基于電容分壓法vfto測量傳感器的局放一體化探頭的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，屬于高壓設備局部放電在線檢測技術領域。其包括交流電壓源V1、探頭對GIS導桿電容C1、探頭對地電容C0、一次電容分壓盒、電纜T1、二次電容分壓盒、示波器，一次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與探頭對電容C0并聯后再與電壓源V1、探頭對GIS導桿電容C1串聯，一次電容分壓盒通過第三端口連接于電纜T1的一端；二次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與示波器并聯，二次電容分壓盒通過第三端口連接于電纜T1的另一端。采用特高頻法測量局部放電，安裝于GIS內部，能有效抑制外界干擾，靈敏度高，是一種非常有效的局放監測手段，彌補了目前特高壓系統局放監測的不足。
【專利說明】
基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭
技術領域
[0001] 本發明涉及高壓設備局部放電在線檢測技術領域，特別是涉及一種基于電容分壓 法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著特高壓交流輸電技術的發展，氣體絕緣開關設備(Gas-insulated Metal-enclosed Switchgear，GIS)在特高壓變電站獲得廣泛應用。GIS中隔離開關在開合 空載短母線時，會產生特快速暫態過電壓(Very Fast Transient Overvoltage，VFT0)，對 GIS及其連接的繞組設備絕緣產生影響。之前研究表明，GIS隔離開關在操作時會產生頻率 上百MHz、上升沿數ns的VFT0,其實測最大值可達2.27倍基準值。隨著輸電系統電壓等級的 提高，電氣設備的絕緣裕度會降低，VFT0在特高壓設備上造成的危害將更大。同時，隔離開 關操作會產生瞬態殼體電位(Transient Enclosure Voltage，TEV)及電磁騷擾，對GIS及其 臨近二次設備絕緣產生威脅，干擾其正常運行，并威脅運行人員安全。隨著系統電壓等級的 提高，VFT0、TEV和電磁騷擾越來越嚴重，影響也越來越大。特高壓交流試驗示范工程投運 時，因擔心上述危害，特高壓GIS隔離開關一直未帶電操作，給系統運行帶來了極大的不便， 亟需開展特高壓GIS設備VFT0研究。
[0003] 為了解決特高壓工程面臨的特高壓GIS設備VFT0這一突出問題，2009年起，國家電 網公司立項，由交流建設部牽頭，組織中國電科院、國網電力科學研究院、華北電力大學、清 華大學、西安交通大學、河南平高電氣股份有限公司平高和西安西電開關電氣有限公司，開 展特高壓GIS設備VFT0的產學研用聯合攻關，攻關項目分為兩期，并得到了國家973計劃"交 直流特高壓輸電系統電磁與絕緣特性的基礎問題研究"的支持。
[0004] 局放在線檢測方面以GIS為例進行說明。近年來，GIS局部放電在線監測系統在電 網中的應用日益廣泛，已經形成一定規模。主要的測試原理包括特高頻法（Ultra High Frequency，UHF)，檢測頻帶在300MHz~1500MHz之間，其具有抗干擾能力強、靈敏度高等特 點，而且這種非接觸式的測量方式對于二次設備和檢測人員而言都更安全，系統結構簡單， 特別適合于在線監測，因而較之于其它檢測方法具有明顯的優勢。近年來全國各地通過特 高頻在線監測和帶電測試發現了大量GIS內部缺陷案例，使其成為目前GIS在線檢測領域最 重要的檢測手段。
[0005] 然而現有的特高壓GIS設備現場局放監測中普遍存在檢測靈敏度不夠和抗干擾能 力差的問題。
【發明內容】
[0006] 有鑒于此，本發明提供一種基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭， 其采用特高頻法測量局部放電，安裝于GIS內部，能有效抑制外界干擾，靈敏度高，從而更加 適于實用。
[0007] 為了達到上述第一個目的，本發明提供的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放 一體化探頭的技術方案如下：
[0008] 本發明提供的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭包括交流電壓 源VI、探頭對GIS導桿電容C1、探頭對地電容C0、一次電容分壓盒、電纜T1、二次電容分壓盒、 示波器，
[0009] 所述一次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與所述探頭對地電容C0并聯后再 與所述電壓源VI、探頭對GIS導桿電容C1串聯，所述一次電容分壓盒通過第三端口連接于所 述電纜II的一端；
[0010] 所述二次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與所述示波器并聯，所述二次電容 分壓盒通過第三端口連接于所述電纜T1的另一端。
[0011] 本發明提供的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭還可采用以下 技術措施進一步實現。
[0012] 作為優選，所述探頭對GIS導桿電容C1為lpF，所述探頭對地電容C0為InF。
[0013]作為優選，一次電容分壓盒內設有一次電容分壓盒盒內電容C2、匹配電阻Rm，
[0014] 所述一次電容分壓盒的第一端口處于所述一次電容分壓盒盒內電容C2與所述匹 配電阻Rm之間，
[0015] 所述一次電容分壓盒的第二端口處于所述一次電容分壓盒盒內電容C2與第一地 電壓D1之間，
[0016] 所述一次電容分壓盒盒內電容C2為1200pF，所述匹配電阻Rm為50Q。
[0017]作為優選，所述二次電容分壓盒內包括電容高壓電阻R1、高壓電容C3、補充低壓電 容C4，
[0018] 所述電容高壓電阻R1與所述高壓電容C3并聯后再與第二地電壓D2、補充低壓電容 C4串聯，
[0019] 所述二次電容分壓盒的第一端口處于所述高壓電阻R1、高壓電容C3、補充低壓電 容C4之間，
[0020] 所述二次電容分壓盒的第一端口處于所述補充低壓電容C4與所述地電壓之間，
[0021] 所述電容高壓電阻R1為20MQ、高壓電容C3為2pF、補充低壓電容C4的值可調。
[0022] 作為優選，所述示波器包括示波器入口電阻R0、示波器入口電容C0，
[0023] 所述示波器入口電阻R0、示波器入口電容C0之間并聯，
[0024] 所述示波器入口電阻R0為1MQ，所述示波器入口電容C0為13pF。
[0025] 作為優選，所述基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭還包括切換開 關、局放測量電路、VFTC測量電路、二次集總電容、上位機采集系統，
[0026]所述二次集總電容設置于所述VFT0測量電路上；
[0027]所述切換開關用于擇一地接通所述局放測量電路或者所述VFT0測量電路；
[0028] 所述上位機采集系統用于向所述切換開關發送控制命令，使得所述切換開關在所 述局放測量電路或者所述VFT0測量電路之間進行擇一 ,性切換。
[0029] 作為優選，所述上位機采集系統通過遠程數據傳輸向所述切換開關發送控制命 令。
[0030] 作為優選，所述上位機采集系統與所述切換開關之間的通信方式為無線通信或者 有線通信。
[0031] 作為優選，所述無線通信選自藍牙技術、Wi-Fi、4G，3G、GPRS、zigbee中的一種。 [0032] 作為優選，所述有線通信選自1^-232、1?-485、1^8、12(：、了11、3?1、1111?、以太網接 口中的一種。
[0033] 本發明提供的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭包括交流電壓 源VI、探頭對GIS導桿電容C1、探頭對地電容C0、一次電容分壓盒、電纜T1、二次電容分壓盒、 示波器，一次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與探頭對地電容C0并聯后再與電壓源 VI、探頭對GIS導桿電容C1串聯，一次電容分壓盒通過第三端口連接于電纜T1的一端;二次 電容分壓盒通過第一端口和第二端口與示波器并聯，二次電容分壓盒通過第三端口連接于 電纜T1的另一端。其測量頻帶達到5.3Hz-163Hz，采用特高頻法測量局部放電，安裝于GIS內 部，能有效抑制外界干擾，靈敏度高，是一種非常有效的局放監測手段，彌補了目前特高壓 系統局放監測的不足。
【附圖說明】
[0034] 通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通 技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明 的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：
[0035] 圖1為本發明實施例提供的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭的 電路原理圖；
[0036] 圖2為當輸入電壓為
時，本發明實施例提供的基于電容分 壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭在示波器上顯示的電壓-頻率變化關系示意圖；
[0037] 圖3為當導桿電壓戈
時，本發明實施例提供的基于電容分壓 法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭N頭芯子上電壓的幅頻響應電壓-頻率變化關系示意 圖；
[0038] 圖4為本發明實施例提供的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭與 切換開關配合應用的典型結構示意圖。
【具體實施方式】
[0039] 本發明為解決現有技術存在的問題，提供一種基于電容分壓法VFT0測量傳感器的 局放一體化探頭，其采用特高頻法測量局部放電，安裝于GIS內部，能有效抑制外界干擾，靈 敏度高，從而更加適于實用。
[0040] 為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合 附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探 頭，其【具體實施方式】、結構、特征及其功效，詳細說明如后。在下述說明中，不同的"一實施 例"或"實施例"指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特征、結構、或特 點可由任何合適形式組合。
[0041] 本文中術語"和/或"，僅僅是一種描述關聯對象的關聯關系，表示可以存在三種關 系，例如，A和/或B，具體的理解為:可以同時包含有A與B，可以單獨存在A，也可以單獨存在 B，能夠具備上述三種任一種情況。
[0042] 實施例一
[0043]參見附圖1，本發明實施例提供的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化 探頭包括交流電壓源VI、探頭對GIS導桿電容C1、探頭對地電容C0、一次電容分壓盒、電纜 T1、二次電容分壓盒、示波器，一次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與探頭對地電容C0 并聯后再與電壓源VI、探頭對GIS導桿電容C1串聯，一次電容分壓盒通過第三端口連接于電 纜T1的一端;二次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與示波器并聯，二次電容分壓盒通 過第三端口連接于電纜T1的另一端。
[0044] 本發明實施例一提供的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭包括 交流電壓源VI、探頭對GIS導桿電容C1、探頭對地電容C0、一次電容分壓盒、電纜T1、二次電 容分壓盒、示波器，一次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與探頭對地電容C0并聯后再 與電壓源VI、探頭對GIS導桿電容C1串聯，一次電容分壓盒通過第三端口連接于電纜T1的一 端;二次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與示波器并聯，二次電容分壓盒通過第三端 口連接于電纜T1的另一端。測量頻帶達到5.3Hz-163Hz，采用特高頻法測量局部放電，安裝 于GIS內部，能有效抑制外界干擾，靈敏度高，是一種非常有效的局放監測手段，彌補了目前 特高壓系統局放監測的不足。
[0045] 參見附圖2,為當輸入電壓為
時，本發明實施例提供的基于 電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭在示波器上顯示的電壓-頻率變化關系示意 圖中，平坦部分幅值為1.89V。測量系統理論分壓比為466666,與以前標定結果（478425、 468353)-致。VFT0探頭空載情況下，相當于負載開路，工頻情況下N頭芯子對地電壓峰值為 88.2V，而N頭耐壓為2000V，不會產生風險。
[0046] 參見附圖3,當導桿電壓為
時本發明實施例提供的基于電容 分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭N頭芯子上電壓的幅頻響應電壓-頻率變化關系 示意圖中，工頻情況電壓為1.39mV，雷電頻率范圍（500kHz)電壓為13V，不存在任何絕緣風 險。模擬局放測試結果表明，在實驗室條件下VFT0局放傳感器檢測靈敏度可達5pC。由此可 以得出結論，VFT0探頭在去掉二次集總電容模塊的情況下，完全可以作為局放傳感器使用。 [0047] 其中，探頭對GIS導桿電容C1為lpF，探頭對地電容C0為InF。
[0048]其中，一次電容分壓盒內設有一次電容分壓盒盒內電容C2、匹配電阻Rm，一次電容 分壓盒的第一端口處于一次電容分壓盒盒內電容C2與匹配電阻Rm之間，一次電容分壓盒的 第二端口處于一次電容分壓盒盒內電容C2與第一地電壓D1之間，一次電容分壓盒盒內電容 C2為1200pF，匹配電阻Rm為50Q。
[0049] 其中，二次電容分壓盒內包括電容高壓電阻R1、高壓電容C3、補充低壓電容C4,電 容高壓電阻R1與高壓電容C3并聯后再與第二地電壓D2、補充低壓電容C4串聯，二次電容分 壓盒的第一端口處于高壓電阻R1、高壓電容C3、補充低壓電容C4之間，二次電容分壓盒的第 一端口處于補充低壓電容C4與地電壓之間，電容高壓電阻R1為20MQ、高壓電容C3為2pF、補 充低壓電容C4的值可調。其中，補充低壓電容C4不同示波器入口電容略有區別，在二次阻容 分壓盒制造中調整補充低壓電容C4值，使阻容分壓比一致。
[0050] 其中，示波器包括示波器入口電阻R0、示波器入口電容C0，示波器入口電阻R0、示 波器入口電容C0之間并聯，示波器入口電阻R0為1M Q，示波器入口電容C0為13pF。
[0051 ] 實施例二
[0052] GIS隔離開關操作會產生頻率高達70MHz、上升時沿小于5ns的快速暫態過電壓 (VFT0)，其實測最大值可達2.27倍基準值(8811^)。所以傳統的￥?1'0探頭外接示波器進行測 量的時候，必須帶有二次集總電容結構進行降壓，否則會損壞測量設備。但是，當進行局放 在線測量的時候，由于局放產生的信號相對較弱，所以此時進行檢測的時候不能帶有降壓 結構。
[0053]因此，在本發明實施例一提供的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探 頭的基礎上，本發明實施例二提供的基于電容分壓法VFT0測量傳感器的局放一體化探頭還 包括切換開關、局放測量電路、VFT0測量電路、二次集總電容、上位機采集系統，二次集總電 容設置于VFT0測量電路上；切換開關用于擇一地接通局放測量電路或者VFT0測量電路;上 位機采集系統用于向切換開關發送控制命令，使得切換開關在局放測量電路或者VFT0測量 電路之間進行擇一性切換。
[0054]其中，二次集總電容降壓模塊中帶有保護單元，遇到瞬時峰值較大的意外情況，會 保護外接測量設備不受高壓尖刺信號的損壞。
[0055] 其中，上位機采集系統通過遠程數據傳輸向切換開關發送控制命令。
[0056] 其中，上位機采集系統與切換開關之間的通信方式為無線通信或者有線通信。 [0057] 其中，無線通信選自藍牙技術、Wi-Fi、4G，3G、GPRS、zigbee中的一種。
[0058]其中，有線通信選自 1?-232、1?-485、1^8、12(：、1￥1、3?1、1￥11^、以太網接口中的一 種。
[0059]本實施例中，通信方式為RS-485，RS485的標準傳輸距離可傳1200米，采用阻抗匹 配的低衰減的RS485專用電纜可以突破此值，典型值達1900米。所以完全能滿足現場施工布 線的要求。
[0060] 盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造 性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優 選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。
[0061] 顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1. 一種基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，其特征在于，包括交流電 壓源VI、探頭對GIS導桿電容CU探頭對地電容C0、一次電容分壓盒、電纜Tl、二次電容分壓 盒、示波器， 所述一次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與所述探頭對地電容CO并聯后再與所 述電壓源VI、探頭對GIS導桿電容Cl串聯，所述一次電容分壓盒通過第三端口連接于所述電 纜Tl的一端； 所述二次電容分壓盒通過第一端口和第二端口與所述示波器并聯，所述二次電容分壓 盒通過第三端口連接于所述電纜Tl的另一端。2. 根據權利要求1所述的基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，其特征 在于，優選的，所述探頭對GIS導桿電容Cl為lpF，所述探頭對地電容CO為InF。3. 根據權利要求1所述的基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，其特征 在于，一次電容分壓盒內設有一次電容分壓盒盒內電容C2、匹配電阻Rm， 所述一次電容分壓盒的第一端口處于所述一次電容分壓盒盒內電容C2與所述匹配電 阻Rm之間， 所述一次電容分壓盒的第二端口處于所述一次電容分壓盒盒內電容C2與第一地電壓 Dl之間， 所述一次電容分壓盒盒內電容C2為1200pF，所述匹配電阻Rm為50Ω。4. 根據權利要求1所述的基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，其特征 在于，所述二次電容分壓盒內包括電容高壓電阻Rl、高壓電容C3、補充低壓電容C4， 所述電容高壓電阻Rl與所述高壓電容C3并聯后再與第二地電壓D2、補充低壓電容C4串 聯， 所述二次電容分壓盒的第一端口處于所述高壓電阻R1、高壓電容C3、補充低壓電容C4 之間， 所述二次電容分壓盒的第一端口處于所述補充低壓電容C4與所述地電壓之間， 所述電容高壓電阻Rl為20ΜΩ、高壓電容C3為2pF、補充低壓電容C4的值可調。5. 根據權利要求1所述的基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，其特征 在于，所述示波器包括示波器入口電阻RO、示波器入口電容CO， 所述示波器入口電阻RO、示波器入口電容CO之間并聯， 所述示波器入口電阻RO為IM Ω，所述示波器入口電容CO為13pF。6. 根據權利要求1所述的基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，其特征 在于，還包括切換開關、局放測量電路、VFTO測量電路、二次集總電容、上位機采集系統， 所述二次集總電容設置于所述VFTO測量電路上； 所述切換開關用于擇一地接通所述局放測量電路或者所述VFTO測量電路； 所述上位機采集系統用于向所述切換開關發送控制命令，使得所述切換開關在所述局 放測量電路或者所述VFTO測量電路之間進行擇一^性切換。7. 根據權利要求6所述的基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，其特征 在于，所述上位機采集系統通過遠程數據傳輸向所述切換開關發送控制命令。8. 根據權利要求7所述的基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，其特征 在于，所述上位機采集系統與所述切換開關之間的通信方式為無線通信或者有線通信。9. 根據權利要求8所述的基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，其特征 在于，所述無線通信選自藍牙技術、Wi_Fi、4G，3G、GPRS、zigbee中的一種。10. 根據權利要求8所述的基于電容分壓法VFTO測量傳感器的局放一體化探頭，其特征 在于，所述有線通信選自1?-232、1?-485、1^8、12(：、了11、3?1、1111^、以太網接口中的一種。
【文檔編號】G01R31/12GK105891689SQ201610232049
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】馬國明, 李志兵, 唐志國, 李成榕, 王寧華, 劉鵬
【申請人】國家電網公司, 國網山西省電力公司, 華北電力大學, 中國電力科學研究院