拓展测量带宽的局部放电测量Rogowski传感器的制作方法

本发明涉及高压电力设备局部放电测量技术领域，本发明涉及一种拓展测量带宽的局部放电测量rogowski传感器。

背景技术：

局部放电测量已经广泛用于高压输变电设备的绝缘状态评估和故障诊断，而且已不局限于基于iec60270标准的脉冲电流法，而是需要采集局部放电的真实波形便于分析局放脉冲中携带的放电特征信息，从而对测量系统以及传感器的检测带宽提高了要求，属于超宽带测量。因此，检测传感器需要检测动态波形，而不是放电电流的积分。另外，相对于传统的窄带和宽带局部放电测量，由于测量带宽的增加，噪声水平相应有所增加，因此，检测传感器应该具有较高的灵敏度。而且，检测传感器应该符合在线测量的方便性。这几种要求的综合给超宽带动态测量传感器的研究和设计提出了更高的要求。

目前应用广泛的高压设备局部放电测量主要有特高频(uhf)法、接地线感性hfct法。特高频法广泛用于gis设备，其传感器基于接受电磁波的天线原理，测量频率较高。而变压器、输电电缆等设备由于电磁波传播路径的复杂性，也常采用接地线hfct法，其传感器基于rogowski线圈原理，测量频率一般在100mhz以内。

目前rogowski线圈传感器仅仅测量其围绕的整个电流，因此，其对于变电站设备的布局依赖性较小，且与电气系统没有直接的电气接触，提高了可靠性。另外，这种传感器可以设计成钳形，其安装不需要对电气系统的原接线作任何改变，适合于在线应用。而且，其测量原理是基于电流的动态测量，满足局部放电脉冲波形分析的研究需要。

尽管一些基于铁磁芯的商业应用的电流探测装置已经用作在线局部放电测量的传感器，但是用于局部放电测量的空心线圈rogowski传感器目前仍然处于探索中，用以取代商业应用的探测设备。与具有铁磁芯的传感器相比，rogowski传感器没有较大工频电流造成的材料饱和等不利因素，故研究设计一个合理的rogowski传感器是可取的。

高灵敏性、合适的带宽以及良好的屏蔽等属性是rogowski传感器需要着重考虑的因素。如果灵敏性太低，不能检测到局部放电信号；如果带宽太窄，局部放电信号会扭曲变形；如果屏蔽不合理，局部放电信号会被噪声污染甚至埋藏于干扰信号中。当用于高频信号测量时(如测量局部放电信号的高频成分)，线圈匝间寄生电容以及线圈对屏蔽或者环境的寄生电容必须考虑。每个线圈有一个由线圈的自感和线圈与环境之间的电容产生的自谐振频率。当然，谐振也与诸如匝间电容等因素有关。输出信号在离散的凹陷频率处被削减和扭曲，而且最低凹陷频率定义了线圈的有效带宽。通常的rogowski传感器简单化设计具有较窄的有效带宽，这是因为尽管谐振可以通过减小测量阻抗来控制，但是这也同时导致了灵敏度的减小。

因此，为了在保持灵敏性不降低的情况下消除了最低凹陷频率，从而提高传感器带宽，研究了新型局部放电测量rogowski传感器。

技术实现要素：

本发明是针对rogowski线圈传感器自谐振频率会使得局部放电信号扭曲变形，最低自谐振频率即凹陷频率限制传感器带宽的问题，提出了一种消除凹陷频率的方法，以及通过同轴电缆设计传感器线圈从而带来稳定的灵敏度、测量带宽及干扰屏蔽的设计方法。

本发明的技术方案为：

一种拓展测量带宽的局部放电测量rogowski传感器，它包括环形骨架，所述环形骨架上均匀设置有线圈，所述线圈是同轴电缆回绕结构线圈，所述线圈一端连接测量阻抗，所述线圈另一端连接阻尼阻抗；所述线圈在每一圈都设置有屏蔽断口，所有所述屏蔽断口处的裸露导体通过公共导线连接，所述公共导线与测量阻抗和阻尼阻抗连接。

进一步的，所述线圈是阻抗为50欧姆的同轴电缆线圈。

进一步的，所述线圈是通过绕制的方式设置在环形骨架上。

进一步的，所述公共导线围绕着螺旋线圈布置，所述公共导线作为同轴电缆连接一端的测量阻抗和另一端的阻尼阻抗的返回路径。

进一步的，所述环形骨架可以是尼龙骨架。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明rogowski传感器用于变压器、gis、电力电缆等高压交流电力设备局部放电波形检测，无磁芯饱和、宽测量带宽、高灵敏度、抗干扰性强、可靠性好。

附图说明

图1为本发明rogowski传感器原理图；

图2为本发明同轴电缆rogowski传感器原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示为线圈与环形骨架的展开(类似把环形骨架拉直)截面图，线圈缠绕在骨架上，其中虚线为线圈在环形骨架内部的回绕线，线圈的一端在环形骨架的外部和回绕线之间通过测量阻抗z1连接，线圈的另一端在环形骨架的外部和回绕线之间通过阻尼阻抗z2连接。如此，线圈不再接地，并通过回绕线、测量阻抗z1和阻尼阻抗z2构成完整回路，可以让高压电力设备的接地线穿过传感器或者将传感器设计成钳形钳住接地线，当接地线中有局部放电高频信号通过时，测量阻抗z1两端会感应出电压信号。线圈均匀绕在骨架上，并形成回绕结构。阻尼阻抗z2用于消除凹陷频率，使得传感器在灵敏性不降低的情况下具有较高的测量带宽

如图2所示为采用50欧姆同轴电缆作为线圈的传感器原理图，同轴电缆在骨架上缠绕多圈，同轴电缆的屏蔽层屏蔽了测量感应电压的内部导体。因此，螺旋线圈的特征阻抗沿着螺旋线圈的整个长度将保持常数，不受线圈的倾斜以及变形的影响。围绕整个螺旋线圈外面使用一层环形的导电屏蔽层。这样，两层屏蔽能够较好使得内部的导体对外部的电场具有较低的灵敏性。同轴电缆的屏蔽在每圈都有一个断开，以便传感器围绕的主电流产生的磁场不被通过屏蔽的电流削减。同轴电缆所有分离的屏蔽段用一个围绕螺旋线圈的公共导线连接。这个导线也作为同轴电缆的内部导体连接一端的测量阻抗和另一端的平衡阻抗的返回路径。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种拓展测量带宽的局部放电测量Rogowski传感器。本发明是针对Rogowski线圈传感器自谐振频率会使得局部放电信号扭曲变形，最低自谐振频率即凹陷频率限制传感器带宽的问题，提出了一种消除凹陷频率的方法，以及通过同轴电缆设计传感器线圈从而带来稳定的灵敏度、测量带宽及干扰屏蔽的设计。本发明Rogowski传感器用于变压器、GIS、电力电缆等高压交流电力设备局部放电波形检测，无磁芯饱和、宽测量带宽、高灵敏度、抗干扰性强、可靠性好。

技术研发人员：俞飞;凌松;吴少雷;冯玉;裴倩;赵成;张周胜;王禾兴
受保护的技术使用者：国网安徽省电力公司;上海电力学院
技术研发日：2017.03.20
技术公布日：2017.07.07