專利名稱：電力電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種電力電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置，屬于高壓電力測試技術(shù)及電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來隨著城市電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜憑借其制造工藝簡單、安裝方便、絕緣性能好、供電可靠等諸多優(yōu)點，在電網(wǎng)建設(shè)中得到了廣泛使用。電纜終端頭因本身結(jié)構(gòu)、制作和安裝工藝及運(yùn)行條件的復(fù)雜性，成為了電纜系統(tǒng)在實際運(yùn)行中的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，不計及外力破壞等原因，電纜附件故障引起的電力電纜線路運(yùn)行故障超過了總量的一半以上。局部放電是引起電纜附件絕緣破壞的主要原因，同時也是表征絕緣狀況的主要特征參數(shù)。因此，局部放電成為檢測電纜附件狀態(tài)的重要環(huán)節(jié)并越來越受到電力工業(yè)的重視。局部放電信號是一種高頻小信號，其產(chǎn)生時具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，且放電信號頻率分布范圍很寬，易受噪聲干擾的影響。因此，用于局部放電檢測的傳感器需要有較高的靈敏度及良好的信噪比。國內(nèi)外目前采用的局部放電檢測方法多種多樣，主要分為電氣檢測法和非電檢測法。電氣檢測法既可以做定量檢測又可以做定性分析，目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的方法主要有脈沖電流法、電容耦合法、電磁耦合法、超高頻檢測法等。各種非電檢測技術(shù)(聲測法、紅外測溫法、光測法等)雖然抗電磁干擾能力強(qiáng)，但大多難以完成對局部放電的定量測量，因而多作為局部放電檢測的輔助方法，電氣檢測法依舊是局部放電檢測的主要手段。國內(nèi)對于電纜終端頭的局部放電檢測研究較少。中國專利CN200410026134. 7“電力電纜局部放電在線監(jiān)測方法及裝置”使用羅氏線圈作為傳感器從電纜接地線上耦合射頻信號，并針對電纜設(shè)計了一臺在線監(jiān)測樣機(jī)，提出了一套完整的在線監(jiān)測方案。但該技術(shù)所述的傳感器也存在以下不足(I)羅氏線圈作為電磁耦合法中的一種經(jīng)典傳感器，通常要面臨靈敏度低的問題，其采樣系統(tǒng)需要較高的采樣率，硬件開銷大；(2)傳感器安裝在電纜接地線上將會受到流過地線的各種干擾的影響，對抗這些干擾需要較為復(fù)雜的后端處理， 對后端硬件、軟件的要求較高；(3)羅氏線圈是一種封閉式結(jié)構(gòu)的傳感器，體積大且不便于現(xiàn)場安裝。美國專利7202672 “Partial discharge sensor”考慮到羅氏線圈封閉式結(jié)構(gòu)不便于工業(yè)現(xiàn)場安裝的缺點，將傳感器設(shè)計成開口的“U”型結(jié)構(gòu)，對電纜進(jìn)行局部放電檢測時將傳感器夾持在電纜上，實現(xiàn)對電纜缺陷的局部放電檢測。該裝置檢測頻帶較寬，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，方便現(xiàn)場檢測人員操作。但也有比較突出的缺點將傳統(tǒng)封閉式的羅氏線圈設(shè)計成開口線圈，大大降低了傳感器的檢測靈敏度，在電纜絕緣內(nèi)部出現(xiàn)裂隙缺陷時才能檢測到放電現(xiàn)象；雖然傳感器具有較寬的檢測頻帶，但為了達(dá)到理想的檢測靈敏度，該發(fā)明的后端信號處理設(shè)備需要很大的硬件開銷。在該發(fā)明的實施例中，信號處理設(shè)備使用了頻譜分析儀， 使檢測裝置本身成本大幅提高，難以在工業(yè)上大規(guī)模推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電力電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置，其特點是將傳感器單元設(shè)計為傳感貼片，再由傳感貼片組成傳感器陣列， 使傳感器獲得寬頻帶特性，在保證靈敏度的前提下實現(xiàn)了在電纜終端頭表面進(jìn)行局部放電的檢測。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實現(xiàn)電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置由傳感器、觸發(fā)信號耦合器及信號處理單元構(gòu)成；信號處理單元由選通電路、輔助電路、觸發(fā)信號調(diào)理電路及數(shù)據(jù)采集單元組成；傳感器輸出的信號依次通過選通電路、輔助電路與數(shù)據(jù)采集單元連接；觸發(fā)信號耦合器輸出的信號依次通過觸發(fā)信號調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集單元連接。傳感器的結(jié)構(gòu)中設(shè)有傳感貼片、橡膠墊、固定螺栓、外殼接地線和信號電纜；傳感貼片的厚度IOum lOOum，有效耦合面積100 1000mm2，響應(yīng)頻帶范圍為O 100MHz。選通電路中的選通控制字I由數(shù)據(jù)采單元的數(shù)字信號輸出端輸出；選通控制字I 通過光耦合隔離器II與繼電器III連接；光耦合隔離器II根據(jù)控制字I對繼電器III輸出控制信號；繼電器III根據(jù)控制信號接通相應(yīng)的la、lb、lc不同傳感器；選通電路具有可擴(kuò)展性，其中，一個控制字I、一只光稱合隔離器II和一只繼電器III構(gòu)成一套選通單兀IV, 兩套選通單元IV能連接la、IbUc三個傳感器；以此類推，每增加一套選通單元IV就能多連接一個傳感器。輔助電路中的二極管D1、二極管D2作為支路并聯(lián)于輔助電路的輸入端，另一端接地；電阻R1、電容Cl構(gòu)成高通濾波器；運(yùn)算放大器Ul同相輸入端接地，電阻R2、電阻R3控制運(yùn)算放大器Ul的放大系數(shù)，電阻R2連接運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端，電阻R3并聯(lián)于運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端與Ul的輸出端之間；電阻R4、電容C2構(gòu)成低通濾波器；電阻R4 和電容C2的公共端與電容C3連接，電容C3的另一端與輔助電路的輸出端連接；二極管D3、 二極管D4作為支路并聯(lián)于輔助電路的輸出端，另一端接地。觸發(fā)信號耦合器的響應(yīng)頻帶范圍為O IGHz ;觸發(fā)信號耦合器的結(jié)構(gòu)中設(shè)有觸發(fā)信號耦合單元、固定螺栓和信號電纜；觸發(fā)信號耦合單元的輸出與信號電纜的輸入端連接。觸發(fā)信號調(diào)理電路中的二極管D5、二極管D6并聯(lián)于觸發(fā)信號調(diào)理電路的輸入端， 另一端接地；運(yùn)算放大器U2的同相輸入端與觸發(fā)信號調(diào)理電路的輸入端連接，運(yùn)算放大器 U2的反相輸入端與運(yùn)算放大器U2的輸出端連接；電阻R5連接運(yùn)算放大器U3的反相輸入端，電位器R6并聯(lián)于運(yùn)算放大器U3的反相輸入端與運(yùn)算放大器U3的輸出端之間，運(yùn)算放大器U3的同向輸入端接地；運(yùn)算放大器U3的輸出端通過電阻R7與電壓比較器U4的同相輸入端連接；變阻器R8的2腳連接電壓比較器U4的反相輸入端，變阻器R8的I腳和3腳分別于電源和地連接；電阻R9并聯(lián)于電壓比較器U4的輸出端；電壓比較器U4的輸出端連接光耦合隔離器U5的反相輸入端；電阻RlO連接電源與光耦合隔離器U5的同相輸入端；電阻Rll并聯(lián)于觸發(fā)信號調(diào)理電路輸出端與電源之間。本發(fā)明具有如下優(yōu)點I.頻帶響應(yīng)較寬。該本發(fā)明中的傳感器貼片具有較寬的響應(yīng)頻帶(O 100MHz)。 環(huán)形傳感器中采用將傳感貼片組成傳感陣列的設(shè)計方式，可以改善傳感器的頻帶特性，提高傳感器的靈敏度。在輔助電路的配合下，能夠濾除大多數(shù)噪聲干擾，取得良好的信噪比。2.成本低廉。傳感貼片及傳感器外殼制造耗材少，成本低。觸發(fā)信號耦合器、信號電纜、選通電路、輔助電路及觸發(fā)信號調(diào)理電路使用的電子材料均為常見電子元件且成本低廉。本發(fā)明體現(xiàn)出的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢為其大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用推廣創(chuàng)造了極好的條件。3、體積小巧。相對于一些傳統(tǒng)的局部放電檢測傳感器，本發(fā)明中傳感器貼片設(shè)計面積僅幾百_2，制成的環(huán)狀傳感器時體積小巧，空間占用小。有利于傳感器安裝在設(shè)計預(yù)留空間狹小的環(huán)網(wǎng)柜單元內(nèi)。4、易于安裝。外殼開口通過螺栓固定的設(shè)計方法使傳感器在現(xiàn)場安裝時更加方便，適于多種規(guī)格電纜終端頭，這為本發(fā)明運(yùn)用到電力工業(yè)中搭建局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)造了很好的操作條件。


圖I為電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置示意圖I、為傳感器，2、為觸發(fā)信號耦合器，3、為信號處理單元，4、為選通電路，5、為輔助電路，6、為觸發(fā)信號調(diào)理電路，7、為數(shù)據(jù)采集單元。圖2為電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器示意圖8、為傳感貼片，9、為橡膠墊，10、為固定螺栓，11、為外殼接地線，12、為信號電纜。圖3為電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置的選通電路原理圖I、為選通控制字，II、為光耦合隔離器，III、為繼電器。圖4為電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置的輔助電路原理5為電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置的觸發(fā)信號耦合器設(shè)計示意圖13、為觸發(fā)信號耦合單元，14、為固定螺栓，15、為信號電纜。圖6為電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置的觸發(fā)信號調(diào)理電路原理7為電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置檢測到的局部放電相位分布散點圖
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述有必要在此指出的是本實施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實施例如圖1所示，電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置由傳感器I、觸發(fā)信號耦合器2及信號處理單元3構(gòu)成；信號處理單元3由選通電路4、輔助電路5、觸發(fā)信號調(diào)理電路6及數(shù)據(jù)采集單元7組成；傳感器輸出的信號依次通過選通電路4、輔助電路5與數(shù)據(jù)采集單元7連接；觸發(fā)信號耦合器2輸出的信號依次通過觸發(fā)信號調(diào)理電路6與數(shù)據(jù)采集單元7連接。如圖2所示，傳感器I的結(jié)構(gòu)中設(shè)有傳感貼片8、橡膠墊9、固定螺栓10、外殼接地線11和信號電纜12 ;傳感貼片的厚度IOum lOOum，有效耦合面積100 1000mm2，響應(yīng)頻帶范圍為O IOOMHz。如圖3所示，選通電路4中的選通控制字I由數(shù)據(jù)采單元7的數(shù)字信號輸出端輸出；選通控制字I通過光耦合隔離器II與繼電器III連接；光耦合隔離器II根據(jù)控制字I 對繼電器III輸出控制信號；繼電器III根據(jù)控制信號接通相應(yīng)的la、lb、Ic不同傳感器; 選通電路4具有可擴(kuò)展性，其中，一個控制字I、一只光耦合隔離器II和一只繼電器III構(gòu)成一套選通單元IV，兩套選通單元IV能連接la、lb、Ic三個傳感器；以此類推，每增加一套選通單元IV就能多連接一個傳感器。如圖4所示，輔助電路5中的二極管Dl、二極管D2作為支路并聯(lián)于輔助電路5的輸入端，另一端接地；電阻R1、電容Cl構(gòu)成高通濾波器；運(yùn)算放大器Ul同相輸入端接地，電阻R2、電阻R3控制運(yùn)算放大器Ul的放大系數(shù)，電阻R2連接運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端， 電阻R3并聯(lián)于運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端與Ul的輸出端之間；電阻R4、電容C2構(gòu)成低通濾波器；電阻R4和電容C2的公共端與電容C3連接，電容C3的另一端與輔助電路5的輸出端連接；二極管D3、二極管D4作為支路并聯(lián)于輔助電路5的輸出端，另一端接地。如圖5所示，觸發(fā)信號耦合器2的響應(yīng)頻帶范圍為O IGHz ;觸發(fā)信號耦合器2的結(jié)構(gòu)中設(shè)有觸發(fā)信號耦合單元13、固定螺栓14和信號電纜15 ;觸發(fā)信號耦合單元13的輸出與信號電纜15的輸入端連接。如圖6所示，觸發(fā)信號調(diào)理電路6中的二極管D5、二極管D6并聯(lián)于觸發(fā)信號調(diào)理電路6的輸入端，另一端接地；運(yùn)算放大器U2的同相輸入端與觸發(fā)信號調(diào)理電路6的輸入端連接，運(yùn)算放大器U2的反相輸入端與運(yùn)算放大器U2的輸出端連接；電阻R5連接運(yùn)算放大器U3的反相輸入端，電位器R6并聯(lián)于運(yùn)算放大器U3的反相輸入端與運(yùn)算放大器U3的輸出端之間，運(yùn)算放大器U3的同向輸入端接地；運(yùn)算放大器U3的輸出端通過電阻R7與電壓比較器U4的同相輸入端連接；變阻器R8的2腳連接電壓比較器U4的反相輸入端，變阻器R8的I腳和3腳分別于電源和地連接；電阻R9并聯(lián)于電壓比較器U4的輸出端；電壓比較器U4的輸出端連接光耦合隔離器U5的反相輸入端；電阻RlO連接電源與光耦合隔離器 U5的同相輸入端；電阻Rll并聯(lián)于觸發(fā)信號調(diào)理電路6輸出端與電源之間。在實驗時，將傳感器I安裝在有內(nèi)部缺陷的電纜終端上。典型的內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的局部放電的相位集中分布在工頻電壓周期的一、三象限，利用這一特點繪制局部放電相位譜圖可以驗證檢測效果。圖7為根據(jù)傳感器裝置檢測到的信號繪制出的局部放電相位分布圖，散點出現(xiàn)位置即為局部放電的相位分布散點圖。
權(quán)利要求
1.電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置，其特征在于該貼片式傳感器裝置由傳感器(I)、觸發(fā)信號耦合器(2)及信號處理單元(3)構(gòu)成；信號處理單元(3)由選通電路(4)、輔助電路(5)、觸發(fā)信號調(diào)理電路(6)及數(shù)據(jù)采集單元(7)組成；傳感器輸出的信號依次通過選通電路(4)、輔助電路(5)與數(shù)據(jù)采集單元(7)連接；觸發(fā)信號耦合器(2)輸出的信號依次通過觸發(fā)信號調(diào)理電路(6)與數(shù)據(jù)采集單元(7)連接。
2.如權(quán)利要求I所述電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置，其特征在于傳感器(I)的結(jié)構(gòu)中設(shè)有傳感貼片(8)、橡膠墊(9)、固定螺栓(10)、外殼接地線(11)和信號電纜(12);傳感貼片⑶的厚度為IOum lOOum，有效耦合面積為100 1000mm2，響應(yīng)頻帶范圍為O IOOMHzο
3.如權(quán)利要求I所述電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置，其特征在于選通電路(4)中的選通控制字I由數(shù)據(jù)采單元(7)的數(shù)字信號輸出端輸出；選通控制字I通過光耦合隔離器II與繼電器III連接；光耦合隔離器II根據(jù)控制字I對繼電器III輸出控制信號；繼電器III根據(jù)控制信號接通相應(yīng)的(la)、(lb)、(Ic)不同傳感器⑴；選通電路⑷ 具有可擴(kuò)展性，其中，一個控制字I、一只光稱合隔離器II和一只繼電器III構(gòu)成一套選通單元IV，兩套選通單元IV能連接(la)、(Ib)、(Ic)三個傳感器(I)；以此類推，每增加一套選通單元IV就能多連接一個傳感器(I)。
4.如權(quán)利要求I所述電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置，其特征在于輔助電路(5)中的二極管D1、二極管D2作為支路并聯(lián)于輔助電路(5)的輸入端，另一端接地；電阻 R1、電容Cl構(gòu)成高通濾波器；運(yùn)算放大器Ul同相輸入端接地，電阻R2、電阻R3控制運(yùn)算放大器Ul的放大系數(shù)，電阻R2連接運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端，電阻R3并聯(lián)于運(yùn)算放大器 Ul的反相輸入端與Ul的輸出端之間；電阻R4、電容C2構(gòu)成低通濾波器；電阻R4和電容C2 的公共端與電容C3連接，電容C3的另一端與輔助電路(5)的輸出端連接；二極管D3、二極管D4作為支路并聯(lián)于輔助電路(5)的輸出端，另一端接地。
5.如權(quán)利要求I所述電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置，其特征在于觸發(fā)信號耦合器(2)的響應(yīng)頻帶范圍為O IGHz ;觸發(fā)信號耦合器(2)的結(jié)構(gòu)中設(shè)有觸發(fā)信號耦合單元(13)、固定螺栓(14)和信號電纜(15);觸發(fā)信號耦合單元(13)的輸出與信號電纜(15)的輸入端連接。
6.如權(quán)利要求I所述電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置，其特征在于觸發(fā)信號調(diào)理電路￠)中的二極管D5、二極管D6并聯(lián)于觸發(fā)信號調(diào)理電路￠)的輸入端，另一端接地；運(yùn)算放大器U2的同相輸入端與觸發(fā)信號調(diào)理電路(6)的輸入端連接，運(yùn)算放大器U2 的反相輸入端與運(yùn)算放大器U2的輸出端連接；電阻R5連接運(yùn)算放大器U3的反相輸入端， 電位器R6并聯(lián)于運(yùn)算放大器U3的反相輸入端與運(yùn)算放大器U3的輸出端之間，運(yùn)算放大器 U3的同向輸入端接地；運(yùn)算放大器U3的輸出端通過電阻R7與電壓比較器U4的同相輸入端連接；變阻器R8的2腳連接電壓比較器U4的反相輸入端，變阻器R8的I腳和3腳分別于電源和地連接；電阻R9并聯(lián)于電壓比較器U4的輸出端；電壓比較器U4的輸出端連接光耦合隔離器U5的反相輸入端；電阻RlO連接電源與光耦合隔離器U5的同相輸入端；電阻Rll 并聯(lián)于觸發(fā)信號調(diào)理電路(6)輸出端與電源之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電纜終端頭局部放電檢測貼片式傳感器裝置，其特點是該貼片式傳感器裝置由傳感器(1)、觸發(fā)信號耦合器(2)及信號處理單元(3)構(gòu)成；信號處理單元(3)由選通電路(4)、輔助電路(5)、觸發(fā)信號調(diào)理電路(6)及數(shù)據(jù)采集單元(7)組成；傳感器輸出的信號依次通過選通電路(4)、輔助電路(5)與數(shù)據(jù)采集單元(7)連接；觸發(fā)信號耦合器(2)輸出的信號依次通過觸發(fā)信號調(diào)理電路(6)與數(shù)據(jù)采集單元(7)連接；它具有頻帶響應(yīng)較寬，成本低廉，體積小巧，易于安裝的優(yōu)點。
文檔編號G01R31/12GK102590719SQ20121004234
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者萬利, 周凱, 李旭濤, 潘榮超, 熊慶, 趙威, 陶文彪, 陶霰韜 申請人:四川大學(xué)