矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线，主要包括耦合线圈以及高频带通滤波器。装置主机通过高频信号电缆与高频带通滤波器连接，高频带通滤波器与耦合线圈相连，将同步脉冲耦合到被测矿用电缆中。本实用新型公开了矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线的实现方法，用于矿用电缆局部放电在线监测与定位等场合。结合矿用电缆局部放电定位装置主机，本实用新型所述天线可将主机发送的弱脉冲信号进行放大后耦合到被测矿用电缆。通过本实用新型所述天线输出的同步脉冲，装置主机可准确计算脉冲沿电缆传播的速度与衰减系数，提高了矿用电缆局部放电定位的准确性。
【专利说明】矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及矿用高压电缆局部放电在线监测中的定位技术，特别涉及一种矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线。
【背景技术】
[0002]近年来，一种先进的在线、带电、非侵入式电力电缆类设备内部局部放电监测技术在电力企业获得了越来越多的应用，通过在这些设备接地线处短时或固定安装高频电流传感器，测量流过接地线的脉冲电流，分析局部放电的强度与频率，可实现电力电缆的绝缘状态监测和故障诊断。
[0003]电力企业近几年的实践表明，上述监测方法虽然取得较好的应用效果，但也存在若干技术问题尚未解决，主要有在线监测时背景噪声干扰问题，高频发射脉冲在电缆中传输时的衰减问题，高频发射脉冲在电缆中传播速度准确估计问题。另一方面，矿用电力设备安全检测技术也越来越引起人们的重视，检测技术的研究才刚刚起步。
[0004]首先，背景噪声干扰问题:在线监测环境下，很多外部强电磁干扰会通过接地网、接地铜排、电缆接地线向电网传播，给在线监测系统带来很大干扰，造成反射装置误触发。其次，脉冲衰减问题:不同频率的发射脉冲在电缆中传播的衰减系数不同，会影响对放电强度的准确评估。最后:传播速度问题。信号在电缆中的传播速度直接影响局部放电定位的准确性和效率。
[0005]目前，带电检测以非侵入式局部放电检测方法为主，国内外已发明多种方法对电力电缆的局部放电进行监测，主要有高频电流脉冲法与超声波法与超高频法等(郑文栋.多传感器联合检测技术在XLPE电缆附件局部放电定位中的试验研究[JL2011.李天杰.煤矿电缆的选择技术探讨[J].科技与企业，2013，(03):294.李海英，李玄，宋建成.基于雷达图法的矿用高压电缆安全预警模型[J].煤炭学报，2012，(11):1941-1946.冯德旺，刘文虎.矿用电缆护套对电快速瞬变脉冲群感应耦合的影响[J].太原理工大学学报，2012，(02): 139-143张俊安.XLPE电缆附件局部放电UHF和VHF联合检测[J].2011.曹永军.煤矿井下电缆故障的查找与处理[J].陕西煤炭，2011，(01):88-89+113.)。
[0006]但是，对矿用电缆的绝缘状态进行检测，当发现绝缘有缺陷后，对缺陷位置进行定位，却鲜见有相关文献公开报道。
实用新型内容
[0007]本实用新型公开了矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线。该天线可将一定频率的脉冲进行放大后耦合到被测矿用电缆中，耦合的脉冲具有足够的强度，可保证经过一定距离后(不低于2.5km)，可被远端的检测装置检测到。通过本实用新型所述天线耦合的同步脉冲，可解决电缆局部放电在线监测中，脉冲信号的同步问题。再根据被测电缆的长度，可在现场方便的计算局部放电脉冲沿电缆中的准确传播速度，从而提高了局部放电点定位的准确性。[0008]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:
[0009]一种矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线，包括钳形绝缘的外壳、磁芯、线圈、高频带通滤波器、BNC接头15，所述磁芯安装在外壳内部，所述线圈缠绕在磁芯外周，高频带通滤波器与线圈耦合连接，所述高频带通滤波器通过BNC接头与被测电缆相连。
[0010]所述磁芯采用锰锌高磁导率铁氧体材料，初始磁导率为10000，最高频率为40MHz ο
[0011]所述线圈采用线径为0.6mm的漆包线,线圈阻数不低于100阻。
[0012]所述高频带通滤波器主要由输入接口 J41、运算放大器U41、第一电阻R41、第二电阻R42、第三电阻R43、第四电阻R44、第五电阻R45、第六电阻R46、第一电容C41、第二电容C42、第三电容C43、运算放大器U42以及信号输出接口 J42构成；其中，输入接口 J41与运算放大器U41的正向输入端连接；第一电阻R41的上端与运算放大器U41的反向输入端连接，第一电阻R41的下端接地；第一电阻R41的上端与第二电阻R42的左端连接，第二电阻R42的右端连接到运算放大器U41的输出端节点；第一电容C41与第二电阻R42并联；运算放大器U41的输出端连接到第三电阻R43的左端，第三电阻R43的右端连接到第四电阻R44的左端，第四电阻R44的右端连接到运算放大器U42的正向输入端；第二电容C42的一端与电阻R43、R44的公共端相连，另一端与运算放大器U42的输出端相连接；第三电容C43的一端与运算放大器U42的反相输入端连接，另一端与地连接；电阻R45的一端与运算放大器的反相输入端连接，另一端接地；电阻R46的一端与运算放大器U42的反相输入端相连，另一端与运算放大器U42的输出端相连；带通滤波器由输出接口 J42输出；
[0013]所述带通滤波器的模拟带宽为IkHz到40MHz。
[0014]所述钳形绝缘的外壳采用环氧树脂材质，绝缘电压不低于35kV。
[0015]本实用新型具有如下优点:
[0016]1、所述同步脉冲耦合天线具有矿井现场要求的绝缘水平和隔爆要求，保证了使用人员操作该仪器时的安全性；
[0017]2、进行现场监测时，操作人员只需将同步脉冲耦合天线安装在电缆接地线上，就可方便的将同步脉冲耦合到被测电缆中，从而可准确的完成长电缆两端的脉冲同步。从同步后的脉冲时间差以及电缆长度，便可计算局部放电脉冲在电缆中的传播速度，为局部放电点的定位奠定基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为是本实用新型矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线的组成示意图。
[0019]图中:钳形绝缘的外壳11、磁芯12、线圈13、高频带通滤波器14、BNC接头15。
[0020]图2为是本实用新型矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线高频带通滤波器示意图。
[0021]图中:输入接口 J41、运算放大器U41、第一电阻R41、第二电阻R42、第三电阻R43、第四电阻R44、第五电阻R45、第六电阻R46、第一电容C41、第二电容C42、第三电容C43、运算放大器U42、信号输出接口 J42。【具体实施方式】
[0022]以上仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细说明。
[0023]本实用新型矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线结构如图1所示，主要由钳形绝缘的外壳11、磁芯12、线圈13、高频带通滤波器14、BNC接头15组成，所述磁芯12安装在外壳11内部，所述线圈13缠绕在磁芯12外周，高频带通滤波器14与线圈13耦合连接，所述高频带通滤波器14通过BNC接头15与被测电缆相连。
[0024]如图2所示，高频带通滤波器14主要由输入接口 J41、运算放大器U41、第一电阻R41、第二电阻R42、第三电阻R43、第四电阻R44、第五电阻R45、第六电阻R46、第一电容C41、第二电容C42、第三电容C43、运算放大器U42以及信号输出接口 J42构成。其中，输入接口 J41与运算放大器U41的正向输入端连接；第一电阻R41的上端与运算放大器U41的反向输入端连接；第一电阻R41的下端接地；第一电阻R41的上端与第二电阻R42的左端连接；第二电阻R42的右端连接到运算放大器U41的输出端节点；第一电容C41与第二电阻R42并联；运算放大器U41的输出端连接到第三电阻R43的左端；第三电阻R43的右端连接到第四电阻R44的左端；第四电阻R44的右端连接到运算放大器U42的正向输入端；第二电容C42的一端与电阻R43、R44的公共端相连，另一端与运算放大器U42的输出端相连接；第三电容C43的一端与运算放大器U42的反相输入端连接，另一端与地连接；电阻R45的一端与运算放大器的反相输入端连接，另一端接地；电阻R46的一端与运算放大器U42的反相输入端相连，另一端与运算放大器U42的输出端相连；带通滤波器由输出接口 J42输出。带通滤波器的模拟带宽为IkHz到40MHz。
[0025]上述矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线的磁芯12采用锰锌高磁导率铁氧体材料，初始磁导率为10000，最高频率为40MHz。
[0026]上述矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线的线圈13采用线径为0.6mm的漆包线，线圈匝数不低于100匝。
[0027]钳形绝缘外壳11采用环氧树脂材质，绝缘电压不低于35kV。
[0028]装置各部件的连接关系:装置主机通过高频信号电缆与高频带通滤波器14的输入接口 J41连接，高频带通滤波器14的输出接口 J42与线圈13相连，将同步脉冲耦合到被测矿用电缆中。
[0029]可见，由于采用了高频带通滤波器14，通过改变R41、R42、R45与R46的值可调节滤波器的放大倍数，从而可在现场方便的调节输出脉冲幅值。由于耦合到被测电缆的脉冲幅值可方便的调节，因此在检测现场，可根据现场实际背景噪声情况调节耦合脉冲的幅值，可保证耦合脉冲经过一定距离(不低于2.5km)的衰减后，在电缆两端的装置均接收到有效的同步脉冲信号。通过本实用新型所述天线耦合的同步脉冲，可解决电缆局部放电在线监测中，脉冲信号的同步问题。再根据被测电缆的长度，以及同步脉冲的时间差，可在现场方便的计算局部放电脉冲沿电缆中的准确传播速度，从而提高了局部放电点定位的准确性。
[0030]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线，其特征在于:主要由钳形绝缘的外壳(11)、磁芯(12)、线圈(13)、高频带通滤波器(14)、BNC接头(15)组成，所述磁芯(12)安装在外壳(11)内部，所述线圈(13)缠绕在磁芯(12)外周，高频带通滤波器(14)与线圈(13)耦合连接，所述高频带通滤波器(14)通过BNC接头(15)与被测电缆相连。
2.根据权利要求1所述的矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线，其特征在于:所述磁芯(12)采用锰锌高磁导率铁氧体材料，初始磁导率为10000，最高频率为40MHz。
3.根据权利要求1所述的矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线，其特征在于:所述线圈(13)采用线径为0.6mm的漆包线，线圈匝数不低于100匝。
4.根据权利要求1所述的矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线，其特征在于:所述高频带通滤波器(14)主要由输入接口 J41、运算放大器U41、第一电阻R41、第二电阻R42、第三电阻R43、第四电阻R44、第五电阻R45、第六电阻R46、第一电容C41、第二电容C42、第三电容C43、运算放大器U42以及信号输出接口 J42构成；其中，输入接口 J41与运算放大器U41的正向输入端连接；第一电阻R41的上端与运算放大器U41的反向输入端连接；第一电阻R41的下端接地；第一电阻R41的上端与第二电阻R42的左端连接；第二电阻R42的右端连接到运算放大器U41的输出端节点；第一电容C41与第二电阻R42并联；运算放大器U41的输出端连接到第三电阻R43的左端；第三电阻R43的右端连接到第四电阻R44的左端；第四电阻R44的右端连接到运算放大器U42的正向输入端；第二电容C42的一端与电阻R43、R44的公共端相连，另一端与运算放大器U42的输出端相连接；第三电容C43的一端与运算放大器U42的反相输入端连接，另一端与地连接；电阻R45的一端与运算放大器的反相输入端连接，另一端接地；电阻R46的一端与运算放大器U42的反相输入端相连，另一端与运算放大器U42的输出端相连；带通滤波器由输出接口 J42输出。
5.根据权利要求1或4所述的矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线，其特征在于:所述带通滤波器的模拟带宽为IkHz到40MHz。
6.根据权利要求1所述的矿用电缆局部放电在线定位同步脉冲耦合天线，其特征在于:所述钳形绝缘外壳(11)采用环氧树脂材质。
【文档编号】H01P1/203GK203631743SQ201320776248
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】梁得亮, 李洪杰, 唐明, 董跃进, 刘骧 申请人:西安交通大学, 山东容力达矿用电器设备有限公司