专利名称：用于检测电气设备内部放电的平板感应式传感器及检测方法
技术领域：
本发明涉及一种电力设备绝缘测量技术，特别是一种用于用于检测电气设备内部 放电的平板感应式传感器及检测方法。
背景技术：
局部放电(以下简称局放)是电力设备绝缘产生贯穿性放电故障前所产生的在绝 缘内部局部放的放电现象，其特点是只发生局部的缺陷放电，短时间能量局放不会造成整 体绝缘的破坏，但长时间作用下，其热、电、光、机械作用会扩大局部缺陷、造成整体绝缘恶 化，因此它是电气设备绝缘破坏的预兆。检测局放信号，分析其波形特性及与电压、工频相 位的关系，可以诊断故障(缺陷)种类和严重程度，预防事故的发生。局部放电检测是以发生局部放电时产生的电、光、声等现象为依据，通过描述该现 象的物理量来表征局部放电的状态，包括定位和放电的程度。根据局部放电过程中会产生 电脉冲、超声波、光、气体生成物、局部过热、电磁辐射以及能量损耗等不同现象，相应地出 现了多种检测方法。1.气相色谱法，该方法是通过检测变压器油分解产生的各种气体的组成和浓度来 确定故障(局放、过热等)状态。在大量实践的基础上，IEC制定了三比值法的推荐标准。 该方法目前已广泛应用于变压器的在线故障诊断中，并且建立起模式识别系统的自动识 别，是当前变压器局放检测领域非常有效的方法。该方法的优点是不受外界电磁干扰的影 响，但是DGA法具有两个缺点①.油气分析是一个长期的监测过程，因而无法发现突发性 故障；②.该方法无法进行故障定位。2.超声波法，超声波是通过检测变压器局部放电产生的超声波信号来测量局部放 电的大小和位置。为避免现场中的环境噪声干扰(例如运行中变压器的励磁噪声、散热器 风扇、冷却器、潜油泵的噪声、循环油噪声等)，根据其频率大多为音频(20 20000Hz)的特 性，一般选择超声波传感器的频率范围为70kHz 150kHz，以避开铁芯的磁噪声和变压器 的机械振动噪声等环境噪声对测试结果的影响。3.常规脉冲电流法，常规脉冲电流检测法通过检测阻抗或电流传感器，检测变压 器套管末屏接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁芯接地线以及绕组中由于局部放电引起 的脉冲电流，获得视在放电量。检测变压器局部放电脉冲用的电流传感器通常由罗戈夫斯 基线圈制成，与被测变压器仅有磁耦合，而无电气连接。常规脉冲电流传感器按频带可分为 窄带和宽带两种，窄带传感器带宽一般在IOKHz左右，中心频率在20 30kHz之间或更高； 宽带传感器带宽为IOOkHz左右，中心频率在200 400kHz之间。常规脉冲电流法通常被用于设备制造厂出厂试验以及和现场检测过程中。4.超宽频带(UWB)检测法，该方法是在超宽频带(UWB)检测技术是在足够宽的频 率范围内检测局部放电产生的脉冲电流信号，一般为IMHz 100MHz，也有的上限频率高达 500MHz甚至IGHz。从本质上讲，UffB检测方法是常规脉冲电流法(多为40kHz 200kHz，至多不超过IMHz)在频率范围上的展宽，这就使其具有测量频带宽、信息量大等优点，既保 留了常规脉冲电流法可以测量放电量的优点，同时可以更加真实地反映局部放电的脉冲电 流特征，为采用脉冲电流波形分析的方法进行信号与噪声分离提供了可能。5.特高频(UHF)方法，特高频法(以下简称UHF法)是目前局部放电检测的一种 新方法，该方法通过天线传感器接收局部放电过程辐射的UHF电磁波，实现局部放电的检 测。该技术的特点在于检测频段较高，可以有效地避开常规局部放电测量中的电晕、开关 操作等多种电气干扰；检测频带宽，所以其检测灵敏度很高。由于测量机理与脉冲电流法不 同，因此难以进行视在放电量的标定，6.无线电干扰值法(RIV法)，局部放电会产生无线电干扰的现象很早就被人们所 认识，例如人们常采用无线电压干扰仪(RIV表)来检测由于局放对无线电通讯和无线电控 制的干扰，并已制定了测量的标。用RIV表来检测局放的测量线路与脉冲电流直测法的测 量电路相似。此外，还可利用一个接收线圈来接收由于局放而发出的电磁波，对于不同测试 对象和不同的环条件，选频放大器可以选择不同的中心频率(从几万赫兹到几十万赫兹)， 以获得最的信噪比。这种方法已被用于检查电机线棒和没有屏蔽的长电缆的局部放电部 位。7.光测法，光测法利用局放产生的光辐射进行检测。在变压器油中，各种放电发出 的光波长是不同的，研究表明通常在500mm-700mm之间。在实验室利用光测法来分析局放 特征及绝缘劣化等方面已经取得了一定进展，但是由于光测法设备复杂昂贵、灵敏度低，且 需被检测物质对光是透明的，因而在实际应用中难度较大。8.射频检测法，常规IEC脉冲电流法中，测量信号的频率一般在IMHz以内。由于 在该频率范围内，存在大量的现场干扰，为避开干扰，可以将测量信号的频率上移到射频频 段(3MHz 30MHz)检测局部放电信号。其传感器一般也采用罗戈夫斯基线圈，信号经传感 器耦合射频放大器、滤波器及检波器，然后由数字采样系统量化，并完成数字处理。射频测 法可以避开现场中大量的低频及中频干扰，但用硬件完全消除射频范内的干扰，存在困难。9.基于脉冲电流法的局放测量方法是IEC和国际中规定的测量方法，目前在国内 外得到了广泛的应用。现场局放测量中存在的问题局放信号是在强电磁场环境下的微弱的暂态信号。 现场干扰远大于局放信号，同时一个设备内部也可能同时存在多种不同的放电，各种放电 对设备的危害性也不一样，如果不能分离出干扰信号，如果不能将每一种放电信号分离分 类并分别识别其危害程度，单纯的局放测量意义不大。这也是为什么局放的测量与诊断一 直是电力测量中最难的课题的原因。局放测量中研究最早、应用最广泛的传统方法是脉冲电流法。其测量频率较低、频 带较窄(30kHz-400kHz)，包含的信息量少，由于一些典型的放电脉冲能量集中在10MH8以 下，而不能完全满足对局部放电的精确测量、宽频类型的识别要求。在现场中，特别是在带电测量状况下，例如变压器、高压套管末屏、绕组中性点 和铁芯通常是不可能打开设备的接地线，接入测量阻抗的。或者存在多点接地使信号分散 (GIS通常多点接地)，还由于接地线过宽(有IOOmm宽的接线排)、紧贴墙壁、地面、支柱等 的而使间隔过近(CT、PT、避雷器、等)，无法使用罗戈夫斯基线圈式的检测传感器检测提取 局放信号。这种时候都必须考虑新型传感器。在此情况下，我们提出了本发明所述的平板感应式传感器。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种安装方便灵活、可带电 测量、应用广泛的用于检测电气设备内部放电的平板感应式传感器及检测方法。所述用于检测电气设备内部放电的平板感应式传感器的特征是所述传感器设置 有具有高频响应特征的平板式高导磁磁芯、副边线圈，在平板式高导磁磁芯及副边线圈外 侧分别设置有绝缘材料层。平板感应式传感器带宽为30KHz 50KHz，其尺寸为500mmX 120mmX IOmm本发明所述的平板感应式传感器的测量原理平板感应式传感器本质上为一敞开式变压器，原边为设备局放电流，通道的金属 载体可以是任何流过局放电流的导体。由于中间磁芯的导磁率频响特性及较高，变化的局 放电流信号产生的磁场信号会被汇集到磁芯中来，从而在副边感应出一个成正比的相同形 状的电流信号，两者之间的幅值关系满足如下公式
权利要求
1.一种用于检测电气设备内部放电的平板感应式传感器，其特征是所述传感器设置 有具有高频响应特征的平板式高导磁磁芯O)、副边线圈(3)，在平板式高导磁磁芯(2)及 副边线圈( 外侧分别设置有绝缘材料层。
2.根据权利要求1所述的用于检测电气设备内部放电的平板感应式传感器，其特征 是平板感应式传感器带宽为30KHz 100MHz，其尺寸为500mmX 120mmX 10mm。
3.一种采用平板感应式传感器检测电气设备内部放电的方法其特征是按照如下步 骤进行(1)、平板感应传感器贴于被测设备外端局放电流通过处，使副边线圈3的信号电流输 出与被测设备的局部放电电流同相位；(2)、副边线圈3的信号电流通过50欧的同轴电缆及50欧的径端匹配电阻与测量仪器 的输入端连接，其输出电压正比与输入电流、积分电阻、原边圈数，反比于副边圈数；(3)、测量仪器采用宽带以100MS/S的采样系统采集各类局放信号及现场噪声信号，用 以对局放信号干扰识别相位特征、信号分类进行分析。
4.一种平板感应式传感器在检测电气设备内部放电时的应用，其特征是a.用于对变压器进行离线测量、带电测量、或在线监测，根据现场情况，选择紧贴于变 压器高压出口套管或外壁上，或紧贴于变压器高压末屏接地引下线上，或紧贴于变压器铁 芯接地线上，或紧贴于变压器中性点接地线上；b.用于对发电机进行离线测量、带电测量、或在线监测，根据现场情况，选择紧贴于发 电机出口封闭母线外壁上，或紧贴于发电机出口保护电容的接地线上；c.用于对GIS进行离线测量、带电测量、或在线监测时，根据现场情况，选择紧贴于GIS 外壁进行测量；d.用于对柱式断路器进行离线测量、带电测量、或在线监测，根据现场情况，选择紧贴 于柱式断路器接地线、或柱式断路器接地支撑柱进行测量；e.用于对电缆进行离线测量、带电测量、或在线监测，根据现场情况，选择紧贴于电缆 或电缆头、电缆终端的外壁进行测量；f.用于对电压和电流互感器进行离线测量、带电测量、或在线监测，根据现场情况，选 择紧贴于CT接地线进行测量；g.用于对避雷器进行离线测量、带电测量、或在线监测，根据现场情况，选择紧贴于避 雷器接地线进行测量。
全文摘要
一种用于检测电气设备内部放电的平板感应式传感器及检测方法，其特征是它设置有具有高频响应特征的平板式高导磁磁芯(2)、副边线圈(3)，在平板式高导磁磁芯(2)及副边线圈(3)外侧分别设置有绝缘材料层。本发明的使用范围大、安装方便灵活，可广泛用于带电测量各种电力设备；通常带电测量时都无法从变压器高压套管末屏取得信号，利用该传感器有可能能够取到合适的信号；对GIS及电缆等管线性电力设备，可沿管线走向在不同的点位进行测量，根据各点信号强弱，可以辅助进行故障定位；可广泛用于离线测量、带电测量、在线监测等不同场合。
文档编号G01R31/12GK102147444SQ201010111369
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者沈煜, 阮羚, 高胜友 申请人:湖北省电力试验研究院