一种变压器电场检测装置封装结构的制作方法

1.本发明属于电场检测装置领域，特别涉及一种变压器电场检测装置封装结构。


背景技术：

2.电力是经济发展的重要生产力，是居民幸福生活的基本保障。由于我们电力的供需地点失衡，出现了大批“西电东送”项目。无论是交流输电还是直流输电工程，变压器都是其中最重要的设备之一。变压器附近存在复杂的电磁环境，当输电系统出现故障的情况，变压器可能出现过电压，危害变压器的绝缘系统。当变压器的绝缘出现非正常状况，即使没有过电压，变压器绝缘系统附近的电场较正常情况发生变压。因此，实时检测变压器附近空间的电场对变压器状态估计和系统故障诊断有着重要意义。
3.变压器运行状态和变压器周围电场值有着密切的联系。尽管现在已经出现旋转伏特计、泡耳克斯效应式电场传感器、kerr效应式电场传感器等多种电场传感器。但是由于变压器空间狭窄，而现有电场传感器体积庞大，在电场中容易造成畸变，不适合检测狭小空间中的电场。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提出一种变压器电场检测装置封装结构，包括壳体、mems电场传感器、信号处理电路和供能系统；
5.壳体内包括第一容纳腔、第二容纳腔和第三容纳腔，mems电场传感器位于第一容纳腔内，信号处理电路位于第二容纳腔内，供能系统位于第三容纳腔内。
6.优选地，壳体呈圆柱状结构。
7.优选地，第一容纳腔、第二容纳腔和第三容纳腔沿壳体轴向顺序设置；
8.还包括第一隔板和第二隔板，第一隔板和第二隔板为导体；
9.第一隔板位于第一容纳腔和第二容纳腔之间，第一隔板用于隔绝第一容纳腔和第二容纳腔，
10.第二隔板位于第二容纳腔和第三容纳腔之间，第二隔板用于隔绝第二容纳腔和第三容纳腔。
11.优选地，第一容纳腔的环形周壁的材质为绝缘体，第一容纳腔远离第二容纳腔一侧的材质为导体。
12.优选地，第二容纳腔的环形周壁的材质为导体。
13.优选地，第三容纳腔的环形周壁的材质为导体，第三容纳腔远离第二容纳腔一侧的材质为导体。
14.优选地，还包括永磁体，永磁体安装在第三容纳腔远离第二容纳腔的外壁上。
15.优选地，还包括螺栓，螺栓安装在第三容纳腔外壁上。
16.本发明的变压器电场检测装置封装结构，mems电场传感器体积微小，从而整个封装结构体积小，进而整个封装结构对变压器电场造成的畸变也小。
17.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1示出了本发明实施例中提出的变压器电场检测装置封装结构的示意图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明的实施例针对变压器的特点，利用mems(micro
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electro
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mechanical system，微机电系统，微电子机械系统)电场传感器，实现变压器附近电场检测，进行变压器状态分析、变压器所处电力系统的状态和绝缘预测。mems电场传感器在其他的文献中又被称为mems电场芯片。本实施例中，mems电场传感器内部有硅基材料，硅基材料在变压器电场中会产生感应电荷，提取感应电荷，就可以反推原始的变压器电场状态，根据变压器电场状态即可获知变压器以及该变压器所处电力系统的状态。
22.mems电场传感器产生电流，电流输送至信号处理电路进行处理，本实施例中的信号处理电路包括电流转电压电路、滤波电路、电压放大电路、数据采集电路和数据发射电路。电流转电压电路将mems电场传感器产生的电流转换为电压信号，滤波电路滤除电压信号中的噪声，电压放大电路将滤波后的电压信号放大，数据采集电路采集放大后电压信号的参数，参数可以是电压信号的波形、峰值、有效值、平均值等等，根据实际所需选择相应的参数，参数采集后由数据发射电路发射至后台监测系统。上述电流转电压电路、滤波电路、电压放大电路、数据采集电路和数据发射电路未图示。
23.mems电场传感器和信号处理电路由供能系统供电，供能系统包括能量单元和供电电路。能量单元包括ct(current transformer，电流互感器)取电器件和可充电电池。ct取电器件利用变压器附近的输电线获取电能，通过供电电路将ct取电器件获取的电能输送至mems电场传感器和信号处理电路。同时ct取电器件通过供电电路将获取的电能发送至可充电电池，在可充电电池充满的情况下，ct取电器件不再向可充电电池输送电能。变压器附近输电线路正常带电的情况下，由ct取电器件向mems电场传感器和信号处理电路输送电能，可充电电池不向mems电场传感器和信号处理电路输送电能。变压器附近输电线路不带电的情况下，由可充电电池通过供电电路向mems电场传感器和信号处理电路输送电能。因此无论变压器附近输电线路带电或不带电的情况下，均可以保障变压器检测装置供电的可靠性和持续性。
24.参照图1，本发明实施例提出一种变压器电场检测装置封装结构，包括壳体、mems电场传感器、信号处理电路和供能系统，由于mems电场传感器、信号处理电路和供能系统在壳体内部，mems电场传感器、信号处理电路和供能系统在图1中无法看见。
25.壳体内包括第一容纳腔、第二容纳腔和第三容纳腔，mems电场传感器位于第一容纳腔内，信号处理电路位于第二容纳腔内，供能系统位于第三容纳腔内。由于mems电场传感器体积微小，从而整个封装结构体积小，封装结构对变压器电场造成的畸变也小，进而变压器电场检测装置检测得到的参数更加准确。
26.本实施例中的壳体外形呈圆柱状，圆柱状的优点在于凸起较少，没有尖角，圆柱体周围电场分布较为均匀，并且壳体表面尽可能光滑，从而减少电场畸变。在另外的设计方式上，壳体也可以为球形，球形壳体内部分隔形成第一容纳腔、第二容纳腔和第三容纳腔，同样能够达到减少电场畸变的效果。
27.本实施例中第一容纳腔、第二容纳腔和第三容纳腔沿壳体轴向顺序设置，从图1中来看自上而下为第一容纳腔、第二容纳腔和第三容纳腔。还包括第一隔板和第二隔板，第一隔板和第二隔板为导体，第一隔板和第二隔板材质可以为铜、铝、铝合金等，但不限于本实施例提出的材质。第一隔板位于第一容纳腔和第二容纳腔之间，第一隔板用于隔绝第一容纳腔和第二容纳腔，第二隔板位于第二容纳腔和第三容纳腔之间，第二隔板用于隔绝第二容纳腔和第三容纳腔。由于第一隔板将mems电场传感器与信号处理电路隔开，mems电场传感器与信号处理电路相互之间不会产生电磁干扰，第二隔板将供能系统与信号处理电路隔开，供能系统与信号处理电路相互之间不会产生电磁干扰。当然第一隔板和第二隔板上需要留有供线路穿过的通孔，便于连接mems电场传感器与信号处理电路的线路穿过第一隔板，便于连接供能系统与信号处理电路的线路穿过第二隔板。
28.第一容纳腔远离第二容纳腔一侧的材质为导体，即图1中所标1的位置为导体，导体材料可以为铜、铝、铝合金等，当然导体材料不限于本实施例所列举的材质，第一容纳腔的环形周壁的材质为绝缘体，即图1中所标2的位置为绝缘体，绝缘体的材料可以为聚四氟乙烯，当然绝缘体材料不限于本实施例所列举的材质。变压器电场从第一容纳腔的环形周壁进入第一容纳腔，从而mems电场传感器可以感知实时变压器电场。
29.第二容纳腔的环形周壁的材质为导体，即图1中所标3的位置为导体，导体材料可以为铜、铝、铝合金等，当然导体材料不限于本实施例所列举的材质。由于第一隔板和第二隔板也是导体，从而第二容纳腔四周均为导体，达到较好的屏蔽电磁场的作用，最大程度减少外界电磁场对信号处理电路的干扰，提高电场检测的准确性。
30.第三容纳腔的环形周壁(标4的位置)的材质为导体，第三容纳腔远离第二容纳腔一侧(标5的位置)的材质为导体，即图1中所标4的位置和标5的位置为导体，导体材料可以为铜、铝、铝合金等，当然导体材料不限于本实施例所列举的材质。由于第二隔板也是导体，从而第三容纳腔四周均为导体，达到较好的屏蔽电磁场的作用，最大程度减少外界电磁场对供能系统的干扰，提高电场检测的准确性。
31.本实施例中的封装结构还包括永磁体，永磁体安装在第三容纳腔外壁上，便于将封装结构吸附在待检测变压器上。永磁体可以通过胶水、螺栓固定在第三容纳腔外侧壁上，或是直接吸附在所述外侧壁上，而不使用其他配件将其固定，当然不限于上述方式，还可以使用其他的固定方式。永磁体不限于固定在第三容纳腔外侧壁上，也可以固定在第一容纳
腔外侧壁或第二容纳腔外侧壁上。另外还可以在第三容纳腔外侧壁设置螺栓，通过螺栓将壳体安装在变压器上。也可以是永磁体和螺栓同时使用，在将封装结构通过永磁体吸附在变压器上后，再通过螺栓将封装结构安装在变压器上。永磁体和螺栓未图示。示例性地，可以设计永磁体为环形结构，螺栓位于所述环形结构内，安装时螺栓与变压器上的螺母配合连接，螺栓的螺帽与永磁体抵靠，从而将变压器电场检测装置安装在变压器上。
32.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。