏度要大于并联电路，同时电容C对低频信号有很好的滤波作用，根据仿真分析和实际试验，可以确定合适的电容、电阻及线圈匝数等参数；

电磁屏蔽盒用金属板制成半封闭式外壳，将外壳的内侧设计为开放式，使耦合信号能够顺利进入线圈。

2.根据权利要求1所述的大尺径磁芯式电流传感器，其特征在于，所述两个开口磁芯对接起来使之呈封闭的形状为“回”字正方形、六边形、圆形。

3.根据权利要求1所述的大尺径磁芯式电流传感器，其特征在于，所述合适的电容、电阻及线圈匝数的参数为：电容值定为0.01-0.1μF，电阻为500-3KΩ，线圈匝数为30-50匝。