專利名稱：高壓絕緣監(jiān)測裝置的部分放電傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓絕緣監(jiān)測裝置的部分放電傳感器，具體地說但不只是用于測量電廠的大發(fā)電機的定子繞組中的部分放電。
背景技術(shù)：
部分放電(PD)局部發(fā)生放電，其部分橋接導(dǎo)體之間的絕緣，特別是用在高壓發(fā)電中。當(dāng)電場局部超過擊穿強度時，它們是絕緣缺陷的結(jié)果。這種部分放電甚至可導(dǎo)致導(dǎo)體之間絕緣的進一步降級并且甚至擊穿。因此，需要監(jiān)測高壓系統(tǒng)中的部分放電以防止發(fā)電鏈中的功能失調(diào)和損壞。此外，它是有幫助的工具以便計劃關(guān)斷并維護設(shè)備或替換。在產(chǎn)業(yè)中，在題為“Highvoltage Test Techniques-Partial Dischargemeasurements”(2000)的標準EN/IEC 60270中很好地描述了部分放電的測量。它描述了用于確定部分放電的電路的設(shè)計和校準。重要的是要注意，在測量部分放電之前，需要校準測量系統(tǒng)以便達到所需的準確度。通常通過將脈沖注入到系統(tǒng)中并檢測測量裝置的響應(yīng)進行校準。傳統(tǒng)校準裝置僅能在發(fā)電機靜止不動時線下使用，因為已知的裝置不是抗高壓的。然而，在線和線下的操作條件彼此是相當(dāng)不同的，其影響校準精確度。實際上，在操作期間，閉合將發(fā)電機連接到電網(wǎng)的主開關(guān)，并且由此電線更長了。這引起更大的線電容，并改變脈沖的傳輸特性。由此，期望能夠在發(fā)電機的正常操作期間校準高壓絕緣監(jiān)測裝置。EP2071342公開了一種便攜式校準裝置，其可在正常操作期間當(dāng)經(jīng)由電池實現(xiàn)電力供應(yīng)并且經(jīng)由光學(xué)接口進行遠程控制時使用。然而，它是改變電力激發(fā)鏈的高壓幾何形狀的附加裝置，并且由于電池供電，注入的脈沖相當(dāng)小，并且操作時間受限。本發(fā)明的目的是至少部分克服上面闡述的缺陷，具體地說，提出一種允許甚至在高壓絕緣監(jiān)測期間也在線校準的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面包含提供包含監(jiān)測裝置的傳感器，其也可以用連接到電網(wǎng)的發(fā)電機校準。這個和另外方面通過提供根據(jù)隨附權(quán)利要求的部分放電傳感器獲得。該傳感器可單獨或組合具有一個或多個如下可選特征:
-耦合電容器和校準電容器實現(xiàn)為一個雙電容器；
-耦合電容器和校準電容器實現(xiàn)為兩個單獨電容器； -測量電路包括信號傳輸線和用于操作測量電路的電功率，并且通過信號傳輸線給校準電路供電；
-可提供轉(zhuǎn)換器供電電路，其可連接到測量裝置并耦合到測量電容器的低壓電極，以用于給校準電路供應(yīng)必要的供電電壓；
-校準電路包括連接在耦合電容與校準電路之間的脈沖發(fā)生器同步線；
-校準電路包含并聯(lián)連接的兩個支路，第一支路一方面連接到地而另一方面連接到開關(guān)單元，并且第二支路包括并聯(lián)的電容器和信號發(fā)生器，第二支路的一端連接到地而另一端也連接到開關(guān)單元，開關(guān)單元連接到校準電容器；
-開關(guān)單元具有兩個位置，第一位置將校準電容連接到第一支路，并且第二位置將校準電容連接到第二支路；
-串行通信信道可連接到測量裝置，以用于調(diào)整脈沖的高度和序列和/或控制開關(guān)單元57。


-圖1是配備有部分放電傳感器和部分放電分析器的高壓發(fā)電鏈的示意表示； -圖2是根據(jù)第一實施例的部分放電傳感器的不意表不；
-圖3是根據(jù)第二實施例的部分放電傳感器的示意表示；
-圖4A和4B是根據(jù)第一實施例的部分放電傳感器的雙電容器的不意表不；
-圖5是根據(jù)第三實施例的部分放電傳感器的示意表示；
-圖6A和6B是根據(jù)第二實施例的部分放電傳感器的雙電容器的不意表不；
-圖7是根據(jù)第四實施例的部分放電傳感器的示意表示；以及 -圖8是根據(jù)第五實施例的部分放電傳感器的示意表示。
具體實施例方式在所有圖中，同樣的元件具有相同的附圖標記。圖1是高壓發(fā)電鏈I的不意表不，其包括具有若干相但只有一個輸出相的發(fā)電機3，并且表示了有關(guān)的高壓母線管道5。發(fā)電機3可由任何可用能源或能源(煤、燃料、燃氣、核、蒸汽、水等)的組合饋電的未表示的渦輪機或引擎驅(qū)動。發(fā)電機可以是同步發(fā)電機，并且通常生成大于5kV的50-60Hz的備選電壓。母線管道5連接到開關(guān)單元7，其允許將發(fā)電機3從如下元件例如升壓變壓器并且最后從電網(wǎng)去率禹。部分放電傳感器11連接到母線管道5，并且傳感器11的輸出連接到部分放電分析設(shè)備13。部分放電傳感器11和部分放電分析設(shè)備13都是高壓絕緣監(jiān)測裝置的一部分。其目的是具體地說監(jiān)測發(fā)電機的定子繞組中的部分放電。這種監(jiān)測允許防止由于在操作期間可發(fā)生的絕緣缺陷引起的功能失調(diào)。在發(fā)電機3的正常操作中，并且當(dāng)發(fā)電機3連接到電網(wǎng)時，母線管道5是高壓線。圖2更詳細示出了部分放電傳感器11。具體地說，部分放電傳感器包括殼體15，其一方面定位用于測量要測試的高壓系統(tǒng)(也就是發(fā)電機3)中的部分放電的測量電路17，以及具有一個電極連接到測量電路17并且另一電極連接到被連接到要測試的系統(tǒng)的高壓線(母線管道5)的第一高壓導(dǎo)體21的耦合電容器19。傳感器11還包括殼體15中的校準電路23和校準電容器25，所述校準電容器25具有一個電極連接到校準電路23并且另一個電極連接到被連接到高壓線(母線管道5)的第二高壓導(dǎo)體27。為了給出電路實現(xiàn)的一些指導(dǎo)，校準電容器25大約是20pF，而耦合電容器19具有IOOpF的電容。更詳細地，測量電路17包括在一側(cè)上連接到耦合電容器19而在另一側(cè)上連接到地的例如具有IOOkQ的高通電阻Rhp以及具有例如20kHz到IOMHz通帶并且在一側(cè)上連接到耦合電容器19而在另一側(cè)上連接到放大器31的帶通BP。放大器31的輸出是經(jīng)由信號線33發(fā)送到部分放電分析設(shè)備13的電壓信號。高通頻率例如是ffiekHz。校準電路23配置成發(fā)送出對應(yīng)于預(yù)定義的電荷的限定形狀的校準脈沖，并經(jīng)由校準電容25耦合到高壓系統(tǒng)。因為電子電路23和17不處于高壓電勢，因此實現(xiàn)了經(jīng)由信號線33的電力供應(yīng)。由此，本解決方案允許在操作期間校準高壓絕緣監(jiān)測裝置。當(dāng)校準電路23以及有關(guān)的稱合電容器25被集成到部分放電傳感器11 (其本身預(yù)先在安裝中)的相同殼體15中時，不需要審查整個電力激發(fā)鏈的高壓幾何形狀。此外，當(dāng)經(jīng)由信號傳輸線33實現(xiàn)校準電路23的電力供應(yīng)時，關(guān)于注入到高壓系統(tǒng)中的校準電荷存在相當(dāng)更少的約束。圖3示出了部分放電傳感器11的第二實施例，其不同于圖2的實施例，僅由于如下事實:第二高壓導(dǎo)體27在殼體15內(nèi)連接到第一高壓導(dǎo)體21。因此，僅有一個高壓導(dǎo)體21連接到高壓線(母線管道5)，這意味著部分放電傳感器11的安裝與已經(jīng)使用的那些相同。如可在圖2和3上看到的，耦合電容器19和校準電容器25是兩個截然不同的電容器。為了增加構(gòu)造空間，預(yù)見將電容器19和25實現(xiàn)為一個構(gòu)造單元，如例如在圖4A和4B中示出的實現(xiàn)為雙電容器單元35，圖4A和4B是根據(jù)第一實施例的部分放電傳感器的雙電容器的不意表不。雙電容器35包括中空圓柱形絕緣體37，具體地說具有底部37A、圓柱側(cè)壁37B、具有連接煙囪37D的頂壁37C。絕緣體可具有5_的壁厚、5cm的高度和5cm的外直徑，并且可由塑料合成物制成。還示出了高壓導(dǎo)體21和27，它們穿過煙囪37D并分別連接到耦合電容器19的高壓部分電極19A和校準電容器25的25A。這些電極19A和25A位于中空絕緣體37的內(nèi)側(cè)。在壁37A和37B的相對側(cè)上，在絕緣體37的外側(cè)上布置了連接到測量電路17的耦合電容器19的電極19B和連接到校準電路23的校準電容器25的電極25B。更詳細地，電極19A和19B的主要部分位于絕緣體的側(cè)壁37B上，并且較小的腳部19F位于底壁37A的外圍部分。這也在圖4B上清楚表示了，圖4B是沿圖4A上的箭頭39看到的雙電容器35的底端。
校準電容器25在電容方面更小。在目前情況下，電極25A和25B形如盤，并且位于圓柱形絕緣體37的底壁37A。測量電容器19的電容通常是IOOpF,并且校準電容器的電容是20pF。容易理解，雙電容器的這個構(gòu)造不需要比部分放電傳感器的傳統(tǒng)使用的耦合電容器更多或者至少不那么多的空間。圖4A和4B的配置例如用于圖2的實施例。對于圖3的實施例，高壓導(dǎo)體21和27可在絕緣體37的中空體積內(nèi)連接在一起，以便僅一個高壓導(dǎo)體穿過煙 37D連接到高壓線(母線管道5)。在圖5中示出了根據(jù)第三實施例的部分放電傳感器11的示意表示。這個實施例不同于圖3中示出的實施例，由于如下事實:在高壓側(cè)上，耦合電容器19和校準電容器25具有公共電極41。可以在略微修改圖4A中所示的雙電容器35中實現(xiàn)這個實施例。在是根據(jù)第二實施例的部分放電傳感器的雙電容器的示意表示的圖6A和6B中示出了這種修改的雙電容器35。圖6A中的雙電容器35不同于圖4A中所示的，僅由于如下事實:僅一個公共高壓導(dǎo)體43代替導(dǎo)體21和27，并且絕緣體37的內(nèi)側(cè)上的高壓電極19A和25A被聯(lián)結(jié)以形成公共高壓電極41。即使具有公共電極41，以測量電容器19的電容通常是IOOpF并且校準電容器的電容是20pF的這種方式選擇電極19B和25B的表面。這種構(gòu)造甚至更容易實現(xiàn)，并且允許部分放電的線校準和測量上的非常高的性倉泛。在圖7中更詳細圖示了具有其校準電容器25的校準電路23的示例。電路23包括具有并聯(lián)連接的兩個支路53、55的脈沖發(fā)生器，第一支路53 —方面連接到地而另一方面連接到開關(guān)單元57，并且第二支路55包括并聯(lián)的具有大約InF的電容的電容器59和信號發(fā)生器61，第二支路55的一端連接到地而另一端也連接到開關(guān)單元57。開關(guān)單元57經(jīng)由大約100Q的歐姆電阻63連接到校準電容器25的電極25B。信號發(fā)生器61可生成從IV到200V的階躍信號或斜坡信號。同步線65在一側(cè)上連接到測量電路17再到耦合電容19的電極19B，而在另一側(cè)上在低通濾波器67 (用于諸如例如50或60Hz的電網(wǎng)頻率)之后連接到同步外部輸出、信號發(fā)生器61和開關(guān)單兀57。這個同步信號允許例如以開關(guān)單元57按照由發(fā)電機3產(chǎn)生的備選電壓的周期開關(guān)10-100次的方式來協(xié)調(diào)校準電路23的脈沖注入。開關(guān)單元57具有兩個位置，第一位置將校準電容25連接到第一支路53，并且第二位置將校準電容25連接到第二支路55。電路以通過電壓發(fā)生器61將電容器59充電到某一電壓例如100V的這種方式工作。通過開關(guān)單元57，當(dāng)在第二位置時，生成脈沖并將其注入到高壓系統(tǒng)中?？蓮碾娙萜?9的電容和施加的電壓計算注入的電荷。例如，對于施加到具有IOpF電容的電容器59的100V，它得到InC的注入的脈沖電荷。在圖7中，經(jīng)由信號傳輸線實現(xiàn)電力供應(yīng)。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8，示出了具有自主電力供應(yīng)的另外第五實施例。圖8的實施例不同于圖7中的實施例，由于如下事實:放大器31具有差分輸出，并且信號傳輸線包括絞合線纜對，其首先比已知同軸電纜便宜(當(dāng)與這個實施例中一樣需要具有多對的線纜時)，并且其此外在它的電特性上平衡得更好。而且，在設(shè)置同步線65中的低通濾波器67之后，具有差分輸出的積分器75和放大器77還允許使用第二絞合線纜對以用于部分放電傳感器11的同步輸出。而且，在傳感器11內(nèi)預(yù)見可經(jīng)由串行通信信道(例如用于調(diào)整脈沖的高度和序列的CAN-BUS)控制的微處理器。它還可用于控制開關(guān)單元57。為了方案清晰起見，未表示控制線。此外，部分放電傳感器11包括耦合到測量電容器19的低壓電極19B的轉(zhuǎn)換器供電電路81以用于給校準電路供應(yīng)必要的供電電壓。轉(zhuǎn)換器供電電路例如具有兩個支路，其分別帶有用于將備選電壓變換成DC電壓的二極管和電容器，以及DC/DC轉(zhuǎn)換器，以便得到+/-5V的操作電壓。為了方案清晰起見，未表不電力供應(yīng)線。由于本發(fā)明，ro傳感器的校準可在線進行，并且提出的設(shè)備適合已經(jīng)存在的ro傳感器的安裝空間。因此，根據(jù)本發(fā)明的ro傳感器的安裝不需要重新設(shè)計高壓發(fā)電鏈周圍的高壓幾何形狀。此外，維護減少了，因為給出的傳感器不需要電池供電。
權(quán)利要求
1.一種部分放電傳感器(11)，用于高壓絕緣監(jiān)測裝置(11;13)，其包括殼體(15)以及位于所述殼體(15)中用于要測試的高壓系統(tǒng)(3;5)中的部分放電的測量的測量電路(17)和具有連接到所述測量電路(17)的一個電極(19B)并且連接到被連接到要測試的所述系統(tǒng)的高壓線(5)的第一高壓導(dǎo)體(21;43)的另一個電極(19A;41)的耦合電容器(19)，其中它還包括校準電路(23)，所述校準電路(23)包括校準電容器(25)，所述校準電容器(25)具有連接到所述校準電路(23)的一個電極(25B)并且連接到被連接到高壓線(5)的所述第一(21;41)或第二高壓導(dǎo)體(27)的另一個電極(25A;41)。
2.如權(quán)利要求1所述的部分放電傳感器，其中，所述校準電路(23)位于所述殼體(15)中。
3.如權(quán)利要求1所述的部分放電傳感器，其中，所述耦合電容器(19)和所述校準電容器(25)被實現(xiàn)為一個雙電容器(35)。
4.如權(quán)利要求3所述的部分放電傳感器，其中，所述雙電容器(35)包括:中空圓柱形絕緣體(37)，其具有位于所述絕緣體(37)內(nèi)壁上的至少一個高壓電極(19A，25A，41)以及分別連接到所述測量電路(17)和所述校準電路(23)并位于所述絕緣體(37)外壁上的兩個電極(19B, 25B)。
5.如權(quán)利要求4所述的部分放電傳感器，其中，連接到所述校準電路(23)的所述電極(25B)成形為盤，并且位于所述圓柱形絕緣體(37)的底部(37A)。
6.如權(quán)利要求4所述的部分放電傳感器，其中，連接到所述高壓導(dǎo)體(5)的所述雙電容器(35)的所述電極(41)對所述耦合電容器(19)和所述校準電容器(25) 二者是公共電極。
7.如權(quán)利要求1所述的部分放`電傳感器，其中，所述耦合電容器(19)和所述校準電容器(25)被實現(xiàn)為兩個單獨電容器。
8.如權(quán)利要求4所述的部分放電傳感器，其中，連接到所述測量電路(17)的所述電極(19B)主要成形為圓柱，并且主要位于所述圓柱形絕緣體(37)的側(cè)壁(37B)上。
9.如權(quán)利要求1所述的部分放電傳感器，其中，所述測量電路(17)包括信號傳輸線(33)和用于所述測量電路(17)的操作的電功率，并且通過所述信號傳輸線(33)給所述校準電路(23)供電。
10.如權(quán)利要求1所述的部分放電傳感器，還包括:轉(zhuǎn)換器供電電路(81)，其可連接到所述測量裝置并耦合到所述測量電容器(19)的低壓電極(19B)，以用于給所述校準電路(23)供應(yīng)必要的供電電壓。
11.如權(quán)利要求1所述的部分放電傳感器，其中，所述測量電路(17)包括具有差分輸出的放大器(31)，并且其中信號傳輸線(33)實現(xiàn)為絞合線纜對。
12.如權(quán)利要求1所述的部分放電傳感器，其中，所述校準電路(23)包括連接在所述耦合電容(19)與所述校準電路(23)之間的脈沖發(fā)生器同步線(65)。
13.如權(quán)利要求12所述的部分放電傳感器，其中，所述校準電路(23)包含并聯(lián)連接的兩個支路(53，55)，第一支路(53) —方面連接到地而另一方面連接到開關(guān)單元(57)，并且第二支路(55)包括并聯(lián)的電容器(59)和信號發(fā)生器(61)，第二支路(55)的一端連接到地而另一端也連接到所述開關(guān)單元(57)，所述開關(guān)單元(57)連接到所述校準電容器(25)。
14.如權(quán)利要求13所述的部分放電傳感器，其中，所述開關(guān)單元(57)具有兩個位置，第一位置將所述校準電容(25)連接到第一支路(53)，并且第二位置將所述校準電容(25)連接到第二支路(55)。
15.如權(quán)利要求1或13所述的部分放電傳感器，其中，提供可連接到測量裝置的串行通信信道以用于調(diào)整所述校準脈沖的高`度和序列和/或控制所述開關(guān)單元(57)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于高壓絕緣監(jiān)測裝置(11;13)的部分放電傳感器(11)，其包括殼體(15)以及位于殼體(15)中的用于測量要測試的高壓系統(tǒng)(3;5)中的部分放電的測量電路(17)和具有一個電極(19B)連接到測量電路(17)并且另一個電極(19A;41)連接到被連接到要測試的系統(tǒng)的高壓線(5)的第一高壓導(dǎo)體(21;43)的耦合電容器(19)，其中它還包括位于殼體(15)中并包括校準電容器(25)的校準電路(23)，校準電容器具有一個電極(25B)連接到校準電路(23)并且另一個電極(25A;41)連接到被連接到高壓線(5)的所述第一(21;41)或第二高壓導(dǎo)體(27)。
文檔編號G01R1/04GK103201635SQ201180053058
公開日2013年7月10日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者M.霍貝斯貝格爾 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司