專利名稱：一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器及其安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測領(lǐng)域，尤指一種對泄漏 電流進行取樣的傳感器及其安裝方法。
二背景技術(shù)：
高壓電氣設(shè)備絕緣狀況直接影響電網(wǎng)安全可靠運行。按照 絕緣結(jié)構(gòu)分類，高壓電氣設(shè)備中的電容型設(shè)備占多數(shù)。對于高壓電容型設(shè)備， 通過對其介質(zhì)損耗特性的監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)尚處于早期發(fā)展階段的缺陷。
為監(jiān)測高壓電容型設(shè)備絕緣參數(shù)的介質(zhì)損耗角正切和電容量， 一般需要提 取設(shè)備的電壓信號和泄漏電流信號。通常電壓信號可由電壓互感器二次側(cè)得 到，而泄漏電流較小，通常為毫安級，所以如何有效的提取電流信號是高壓電 容型設(shè)備絕緣監(jiān)測的一個難點。
當(dāng)前國內(nèi)主要采用穿心式電流傳感器來測量泄漏電流，即在傳感器中串聯(lián) CT，現(xiàn)場安裝時將傳感器套裝在被測設(shè)備的末屏回路中。這類傳感器的設(shè)計原 理與變壓器相似， 一次繞組和二次繞組中電流之比近似地與其匝數(shù)成反比。這 種穿心式電流傳感器的優(yōu)點是所采用的信號提取方式將測量電路與主電路隔 開，沒有電的直接連接，因而可使二次測量設(shè)備及計算機免受主電路中過電壓 的直接沖擊。不足之處在于傳感器存在鐵芯磁阻，在傳變電流的過程中必須消 耗一小部分電流用于激磁使鐵芯磁化，從而在二次線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢和二次 電流。由于激磁電流和鐵損的存在，電流傳感器一次電流和二次電流之間存在 比值差和相角差。這種誤差是不可避免的，但卻會對高壓電容型設(shè)備絕緣參數(shù) 的監(jiān)測產(chǎn)生很大的影響，因為高壓電容型設(shè)備絕緣參數(shù)的介質(zhì)損耗角小于1
° ，其正切值通常介于O. 2% 0. 3%之間。
為了使泄漏電流輸出和輸入信號間的誤差盡量縮小，研究人員采用了多種 誤差補償方式，希望能使穿心式電流互感器的磁通接近零磁通。但是，實踐證明由于穿心式電流傳感器長期工作在強電磁場環(huán)境中，且多應(yīng)用在戶外環(huán)境, 受到被采信號小，極易受電磁場、溫度、濕度等干擾因素的影響，所以很難達 到高精度、良好的抗電磁干擾能力和長時間的穩(wěn)定性。
目前，泄漏電流取樣傳感器的性能已經(jīng)成為影響高壓電容型設(shè)備絕緣參數(shù) 測量精度和絕緣狀態(tài)分析診斷可靠性的主要瓶頸。鑒于目前的穿心式電流傳感 器存在著局限性，有必要設(shè)計一種高性能的泄漏電流取樣傳感器。
發(fā)明內(nèi)容
1、 發(fā)明目的本發(fā)明提供了一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流取樣傳感器及 其安裝方法，其目的是通過所設(shè)計的傳感器可以準確穩(wěn)定的提取高壓電容型設(shè) 備泄漏的電流信號，從而有效監(jiān)測高壓電容型設(shè)備介質(zhì)損耗角正切及電容量等 絕緣參數(shù)，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行。
2、 技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的
一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器，主要包括 一個鑄鋁盒外 殼和一塊取樣電路板，取樣電路板固定在鑄鋁盒外殼內(nèi)部，其特征在于取樣電 路板由線繞式大功率取樣電阻和保護電路并聯(lián)構(gòu)成。
上述一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器，其特征在于所述鑄 鋁盒外殼底部有三個穿孔，其中兩個穿孔通過電纜，串聯(lián)取樣電路板到高壓電 容型設(shè)備末屏回路中；另一根電纜穿過鑄鋁盒底部的第三個穿孔，連接取樣電 路板與在線監(jiān)測或帶電測量等系統(tǒng)的檢測單元；鑄鋁盒外殼背部有兩個耳狀凸 起，用于將外殼固定到需檢測的容型設(shè)備上。
上述一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器，其特征在于所述保 護電路由氣體放電管與大功率線繞電阻串聯(lián)組成。
上述一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器，其特征在于所述線 繞式大功率取樣電阻采用軸向引線，其選擇的電阻根據(jù)被測容型設(shè)備出廠電 容量和系統(tǒng)相電壓計算得到的泄漏電流來選擇電阻的阻值和額定功率， /,=2; /I/C、 /^/，i 、，其中/,為泄漏電流，/為系統(tǒng)頻率，C/為電壓，C為電容，i 為阻值相同的2 3個繞線式大功率電阻并聯(lián)，電阻額定功率比電阻
實際運行功率高2 5倍，如果傳感器應(yīng)用于在線監(jiān)測或帶電監(jiān)測系統(tǒng)，則取 樣電阻值比信號調(diào)理部分的調(diào)理電阻高1 2個數(shù)量級。
上述-種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器，其特征在于；氣體放
電管的選擇條件要滿足直流擊穿電壓大于線繞式大功率取樣電阻兩端電壓 >^></, x/ ，最大沖擊電流能夠承受流過電容型設(shè)備的沖擊電流。
上述的高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器的安裝方法，其特征在 于該方法包括以下步驟，，將取樣電路板固定在鑄鋁盒外殼內(nèi)部；將兩根電纜 分別通過鑄鋁盒外殼底部的兩個穿孔與盒內(nèi)取樣電路板連接，使取樣電路板串 聯(lián)到高壓電容型設(shè)備末屏回路中；另一根電纜穿過鑄鋁盒底部的第三個穿孔， 將取樣電路板與在線監(jiān)測或帶電測量等系統(tǒng)的檢測單元相連；蓋上鑄鋁盒外殼 的上蓋并固定；將鋼帶穿過鑄鋁盒外殼背部的兩個耳狀凸起部分及刀閘，并將 鋼帶固定高壓電容型設(shè)備塔桿上；取樣電路板與刀閘并聯(lián)；在進行泄漏電流信 號取樣時，將刀閘拉開后通過取樣電路板獲取泄漏電流；不需要取樣時，合上 短路接地刀閘。
3、優(yōu)點及效果經(jīng)檢索證明，目前未見直接串入高壓電容型設(shè)備末屏的 泄漏電流電阻取樣傳感器的現(xiàn)場應(yīng)用報道。新取樣方法的使用可徹底解決泄漏 電流模擬信號在取樣過程中的失真問題，為高壓電容型設(shè)備絕緣參數(shù)監(jiān)測方式 研究開拓一條新路，有利于變電設(shè)備的在線監(jiān)測和帶電測量的推廣應(yīng)用。，
該發(fā)明方法所設(shè)計的傳感器可應(yīng)用在在線監(jiān)測和帶電測量的系統(tǒng)中，通過 對泄漏電流的信號取樣而進一步監(jiān)測其它絕緣參數(shù)，在線監(jiān)測和帶電測量系統(tǒng) 在下一級信號調(diào)理部分對獲取的信號采取進一步TVS浪涌保護，保護可實現(xiàn) 在ps級時間范圍內(nèi)對浪涌電壓產(chǎn)生響應(yīng)，把瞬間過電壓精確控制在一定的水 平。
通過本發(fā)明技術(shù)方案的實施，能夠真正對高壓電容型設(shè)備末屏泄漏電 的 準確而穩(wěn)定的測量。本發(fā)明設(shè)計方法具有以下創(chuàng)新點1) 取樣回路所采用的功率型線繞電阻采用軸向引線，具有溫度系數(shù)低， 體積小，穩(wěn)定性高等特點。
2) 取.樣回路所采用的氣體放電管擊穿電壓穩(wěn)定，能耐受大沖擊電流，極 間電容小，能夠快速吸收暫態(tài)過電流。
3) 為了承受系統(tǒng)頻繁操作所帶來的過電壓沖擊，該傳感器設(shè)計了可靠的 保護電路。
4) 通過該方法所設(shè)計的傳感器結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，適于現(xiàn)場安裝使用。
四
圖1為傳感器結(jié)構(gòu)示意圖2為傳感器打開盒蓋后示意圖3為傳感器取樣電路示意圖4為傳感器現(xiàn)場安裝示意五具體實施例方式
一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器，其主要結(jié)構(gòu)是由一個鑄鋁 盒和一塊取樣電路板組成，下面結(jié)合附圖對該電流傳感器做出進一步說明-
圖l為傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，包括鑄鋁盒外殼l，取樣電路板2;其中取樣 電路板2固定在鑄鋁盒外殼1內(nèi)部；鑄盒1底部有三個穿孔，電纜通過鑄鋁盒 底部的兩個穿孔與盒內(nèi)電路板連接，使取樣電路板2串聯(lián)到高壓電容型設(shè)備末 屏回路中，鑄鋁盒1底部的另一個穿孔與在線監(jiān)測或帶電測量等系統(tǒng)的檢測單 元相連；鑄鋁盒1背部有兩個耳狀凸起，用于將整個傳感器固定到需檢測的設(shè) 備上。
圖2為傳感器打開盒蓋后示意圖，包括鑄鋁盒外殼l，取樣電路板2，其 中取樣電路板2由線繞式大功率取樣電阻3和保護電路并聯(lián)構(gòu)成，保護電路包 括由氣體放電管4與大功率線繞電阻5組成的串聯(lián)電路。
圖3為傳感器取樣電路示意圖，包括線繞式大功率取樣電阻3，氣體放電 管4和大功率線繞電組5。
7圖4為傳感器現(xiàn)場安裝示意圖，包括由鑄鋁盒外殼1和取樣電路板2組成 的傳感器，高壓電容型設(shè)備塔桿6，刀閘7以及在線監(jiān)測或帶電測量等系統(tǒng)的 檢測單元8。傳感器的具體安裝方法包括以下步驟將取樣電路板2固定在鑄 鋁盒外殼1內(nèi)部組成傳感器;將兩根電纜分別通過鑄鋁盒外殼1底部的兩個穿 孔與盒內(nèi)取樣電路板2連接，使取樣電路板2串聯(lián)到高壓電容型設(shè)備末屏回路 中;另一根電纜穿過鑄鋁盒1底部的第三個穿孔，將取樣電路板2與在線監(jiān)測 或帶電測量等系統(tǒng)的檢測單元8相連；蓋上鑄鋁盒外殼l的上蓋并固定；將鋼 帶穿過鑄鋁盒外殼1背部的兩個耳狀凸起部分9及刀閘7，并將鋼帶固定在高 壓電容型設(shè)備塔桿6上；并聯(lián)取樣電路板2與刀閘7;在進行泄漏電流信號取 樣時，將刀閘7拉開后通過取樣電路板2獲取泄漏電流；不需要取樣時，合上
短路接地刀閘7。
目前，這種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器已在東北4個變電
站的變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用，實現(xiàn)了對高壓電容型設(shè)備(如套管、電流 互感器、電容式電壓互感器等)的介質(zhì)損耗角正切、電容量、泄漏電流、諧波
含量等參數(shù)的監(jiān)測。通過2年多現(xiàn)場實際應(yīng)用情況分析，、證明了該發(fā)明方法所 設(shè)計的傳感器抗干擾能力強，能夠很好的承受過電壓和過電流的沖擊，克服了 穿心電流傳感器在取樣時存在角差和波形失真等缺點，達到了現(xiàn)場應(yīng)用的實際 要求。
下面以具體的實施例來進一步說明 實施例1:
2008年，在大連萬寶變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)中共安裝了 45個本該 發(fā)明方法所設(shè)計的取樣傳感器，實現(xiàn)了對變電站全11組220kV電流互感器、2 組220kV變壓器套管、2組66kV變壓器套管的末屏泄漏電流的取樣。
對于電流互感器，系統(tǒng)采用了抱箍方式將傳感器和刀閘一塊抱緊在電流互 感器下方的桿塔上。而一些高壓電容型設(shè)備不是圓柱型桿塔支撐，不能使用抱 箍，所以使用支架進行固定，主要利用傳感器外殼已有的螺孔，將傳感器固定
8在支架上，然后在將整個支架固定到容型設(shè)備桿塔上。不論使用哪種方式固定 傳感器，抱箍和支架的尺寸和形式都需要根據(jù)現(xiàn)場的情況設(shè)計。
下面給出通過本專利方法所設(shè)計的傳感器應(yīng)用于萬寶變電站在線監(jiān)測系
統(tǒng)中所獲得的泄漏電流、介質(zhì)損失角正切等絕緣監(jiān)測參數(shù)的列表(寶蘭線B相
電流互感器):
采樣時間基波電流(mA)電容值(pF)'絕對介損
2009-8-17 22:2933. 50850.220. 26
2009-8-17 22:4133. 50849.510. 25
2009-8-17 22:5433.58849. 510. 24
2009-8-17 23:0633. 54849. 510. 22
2009-8-17 23:1933.61849.510. 22
2009-8-17. 23:3233. 75849.510. 24
2009-8-17 23:4433. 86850. 230. 22
2009-8-17 23:5733. 86849:87.0. 20
2009-8-18 0:1033. 77850. 220. 25
2009-8-18 0:2233. 89850. 220. 24
2009-8-18 0:3534. 00850.940. 26
2009-8-18 0:4733. 97849. 860.27
2009-8-18 1:0034. 02850. 220. 25
2009-8-18 1:1333. 99850. 220. 27
2009-8-18 1:2534. 03849. 860. 28
2009-8-18 1:3833.998銀150. 28
2009-8-18 1:5033. 958銀150. 26
2009-8-18 2:0334. 16849.150. 27
2009-8-18 2:1633. 98849. 860. 26
2009-8-18 2:2833.99849. 860. 27
2009-8-18 2:4134.08849. 860. 27
2009-8-18 2:5434 08850. 220. 27
2009-8-18 3:0634.10850. 220. 25
2009-8-18 3:1934. 17849. 510. 25
2009-8-18 3:3134.13849. 860. 26
2009-8-18 3:4434.13849.870. 24
2009-8-18 3:5734.16850. 220. 28
2009-8-18 4:0934.13849. 860. 29
2009-8-18 4:2234.13849.860. 27
2009-8-18 4:3433. 96849.150. 28
2009-8-18 4:4734. Q3849.860. 27
2009-8-18 5:0034.15849.860. 28
2009-8-18 5:1234. 07849.150. 26
2009-8-18 5:2534.08849.510. 24
2009-8-18 5:3833.97849.870. 2權(quán)利要求
1、一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器，主要包括一個鑄鋁盒外殼(1)和一塊取樣電路板(2)，取樣電路板(2)固定在鑄鋁盒外殼(1)內(nèi)部，其特征在于取樣電路板(2)由線繞式大功率取樣電阻(3)和保護電路并聯(lián)構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器，其特征在于所述鑄鋁盒外殼(1)底部有三個穿孔，其中兩個 穿孔通過電纜，串聯(lián)取樣電路板(2)到高壓電容型設(shè)備末屏回路中；另一根電纜穿過鑄鋁盒(1)底部的第三個穿孔，連接取樣電路板(2)與在線監(jiān)測或帶電測量等系統(tǒng)的檢測單元(8);鑄鋁盒外殼(1)背部有兩個耳狀凸起(9)，用于將外殼固定到需檢測容型設(shè)備的桿塔上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器，其特征在于所述保護電路由氣體放電管(4)與大功率線繞電 阻(5)串聯(lián)組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳 感器，其特征在于所述線繞式大功率取樣電阻(3)采用軸向引線， 其選擇的電阻根據(jù)被測容型設(shè)備出廠電容量和系統(tǒng)相電壓計算得到 的泄漏電流來選擇電阻的阻值和額定功率/,=2;r/t/C， /^/，/ ，其中/,.為泄漏電流，/為系統(tǒng)頻率，f/為系統(tǒng)相電壓，C為電容，W為阻值 相同的2 3個繞線式大功率電阻并聯(lián)，電阻額定功率比電阻實際運行功率高2 5倍，如果傳感器應(yīng)用于在線監(jiān)測或帶電監(jiān)測系統(tǒng)，則取樣 電阻值比信號調(diào)理部分的調(diào)理電阻高1 2個數(shù)量級。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳感器，其特征在于氣體放電管(4)的選擇條件要滿足直流擊穿電 壓大于線繞式大功率取樣電阻兩端電壓仏^》^x/,x/ ，最大沖擊電流能夠承受流過電容型設(shè)備的沖擊電流。
6、 一種如權(quán)利要求1所述的高壓電容型設(shè)備泄漏電流電阻取樣傳 感器的安裝方法，其特征在于該方法包括以下步驟將取樣電路板 (2)固定在鑄鋁盒外殼(1)內(nèi)部；將兩根電纜分別通過鑄鋁盒外殼 (1)底部的兩個穿孔與盒內(nèi)取樣電路板(2)連接，使取樣電路板(2) 串聯(lián)到高壓電容型設(shè)備末屏回路中；另一根電纜穿過鑄鋁盒(1)底部 的第三個穿孔，將取樣電路板(2)與在線監(jiān)測或帶電測量等系統(tǒng)的檢測單元(8)相連；蓋上鑄鋁盒外殼(1)的上蓋并固定；將鋼帶穿過鑄鋁盒外殼(1)背部的兩個耳狀凸起部分(9)及刀閘(7)，并將鋼 帶固定在高壓電容型設(shè)備塔桿(6)上；取樣電路板(2)與刀閘(7) 并聯(lián);、在進行泄漏電流信號取樣時，將刀閘(7)拉開后通過取樣電路 板(2)獲取泄漏電流；不需要取樣時，合上短路接地刀閘(7)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種對高壓電容型設(shè)備泄漏電流進行取樣的傳感器，其主要結(jié)構(gòu)是由一個鑄鋁盒和一塊取樣電路板組成，電路板固定在鑄鋁盒內(nèi)部，電路板由線繞式大功率取樣電阻和保護電路并聯(lián)構(gòu)成。本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點1)取樣回路所采用的功率型線繞電阻采用軸向引線，具有溫度系數(shù)低，體積小，穩(wěn)定性高等特點。2)取樣回路所采用的氣體放電管擊穿電壓穩(wěn)定，能耐受大沖擊電流，極間電容小，能夠快速吸收暫態(tài)過電流。3)為了承受系統(tǒng)頻繁操作所帶來的過電壓沖擊，該傳感器設(shè)計了可靠的保護電路。4)通過該方法所設(shè)計的傳感器結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，適于現(xiàn)場安裝使用。
文檔編號G01R19/00GK101655518SQ20091001325
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者丁品南, 張軍陽, 王茂軍, 耿寶宏, 月 韓, 文 顏, 強 高 申請人:東北電力科學(xué)研究院有限公司;遼寧東科電力有限公司