电气设备局部放电检测装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种电气设备局部放电检测装置，所述装置包括检测电气设备局部放电的D?dot传感器、对所述D?dot传感器检测到的局部放电信号进行滤波和降噪处理的信号处理模块、对所述局部放电信号进行采集和显示的放电信号采集模块，所述D?dot传感器的信号输出端连接所述信号处理模块的输入端，所述信号处理模块的输出端连接所述放电信号采集模块的输入端。上述装置不仅具有结构简单、体积小、便于携带等特点，同时，由于D?dot传感器与被测电气设备端无需有物理接触，因此电气设备局部放电检测装置自身对被测电气设备的绝缘性能影响小，使得电气设备局部放电检测装置具有局部放电检测灵敏度高、方向性好、响应速度快的特点。
【专利说明】
电气)设备局部放电检测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种电气设备局部放电检测装置。
【背景技术】
[0002] 随着我国用电量的飞速增长，电网规模不断增大，电压等级也逐步提高。确保电气 设备的绝缘安全是维护电网稳定运行的重要前提。在输电系统中，变压器作为最关键的核 心设备，其绝缘状态对电网的安全运行至关重要。一般情况下，变压器的预防性实验和维修 可以定期发现其绝缘状态的劣化，从而防止因绝缘失效而发生的事故，但这种预防性实验 和维修不仅存在时效性不足的问题，而且在一定程度上实验本身也对绝缘也有损害。近年 来，对电气设备进行在线的状态监测，实时收集电气设备的绝缘状态信息，并进行可靠性的 分析评估，已经成为一种可弥补预防性实验和维修的不足、检测电气设备绝缘性能的重要 技术手段。
[0003] 局部放电是一种在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电且没有贯穿介 质的放电现象。局部放电使电介质长时间击穿电压常常不到短时击穿电压的几分之一，因 此一直以来被认为是引起电力设备绝缘损伤的主要原因之一。目前，由于变压器内部密封 且结构复杂，运行时内部油纸绝缘结构承受很高的电场强度，且处于高温的环境之中，用于 在线监测的局部放电检测设备的内置测量装置不仅难以长时间承受高温，容易失效，而且 内置测量装置自身的存在往往会影响变压器的绝缘结构，进而影响变压器的绝缘状态，因 此，目前基于内置测量装置的局部放电检测设备不仅安装过程复杂、安装难度大，而且会对 变压器的绝缘结构造成影响，影响变压器的绝缘状态。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要针对现有技术中基于内置测量装置的局部放电检测设备存在的安 装难度大、会影响电气设备的绝缘结构的问题，提供一种电气设备局部放电检测装置。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：
[0006] -种电气设备局部放电检测装置，该装置包括检测电气设备局部放电的D-dot传 感器、对所述D-dot传感器检测到的局部放电信号进行滤波和降噪处理的信号处理模块、对 所述局部放电信号进行采集和显示的放电信号采集模块，
[0007] 所述D-dot传感器的信号输出端连接所述信号处理模块的输入端，
[0008]所述信号处理模块的输出端连接所述放电信号采集模块的输入端。
[0009]上述电气设备局部放电检测装置基于非接触式的探测方式，利用具有非常宽的频 率响应范围和较高灵敏度的D-dot传感器作为检测电气设备局部放电的传感器，由于D-dot 传感器具有良好的暂态特性，因此能够准确反应出变压器内绝缘劣化等原因而引起的局部 放电，通过信号处理模块对D-dot传感器检测到的局部放电信号进行滤波和降噪处理，在进 一步提高了局部放电信号的质量后，通过放电信号采集模块对局部放电信号进行采集和显 示，从而实现对电气设备局部放电信号的检测，本发明所提出的电气设备局部放电检测装 置除具有局部放电检测灵敏度高、方向性好、响应速度快的特点之外，还具有结构简单、体 积小、可拆卸、便于携带等特点，同时，由于D - d 〇 t传感器与被测电气设备端无需有物理接 触，因此电气设备局部放电检测装置自身对被测电气设备的绝缘性能影响小，不会给被测 电气设备端带来绝缘隐患，也不会影响被测电气设备端的正常工作。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明其中一个实施例中电气设备局部放电检测装置的结构示意图；
[0011] 图2为本发明中D-dot传感器工作时的等效电路图；
[0012]图3为本发明其中一个【具体实施方式】中D-dot传感器的正视图；
[0013]图4为本发明其中一个【具体实施方式】中D-dot传感器横截面的俯视图；
[0014]图5为本发明中的实验电路图；
[0015]图6为本发明中利用电气设备局部放电检测装置测得的局部放电信号；
[0016] 图7为本发明中脉冲电流法测得的局部放电信号；
[0017] 图8为本发明中利用电气设备局部放电检测装置和脉冲电流法测得的局部放电信 号峰峰值的对比图。
【具体实施方式】
[0018] 下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
[0019] 在其中一个实施例中，参见图1所示，一种电气设备局部放电检测装置，该装置包 括检测电气设备局部放电的D-dot传感器100、对D-dot传感器检测到的局部放电信号进行 滤波和降噪处理的信号处理模块200、对局部放电信号进行采集和显示的放电信号采集模 块300，D-dot传感器100的信号输出端连接信号处理模块200的输入端，信号处理模块200的 输出端连接放电信号采集模块300的输入端。
[0020] 在本实施例中，当被测电气设备的内部产生了局部放电时，设置于被测电气设备 附近并保持不动的D-dot传感器100将会通过被测电气设备局部放电所产生的电磁波感应 出相应的局部放电信号，由于D-do t传感器100与被测电气设备之间没有直接的物理接触， 而是通过电场的改变实现对被测电气设备局部放电的测量，因此D-dot传感器100不会对被 测电气设备的绝缘状态产生影响，不会对输入侧产生影响。D-dot传感器100工作时的等效 电路如图2所示，在图2中，α为局放源V和传感器之间的空间电容，α为传感器对地电容，i L、 is、ic分别为各支路电流，Vo为输出电压值。传感器测得的信号Vs通过电阻Rs传递到放电信号 采集模块，它和同轴电缆的特性阻抗z〇共同构成了负载电阻R。当R(a+c c)<<Tr(Tr为被测 信号的前沿)时0(；可看作开路，此时探头工作在微分模式下，输出信号为
[0022] D-dot传感器100将检测出的局部放电信号发送给信号处理模块200,信号处理模 块200对局部放电信号进行滤波和降噪处理，从而进一步提高局部放电信号的质量，具体 地，由于D-dot传感器100的频带范围较宽，而电气设备的局部放电信号往往处于较高的频 带范围，因此，为了去除工频等不需要的低频耦合信号，信号处理模块200需对D-dot传感器 100发送过来的局部放电信号进行滤波处理，以滤除低频信号，保留高频信号；同时，由于电 气设备局部放电检测装置的工作环境复杂多变，在局部放电检测过程中不可避免地会引入 一定量级的噪声，因此需要对滤波后的局部放电信号进行降噪处理，从而有利于获得质量 更优的局部放电信号。
[0023]作为一种具体的实施方式，信号处理模块200包括依次连接的高通滤波器和小波 去噪模块，其中高通滤波器为通带频率大于50MHz的滤波器，高通滤波器的输入端连接D-dot传感器100的信号输出端，小波去噪模块的输出端连接放电信号采集模块300的输入端。 在本实施方式的信号处理模块200中，利用通带频率大于50MHz高通滤波器对D-dot传感器 100发送过来的局部放电信号进行滤波处理，从而滤除局部放电信号中的低频信号，并利用 小波去噪模块对滤波后的局部放电信号进行降噪处理，由于小波去噪具有低熵性、多分辨 特性、去相关性和选基灵活性，非常适用于处理非平稳信号，因此本实施方式中的信号处理 模块200利用小波去噪模块进行降噪处理，有利于使放电信号采集模块300最终所得的信号 图形更加清晰，更加符合被测电气设备发生局部放电时的实际情况。本实施方式利用高通 滤波器和小波去噪模块实现对局部放电信号的信号处理，进一步提高了局部放电信号的质 量，为后续根据局部放电信号的特性对电气设备局部放电进行分析奠定了基础。
[0024] 经过信号处理模块200对局部放电信号进行滤波和降噪处理后，信号处理模块200 将处理后的局部放电信号发送至放电信号采集模块300,放电信号采集模块300采集局部放 电信号，并对采集的信号进行显示和存储，从而辅助工作人员对被测电气设备的局部放电 情况进行更为直观的了解和认识。放电信号采集模块300能够实现对局部放电信号的采集 和显示，其可以为现有技术中的信号采集/显示设备或者装置，作为其中一种可选的实施方 式，放电信号采集模块300为示波器或者局部放电检测仪中的任意一种，当放电信号采集模 块300为示波器时，示波器能够实现对局部放电信号的采集和实时显示，具有频率响应范围 宽、可形象地显示电压随时间变化的波形并可测量频率和相位等参数的特点；局部放电检 测仪则是一种在电气设备实时监测技术领域被广泛使用的具有较强实用性的局部放电测 试仪器，其特别适用于工程上的应用，当放电信号采集模块300为局部放电检测仪时，局部 放电检测仪可以对信号处理模块200发送过来的处理后的局部放电信号进行采集，并将采 集到的数据进行实时显示和存储，并且经适当定标后，能够直读被测电气设备发生局部放 电时放电脉冲的放电量，且指针式表头和数字式表头可同时显示，具有检测灵敏度高等特 点，其实用性和适应性都较强。
[0025]本实施例中的电气设备局部放电检测装置基于非接触式的探测方式，利用具有非 常宽的频率响应范围和较高灵敏度的D-dot传感器作为检测电气设备局部放电的传感器， 由于D-dot传感器具有良好的暂态特性，因此能够准确反应出变压器内绝缘劣化等原因而 引起的局部放电，通过信号处理模块对D-dot传感器检测到的局部放电信号进行滤波和降 噪处理，在进一步提高了局部放电信号的质量后，通过放电信号采集模块对局部放电信号 进行采集和显示，从而实现对电气设备局部放电信号的检测，本发明所提出的电气设备局 部放电检测装置除具有局部放电检测灵敏度高、方向性好、响应速度快的特点之外，还具有 结构简单、体积小、便于携带等特点，同时，由于D-dot传感器与被测电气设备端无需有物理 接触，因此电气设备局部放电检测装置自身对被测电气设备的绝缘性能影响小，不会给被 测电气设备端带来绝缘隐患，也不会影响被测电气设备端的正常工作。
[0026]作为一种具体的实施方式，电气设备局部放电检测装置中的D-dot传感器包括基 座、设置在基座上并被设定为地电位的外壳、设置在外壳形成的腔体内的内筒、设置于内筒 内的内芯、绝缘部件、设有与内芯位置相对应的开口并与外壳固定连接的筒盖以及穿设于 开口并与筒盖密封连接的接头，内芯的一端与内筒连接，内芯的另一端与接头的铜针连接 且通过绝缘部件与筒盖绝缘，接头的芯线通过同轴电缆与信号处理模块的输入端连接。具 体地，参见图3和图4,其中图3所示为D-dot传感器的正视图，图4所示为D-dot传感器横截面 的俯视图，在图3中，D-dot传感器是具有同轴形状的结构体，其包括外壳1、内筒2、基座3、绝 缘部件4、筒盖5、接头6以及内芯8,其中，外壳1被设定为地电位并且设置在基座3上，形成腔 体，内筒2设置在该腔体内，内芯8设置于内筒2内，筒盖5上设有与内芯8位置相对应的开口， 并且筒盖5与外壳1固定连接，接头6穿设于筒盖5上的开口并通过该开口与筒盖5密封连接， 例如，在筒盖5上与内芯8相对应的位置开设一个开口，该开口的直径比接头6的直径大且能 够与接头6的外导体密闭连接，内芯8的一端与内筒2的内侧连接，内芯8的另一端与接头6的 铜针连接，并且内芯8的另一端通过绝缘部件4与筒盖5绝缘，接头6的芯线通过同轴电缆与 信号处理模块的输入端连接。在本实施方式中，内筒2和内芯8作为信号接收端，接头6的芯 线作为信号输出端，由于外壳1被设定为地电位，筒盖5与外壳1连接，二者互相导通，因此筒 盖5也被设定为地电位，同时通过开口与筒盖5密闭连接的接头6的外导体也同样是地电位。 此外，D-dot传感器还可以包括用于与其他器件或者设备固定的金属连接件9,内筒2与内芯 8之间有空气层7。本实施方式基于电压传感器的基本原理，结合电气设备局部放电检测的 实际情况，给出D-dot传感器的具体结构，通过本【具体实施方式】的实施，为电气设备的局部 放电的检测提供了相关的检测器件和检测手段。
[0027]作为一种具体的实施方式，D-dot传感器还包括绝缘层，该绝缘层填充在外壳与内 筒之间，以保证内筒及内筒内的内芯的绝缘性。绝缘层的绝缘性能对D-dot传感器的正常工 作有十分重要的影响，而绝缘层的材质对于绝缘层的绝缘性能具有决定性的作用，作为一 种可选的实施方式，绝缘层的材质为环氧树脂，且环氧树脂的相对介电常数为5.2,环氧树 脂材料具有内聚力大、黏附力强、柔顺性好、优良的热固化性能和稳定的耐化学腐蚀性等特 点，由环氧树脂制备而成的绝缘件不仅具有良好的电气绝缘性能，而且通常还具有机械强 度高、耐电弧性强、致密性高、表面光洁、耐热性和耐寒性较好等优点，因此本实施方式以相 对介电常数为5.2的环氧树脂作为绝缘层，填充在D-dot传感器的外壳和内筒之间，充分保 证D-dot传感器的绝缘性能，其中环氧树脂的相对介电常数的具体数值可以根据实际D-dot 传感器需承受的电场强度而具体设定，本实施方式将环氧树脂的相对介电常数设定为5.2 是为满足一般情况下D-dot传感器对电气设备局部放电检测的需求而设定的。
[0028]作为一种具体的实施方式，在D-dot传感器中，外壳的形状为圆筒形，且外壳的壁 高为22mm，外壳的内径为22mm，内筒的内径为17mm，内芯的形状为圆柱状，且内芯的直径为 6mm，长度为20mm。本实施方式给出了 D-dot传感器配套的外壳、内筒及内芯的尺寸，根据本 实施方式所给出的尺寸参数制备D-dot传感器，不仅制备工艺简单，而且能够有效改变电路 的对地电容，保持D-dot传感器微分模式的工作条件，从而改善电气设备局部放电检测装置 对不同的局部放电信号的输出效果，同时也为电气设备局部放电检测装置的实现提供了有 价值的参考数据。
[0029]作为一种具体的实施方式，D-dot传感器的外壳的材质为铜、铁或者铝中的任意一 种，并且外壳与筒盖通过螺丝固定连接，例如外壳的形状为类圆环形，外壳的中间留有安装 内筒的孔状结构，筒盖的形状为环形，筒盖的直径比外壳的孔径稍大，筒盖上设有4个螺丝 安装口，外壳与筒盖通过螺丝安装口以螺丝固定连接，从而方便拆卸，这里D-dot传感器的 外壳的材质可以为铜、铁或者铝等导电金属中的任意一种，也可以为其他导电性良好的金 属，如金、银等。
[0030] 作为一种具体的实施方式，D-dot传感器的内芯的材质为铜，且内芯的形状为圆柱 状，以铜作为D-dot传感器的内芯，不仅保证了内芯良好的导电性，且圆柱状的内芯制备简 单，降低了 D-dot传感器的成本。
[0031] 作为一种具体的实施方式，D-dot传感器的接头为Q9连接器BNC公头，Q9连接器是 一种现有技术中常用型号的同轴电缆连接器，例如焊接式接头等，以Q9连接器BNC公头作为 D-dot传感器的接头可以以实现传感器更优的信号响应效果。
[0032]为进一步说明本发明所提出的电气设备局部放电检测装置的有效性和可行性，下 面以国标规定的脉冲电流法和电气设备局部放电检测装置分别对同一局放模型同时进行 测量，以验证本发明所提出的电气设备局部放电信号检测装置的性能。具体实验电路图如 图5所示，在该实验电路图中，包括交流电源10,调压器11，试验变压器12,保护电阻13,耦合 电容14,局部放电试品15,检测阻抗16，D_dot传感器17，信号处理模块18和放电信号米集模 块19,局部放电试品15模拟电气设备的局部放电，D-dot传感器17设置于局部放电试品15附 近，用于检测实验条件下局部放电试品15的局部放电，并将检测到的局部放电信号发送给 信号处理模块18和放电信号采集模块19进行相应的处理。基于上述实验电路，利用电气设 备局部放电检测装置测得的局部放电信号如图6所示，同时根据国标规定的脉冲电流法测 得的局部放电信号如图7所示，分别利用上述两种方法多次测量不同条件下局部放电试品 15的局部放电信号，对比上述两种方法所得多次脉冲信号的峰峰值的比值关系，并对数据 进行一次拟合，得到如图8所示的利用电气设备局部放电检测装置测得的和利用脉冲电流 法测得的局部放电信号峰峰值的对比图，图8中的横坐标为根据脉冲电流法测得峰峰值(单 位为V)，纵坐标为利用电气设备局部放电检测装置测得峰峰值(单位为V)，由图8可知，所得 拟合的确定系数为0.9919,表明上述两种测量方法的测量结果线性相关度良好，由此可见， 利用电气设备局部放电检测装置获得的测量结果与利用脉冲电流法的测量结果相接近，证 明电气设备局部放电检测装置具有较高的测量精度和准确性。
[0033] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0034] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护 范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种电气设备局部放电检测装置，其特征在于，包括检测电气设备局部放电的D-dot 传感器、对所述D-dot传感器检测到的局部放电信号进行滤波和降噪处理的信号处理模块、 对所述局部放电信号进行采集和显示的放电信号采集模块， 所述D-dot传感器的信号输出端连接所述信号处理模块的输入端， 所述信号处理模块的输出端连接所述放电信号采集模块的输入端。2. 根据权利要求1所述的电气设备局部放电检测装置，其特征在于， 所述信号处理模块包括依次连接的高通滤波器和小波去噪模块，所述高通滤波器为通 带频率大于50MHz的滤波器， 所述高通滤波器的输入端连接所述D-dot传感器的信号输出端，所述小波去噪模块的 输出端连接所述放电信号采集模块的输入端。3. 根据权利要求1或2所述的电气设备局部放电检测装置，其特征在于， 所述放电信号采集模块为示波器或者局部放电检测仪。4. 根据权利要求1或2所述的电气设备局部放电检测装置，其特征在于， 所述D-dot传感器包括基座、设置在所述基座上并被设定为地电位的外壳、设置在所述 外壳形成的腔体内的内筒、设置于所述内筒内的内芯、绝缘部件、设有与所述内芯位置相对 应的开口并与所述外壳固定连接的筒盖以及穿设于所述开口并与所述筒盖密封连接的接 头， 所述内芯的一端与所述内筒连接，所述内芯的另一端与所述接头的铜针连接且通过绝 缘部件与所述筒盖绝缘， 所述接头的芯线通过同轴电缆与所述信号处理模块的输入端连接。5. 根据权利要求4所述的电气设备局部放电检测装置，其特征在于， 所述D-dot传感器还包括绝缘层，所述绝缘层填充在所述外壳与所述内筒之间。6. 根据权利要求5所述的电气设备局部放电检测装置，其特征在于， 所述绝缘层的材质为环氧树脂，所述环氧树脂的相对介电常数为5.2。7. 根据权利要求4所述的电气设备局部放电检测装置，其特征在于， 所述外壳的形状为圆筒形，且所述外壳的壁高为22mm，所述外壳的内径为22mm， 所述内筒的内径为17mm， 所述内芯的形状为圆柱状，且所述内芯的直径为6mm，长度为20mm。8. 根据权利要求4所述的电气设备局部放电检测装置，其特征在于， 所述外壳的材质为铜、铁或者铝中的任意一种，且所述外壳与所述筒盖通过螺丝固定 连接。9. 根据权利要求4所述的电气设备局部放电检测装置，其特征在于， 所述内芯的材质为铜，所述内芯的形状为圆柱状。10. 根据权利要求4所述的电气设备局部放电检测装置，其特征在于， 所述接头为Q9连接器BNC公头。
【文档编号】G01R31/12GK106093716SQ201610363340
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】张福增, 廖帆, 廖一帆, 李清泉, 秦冰阳, 李斯盟, 司雯
【申请人】中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心, 南方电网科学研究院有限责任公司, 山东大学