專利名稱：一種傳感器及監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)局部放電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電氣監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種傳感器及監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封
閉開關(guān)局部放電裝置。
背景技術(shù)：
由于氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS， Gas Insulated Switchgear)的制造工藝 以及運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)裝配等原因，GIS不可避免的存在絕緣缺陷。這類缺陷在電壓作用下會(huì)產(chǎn)生 局部放電，從而誘發(fā)絕緣故障。從運(yùn)行實(shí)踐來看，絕緣故障始終是GIS故障中不可忽視的因 素，而且，隨著電壓等級(jí)的提高絕緣故障率隨之上升。因此，特高壓現(xiàn)場(chǎng)GIS的絕緣診斷技 術(shù)愈來愈被制造廠家和用戶重視，其中最主要的是進(jìn)行GIS局部放電的監(jiān)測(cè)。 目前，監(jiān)測(cè)局部放電的一般方法為超聲監(jiān)測(cè)法。超聲監(jiān)測(cè)法的原理為當(dāng)發(fā)生局部 放電時(shí)，GIS會(huì)發(fā)射聲音信號(hào)。通過分析采集的聲音信號(hào)的有效性，峰值的大小，有效值與 峰值的比例關(guān)系，可以判斷GIS存在的局部放電及其位置。 由于常規(guī)測(cè)量GIS局部放電的方法是依據(jù)超聲原理，而超聲檢測(cè)法使用的傳感 器的靈敏范圍為20-100KHz。電力系統(tǒng)中的電暈放電等主要電磁干擾信號(hào)的頻率一般在 150MHz以下。因此，超聲檢測(cè)法利用的傳感器的靈敏范圍容易受電力系統(tǒng)中電磁干擾信號(hào) 的干擾，從而造成監(jiān)測(cè)GIS局部放電不準(zhǔn)確。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是一種傳感器及監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)局部 放電裝置，能夠不受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確。 本實(shí)用新型提供一種傳感器，包括感應(yīng)電極、導(dǎo)電棒、監(jiān)測(cè)接頭和終端電阻； 所述感應(yīng)電極，用于感應(yīng)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電 磁波； 所述導(dǎo)電棒，用于將所述特高頻電磁波發(fā)送至所述監(jiān)測(cè)接頭； 所述監(jiān)測(cè)接頭的一端連接終端電阻，所述終端電阻接地； 所述監(jiān)測(cè)接頭的另 一端連接信號(hào)顯示設(shè)備。 優(yōu)選地，所述感應(yīng)電極為圓盤形狀，材料為鋁。 優(yōu)選地，所述特高頻傳感器的外部設(shè)有端子箱，所述端子箱接地。 優(yōu)選地，所述監(jiān)測(cè)接頭為N型同軸電纜接頭。 優(yōu)選地，所述信號(hào)顯示設(shè)備為示波器。 本實(shí)用新型還提供一種監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)局部放電裝置，包括放大器、 示波器和所述傳感器。 所述傳感器安裝在氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的內(nèi)部，用于監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封 閉開關(guān)設(shè)備局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波，將監(jiān)測(cè)到的特高頻電磁波轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)， 發(fā)送所述電壓信號(hào)至所述放大器；[0017] 所述放大器，用于放大所述電壓信號(hào)，將放大后的電壓信號(hào)發(fā)送至所述示波器； 所述示波器，用于顯示所述放大后的電壓信號(hào)，所述示波器上的電壓刻度預(yù)先經(jīng) 過脈沖電流法標(biāo)定對(duì)應(yīng)的電荷量。 優(yōu)選地，所述示波器上的電壓刻度預(yù)先經(jīng)過脈沖電流法標(biāo)定對(duì)應(yīng)的電荷量具體 為 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，利用所述傳感器和脈沖電流法同時(shí)監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)局部 放電，用所述脈沖電流法監(jiān)測(cè)的電荷值對(duì)應(yīng)標(biāo)定傳感器監(jiān)測(cè)到的電壓信號(hào)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn) 本實(shí)用新型提供的傳感器和監(jiān)測(cè)GIS局部放電裝置，利用特高頻(UHF，Ultra High Frenqency)法監(jiān)測(cè)GIS局部放電，將監(jiān)測(cè)到的電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)過 放大器放大，顯示在示波器上。本實(shí)用新型預(yù)先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過脈沖電流法和特高頻法同 時(shí)測(cè)量GIS局部放電，利用脈沖電流法對(duì)特高頻法測(cè)量的電壓值進(jìn)行電荷量的標(biāo)定。實(shí)際 監(jiān)測(cè)時(shí)通過觀察示波器上的電壓讀數(shù)通過查表得到對(duì)應(yīng)的電荷量，判斷GIS內(nèi)部是否發(fā)生 局部放電。GIS局部放電產(chǎn)生的電磁波包括大于lGHz的頻率成分。由于GIS自身的同軸結(jié) 構(gòu)，特高頻電磁波可在GIS內(nèi)部有效地傳播，而現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)的頻率在空氣中傳播時(shí)衰減 很快。因此，本實(shí)用新型基于特高頻法監(jiān)測(cè)GIS局部放電的裝置可以不受現(xiàn)場(chǎng)低頻干擾信 號(hào)的影響，可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)GIS內(nèi)部是否產(chǎn)生局部放電。

圖1是基于本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是基于本實(shí)用新型特高頻傳感器示意圖； 圖3是基于本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)GIS局部放電的電路原理圖； 圖4是基于本實(shí)用新型1100kV變電站中GIS的一次主接線； 圖5是基于圖4的監(jiān)測(cè)GIS局部放電裝置的布局示意圖。
具體實(shí)施方式為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對(duì)本 實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。 為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型，下面簡(jiǎn)單介紹一下特高頻法測(cè)量 GIS局部放電的原理。 GIS局部放電的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和在線檢測(cè)均可采用UHF檢測(cè)法，其原理是GIS內(nèi)局部 放電時(shí)產(chǎn)生的電流脈沖激發(fā)出電磁波，包括中低頻和UHF段(0. 3 3GHz)電磁波，其中超 高頻成分可在GIS內(nèi)部有效地傳播，然后根據(jù)傳感器接收的信號(hào)來分析局部放電的嚴(yán)重程 度及其位置。由于使用UHF段信號(hào)檢測(cè)，可避開常規(guī)的電氣干擾(主要是< 150MHz的電暈 干擾)。 本實(shí)用新型是基于特高頻法的原理在線監(jiān)測(cè)GIS局部放電。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明所述特高頻傳感器的組成。 參見圖l，該圖為基于本實(shí)用新型特高頻傳感器示意圖。 本實(shí)施例提供的傳感器包括感應(yīng)電極103、終端電阻105、監(jiān)測(cè)接頭106、同軸電纜107和導(dǎo)電棒108。 所述感應(yīng)電極103設(shè)置在GIS殼體102的內(nèi)部，用于感應(yīng)GIS內(nèi)部放電產(chǎn)生的特 高頻電磁波。 GIS殼體102的中心位置為GIS導(dǎo)體101。 需要說明的是，本實(shí)施例優(yōu)選感應(yīng)電極103為圓盤形狀，材料為鋁。 感應(yīng)電極103通過導(dǎo)電棒108與監(jiān)測(cè)接頭106連接。 所述導(dǎo)電銅棒108材質(zhì)為銅，可以根據(jù)需要選用其他導(dǎo)體。 所述監(jiān)測(cè)接頭106的一端連接終端電阻105，另一端通過同軸電纜107連接放大器。 所述終端電阻105接地。 所述終端電阻105有兩個(gè)作用1)作為匹配電阻，使傳輸信號(hào)最大化；優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)值 可以是50Q左右；2)防止過電壓，保證作業(yè)人員安全。 所述特高頻傳感器的外部設(shè)有端子箱104，所述端子箱104接地。端子箱104可以
起到固定和保護(hù)特高頻傳感器的作用。 所述監(jiān)測(cè)接頭106為N型同軸電纜接頭。 本實(shí)施例提供的傳感器的感應(yīng)電極設(shè)置在GIS殼體的內(nèi)部。由于GIS內(nèi)部填充高 壓SF6氣體，局部放電總是在很小范圍內(nèi)發(fā)生，因此具有極快的擊穿時(shí)間。這種具有快速上 升時(shí)沿的局部放電脈沖包含有從直流到超過lGHz的頻率成分。超高頻(300 3000MHz) 電磁波可以在GIS的同軸結(jié)構(gòu)中有效地傳播，因此選擇超高頻段的電磁波作為監(jiān)測(cè)信號(hào)可 以避開低頻率的環(huán)境干擾信號(hào)，從而提高信噪比，保證監(jiān)測(cè)局部放電的準(zhǔn)確性。 參見圖2，該圖為基于本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 本實(shí)施例提供的監(jiān)測(cè)GIS局部放電的裝置包括傳感器201、放大器202和示波器 203。 所述傳感器201安裝在氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的內(nèi)部，用于監(jiān)測(cè)氣體絕緣金 屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波，將監(jiān)測(cè)到的特高頻電磁波轉(zhuǎn)換為電壓信 號(hào)，發(fā)送所述電壓信號(hào)至所述放大器202 。 所述傳感器的具體結(jié)構(gòu)前文已經(jīng)做了詳細(xì)介紹，在此不再贅述。 所述放大器202，用于放大所述電壓信號(hào)，將放大后的電壓信號(hào)發(fā)送至所述示波器
203。 由于特高頻段的信號(hào)較弱，因此需要采用精密的放大器對(duì)監(jiān)測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大。 本實(shí)施例優(yōu)選的放大器的頻率范圍為2 2600MHz，增益為+40dB。 所述示波器203，用于顯示所述放大后的電壓信號(hào)，所述示波器203上電壓刻度預(yù) 先經(jīng)過脈沖電流法標(biāo)定對(duì)應(yīng)的電荷量。 本實(shí)施例優(yōu)選的示波器采用最大采樣率為40GS/s，模擬帶寬為2. 5GHz。 需要說明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例預(yù)先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用特高頻法和脈沖電流法同 步測(cè)量GIS內(nèi)部的局部放電情況。利用脈沖電流法對(duì)特高頻法測(cè)量的電壓值進(jìn)行標(biāo)定，得 到電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的電荷量。然后，在實(shí)際設(shè)備上可以單獨(dú)利用特高頻法監(jiān)測(cè)GIS局部放電 情況。因?yàn)槊}沖電流法受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾嚴(yán)重，不適宜在現(xiàn)場(chǎng)中監(jiān)測(cè)GIS局部放電。而特高 頻法不受現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)的影響，可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)GIS內(nèi)部是否出現(xiàn)局部放電。[0056] 下面介紹本實(shí)用新型提供的傳感器監(jiān)測(cè)GIS局部放電的原理，參見圖3，該圖為基
于本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)GIS局部放電的電路原理圖。 GIS導(dǎo)體101與感應(yīng)電極之間等效為電容C1。 感應(yīng)電極與地之間等效為電容C2。 電容Cl和電容C2之間的連接點(diǎn)定義為A點(diǎn)。 A點(diǎn)與地之間并聯(lián)電阻R，即電阻R與電容C2并聯(lián)。 A點(diǎn)直接輸出監(jiān)測(cè)信號(hào)。 從圖3中可以看出，輸出的監(jiān)測(cè)信號(hào)是電容C2和電阻R上的電壓信號(hào)。 本實(shí)用新型通過在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)測(cè)量的特高頻電壓信號(hào)進(jìn)行了標(biāo)定。 利用特高頻法和脈沖電流法同步監(jiān)測(cè)GIS局部放電，具體方法為在試驗(yàn)對(duì)象筒
體處放置異物，加壓使異物放電。絕緣盆子將試驗(yàn)對(duì)象筒體與試驗(yàn)用GIS分開，這樣可以防
止異物放電時(shí)對(duì)試驗(yàn)用GIS破壞。試驗(yàn)用GIS具有結(jié)合電容器的功能。傳感器的圓盤式感
應(yīng)電極可以監(jiān)測(cè)出試驗(yàn)用GIS內(nèi)傳播的特高頻電磁波，將特高頻電磁波轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，
所述電壓信號(hào)經(jīng)過放大器放大后顯示在示波器上。 因?yàn)镚IS局部放電是利用特高頻法和脈沖電流法同步測(cè)量，因此特高頻法監(jiān)測(cè)的 電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的視在電荷可以通過脈沖電流法來標(biāo)定。 下面介紹本實(shí)用新型實(shí)施例中特高頻傳感器安裝的位置。首先介紹1100kV變電 站中GIS的一次主接線，參見圖4。 圖4僅示出第一段母線的示意圖，1M表示第一段母線。l主變表示第一主變壓器。 在斷路器GCB(Gas Circuit Breaker)的兩側(cè)依次對(duì)稱設(shè)置電流互感器、接地開關(guān)
(ES， Earth Switch)禾口隔離開關(guān)(DS， Disconnect Switch)。 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，特高頻傳感器可以測(cè)量出約3pC的放電電荷量。 當(dāng)局部放電信號(hào)通過絕緣盆子及GIS的分支母線時(shí)將會(huì)發(fā)生衰減，根據(jù)試驗(yàn)測(cè)量
數(shù)據(jù)得到特高頻信號(hào)通過1100kV GIS —個(gè)絕緣盆子的衰減率為16%左右， 一個(gè)L形母線的
衰減率為30%左右。 現(xiàn)場(chǎng)衰減值的判斷本實(shí)用新型實(shí)施例在llOOkV特高頻現(xiàn)場(chǎng)局部放電監(jiān)測(cè)裝置 中使用放大倍數(shù)為40dB的放大器。 通過一個(gè)絕緣盆子在特高頻傳感器附近發(fā)生10pC的局部放電時(shí)，輸出的電壓約 為50000mV。當(dāng)局部放電信號(hào)通過絕緣盆子及GIS的分支母線時(shí)，將會(huì)發(fā)生衰減。本實(shí)施例 傳感器的配置中，局部放電信號(hào)的峰值的最壞情況是衰減到初期值的5%。因此，為了使本 實(shí)施例提供的局部放電監(jiān)測(cè)裝置在現(xiàn)場(chǎng)能夠監(jiān)測(cè)到10pC的局部放電，設(shè)定其判定基準(zhǔn)為 50000mVX0. 05 = 2500mV。 參見圖5，該圖為基于圖4的監(jiān)測(cè)GIS局部放電裝置的布局示意圖。 本實(shí)施例在llOOkV變電站的GIS接線上設(shè)置多個(gè)特高頻傳感器，如圖所示，A、 B 和C處表示三個(gè)高壓套管，這三個(gè)高壓套管分別連接三條母線，在每條母線上設(shè)置多個(gè)監(jiān) 測(cè)GIS局部放電的特高頻傳感器。 這段接線圖上安裝了 8組特高頻傳感器，如圖5所示的501-508，每組包括3個(gè)特 高頻傳感器，因此，共設(shè)置了 24個(gè)特高頻傳感器。 比較預(yù)埋的各個(gè)特高頻傳感器所監(jiān)測(cè)到的局部放電信號(hào)的大小，局部放電信號(hào)最大的特高頻傳感器位置即為靠近放電源的位置。這樣可以對(duì)GIS局部放電的具體位置進(jìn)行 定位。 需要說明的是，24個(gè)特高頻傳感器可以共用一套放大器和示波器，也可以分幾個(gè) 一組共用一套放大器和示波器，也可以每個(gè)特高頻傳感器單獨(dú)配備一套放大器和示波器。 判定放電源位置后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)示波器的讀數(shù)，結(jié)合局部放電信號(hào)的衰減率及放大 器的放大倍數(shù)后，計(jì)算出局部放電的電荷量。 本實(shí)用新型實(shí)施例通過特高頻傳感器判定GIS產(chǎn)生局部放電的基準(zhǔn)為 在中性點(diǎn)有效接地的電網(wǎng)系統(tǒng)中，如果GIS在電壓l. 1Um/V^下，其中Um是指電網(wǎng) 最高運(yùn)行電壓，每個(gè)間隔測(cè)量的GIS局部放電量大于5pC時(shí)，判定GIS產(chǎn)生局部放電；如果 單個(gè)絕緣件GIS局部放電量大于3pC時(shí)，判定GIS產(chǎn)生局部放電。 以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上 的限制。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型。任何 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的 方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的 等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì) 以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案保護(hù)的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種傳感器，其特征在于，包括感應(yīng)電極、導(dǎo)電棒、監(jiān)測(cè)接頭和終端電阻；所述感應(yīng)電極，用于感應(yīng)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波；所述導(dǎo)電棒，用于將所述特高頻電磁波發(fā)送至所述監(jiān)測(cè)接頭；所述監(jiān)測(cè)接頭的一端連接終端電阻，所述終端電阻接地；所述監(jiān)測(cè)接頭的另一端連接信號(hào)顯示設(shè)備。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述感應(yīng)電極為圓盤形狀，材料為鋁。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述特高頻傳感器的外部設(shè)有端子箱， 所述端子箱接地。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)接頭為N型同軸電纜接頭。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述信號(hào)顯示設(shè)備為示波器。
6. —種監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)局部放電裝置，其特征在于，包括放大器、示波器 和如權(quán)利要求1所述的傳感器；所述傳感器安裝在氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的內(nèi)部，用于監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封閉開 關(guān)設(shè)備局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波，將監(jiān)測(cè)到的特高頻電磁波轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，發(fā)送 所述電壓信號(hào)至所述放大器；所述放大器，用于放大所述電壓信號(hào)，將放大后的電壓信號(hào)發(fā)送至所述示波器； 所述示波器，用于顯示所述放大后的電壓信號(hào)，所述示波器上的電壓刻度預(yù)先經(jīng)過脈 沖電流法標(biāo)定對(duì)應(yīng)的電荷量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)局部放電裝置，其特征在于，所 述示波器上的電壓刻度預(yù)先經(jīng)過脈沖電流法標(biāo)定對(duì)應(yīng)的電荷量具體為在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，利用所述傳感器和脈沖電流法同時(shí)監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)局部放 電，用所述脈沖電流法監(jiān)測(cè)的電荷值對(duì)應(yīng)標(biāo)定傳感器監(jiān)測(cè)到的電壓信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種傳感器及監(jiān)測(cè)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)局部放電裝置。所述傳感器包括感應(yīng)電極、導(dǎo)電棒、監(jiān)測(cè)接頭和終端電阻；所述感應(yīng)電極，用于感應(yīng)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備局部放電時(shí)產(chǎn)生的特高頻電磁波；所述導(dǎo)電棒，用于將所述特高頻電磁波發(fā)送至所述監(jiān)測(cè)接頭；所述監(jiān)測(cè)接頭的一端連接終端電阻，所述終端電阻接地；所述監(jiān)測(cè)接頭的另一端連接信號(hào)顯示設(shè)備。由于GIS自身的同軸結(jié)構(gòu)，特高頻電磁波可在GIS內(nèi)部有效地傳播，而現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)的頻率在空氣中傳播時(shí)衰減很快。因此，本實(shí)用新型基于特高頻法監(jiān)測(cè)GIS局部放電的裝置可以不受現(xiàn)場(chǎng)低頻干擾信號(hào)的影響，可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)GIS內(nèi)部是否產(chǎn)生局部放電。
文檔編號(hào)G01R31/12GK201489082SQ20092015311
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者盧鵬, 方煜瑛, 楊葆鑫, 王延豪, 王曉寧, 趙文強(qiáng), 陳維江, 韓書謨 申請(qǐng)人:河南平高電氣股份有限公司;國(guó)家電網(wǎng)公司