CN101650403A - 交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器 - Google Patents
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Abstract
一种交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,涉及输电线路污闪监测的电流传感器。本发明主要包括带铁芯的Rogowski线圈和铜屏蔽外壳及同轴电缆接头,特征是:Rogowski线圈的铁芯为2个半圆环形,其绕组为2个,屏蔽外壳由2个半圆环形空心槽和2个半圆环形的上盖构成。本发明具有装卸过程简单,很方便现场装卸,测量泄漏电流精度高、频带宽、线性度好、运行安全可靠等特点。因此,本发明可广泛应用于新建和已投入运行的高压输电线路中。
Description
技术领域
本发明属于电气设备污闪在线监测技术领域,具体涉及输电线路污闪监测的泄漏电流传感器。
背景技术
污闪是危害电力***输电线路安全的灾难性事故之一。近几年,我国污闪事故不断发生,给国民经济造成了很大的损失。由于泄漏电流和污闪过程密切相关,研究泄漏电流对掌握污闪机理和进行污闪预警有着重要的意义,而泄漏电流测量装置则是研究泄漏电流的主要手段。
泄漏电流传感器从安装形式上可分为电气接触式电流传感器和非电气接触式电流传感器。电气接触式电流传感器通常是分流器或集流环,虽然可以达到较高的精度和较宽的频带,但采用这种方式通常要短路一片绝缘子,降低了线路的绝缘性能,这在很多场合是不允许的。现有非接触式泄漏电流传感器,如2008年2月20日公开的公开号为CN101126785A的“高精度宽频带污秽绝缘子泄漏电流传感器”专利,公开的电流传感器由带铁芯的Rogowski线圈和积分放大单元及同轴电缆组成,Rogowski线圈由环形铁芯、线圈、绝缘薄膜、坡莫合金薄膜、铁皮薄膜、屏蔽盒和同轴电缆接插件构成。该传感器主要缺点是:该传感器为穿芯式闭环电流传感器,环形铁芯在现场装卸时极不方便,尤其是对于已经投入运行的线路,装卸时必须先将线路停运,再拆下绝缘子串,然后才能将传感器装卸于线路,很不方便,费工耗时。这就极大的增加了电力部门人力、财力的投入,不能满足电力***安全经济性的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有非接触式泄漏电流传感器的不足,提供一种交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,具有装卸方便、精度高、频带宽、线性度好、抗干扰能力强和满足工程实际运行要求等特点。
实现本发明目的的技术方案是:一种交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,主要包括带铁芯的Rogowski线圈和屏蔽外壳及同轴电缆接头。Rogowski线圈由铁芯和绕组组成,特征是:铁芯为2个半圆环形铁芯,2个半圆环形铁芯的材质为铁氧体,每个半圆环形铁芯的内径为42mm~44mm、外径为65mm~67mm、厚度为17mm~19mm。2个半圆环形铁芯组合成1个圆环形铁芯。绕组分为2个绕组:在上部一个半圆环形铁芯上紧密缠绕直径为0.5mm~0.65mm的铜漆包线构成一个匝数为65~75的绕组,并在该铁芯两端的绕组的出线处,分别将一个铜插针与铜漆包线头焊接;在下部另一个半圆环形铁芯上紧密缠绕直径为0.5mm~0.65mm的铜漆包线构成另一个匝数为65~75的绕组,在该铁芯的正中处将铜漆包线剪断并引出两个抽头,两个抽头分别焊接在一个同轴电缆接头的缆芯和外皮上,并在该铁芯两端的绕组出线处分别将一个铜插孔与铜漆包线头焊接。2个铜插针和2个铜插孔分别镶嵌在4个环氧树脂构成的绝缘固定件内,4个绝缘固定件分别用胶水粘接在铜屏蔽外壳的2个半圆环形空心槽外壁两端刻制的4个L形绝缘固定安装槽内,并且上部一个半圆环形铁芯两端的铜插针与下部一个半圆环形铁芯两端的铜插孔分别对齐,两铜插针分别***两铜插孔内,将2个绕组连接成1个匝数为130~150匝的绕组。屏蔽外壳的材质为铜材,铜屏蔽外壳主要由2个半圆环形的空心槽和2个半圆环形的上盖构成。在2个半圆环形空心槽内分别放置2个带半圆环形铁芯的绕组,2个半圆环形上盖分别通过螺栓固接在2个半圆环形的空心槽上,用以保护带半圆环形铁芯的绕组。在上部一个半圆环形空心槽两端的外壁上,分别刻制有L形绝缘固定安装槽,并在其空心槽外壁的两端外侧分别焊接有外壳固定件,在两外壳固定件的外端部还分别钻有螺孔。在下部一个半圆环形空心槽两端的外壁上,并对应于上部一个半圆环形空心槽外壁上的刻槽处,分别刻制有L形绝缘固定安装槽,并在其空心槽外壁的两端外侧分别焊接有外壳固定件,在两外壳固定件的外端部还分别钻有螺孔,还在其空心槽的中部焊接有中心为通孔的倒T形电缆接头固定件,绕组的2个引出线抽头穿过电缆接头固定件的中心通孔,焊接在同轴电缆街头上。2个半圆环形的空心槽内直径为30mm~35mm、外直径为95mm~100mm、高度为26mm~30mm;半圆环形的空心槽的内壁厚度为3mm~5mm、外壁厚度为8mm~12mm;半圆环形上盖的内直径为30mm~35mm、外直径为95mm~100mm、厚度为3mm~5mm。同轴电缆接头固定件的尺寸根据同轴电缆接头尺寸决定。在铜屏蔽外壳的内壁开设了一个宽度为1.0mm~1.5mm的缝隙,用以防止形成涡流而影响到传感器的测量精度。在屏蔽外壳的外表面均匀的装设一层厚度为4mm~6mm的环氧树脂层,起绝缘和防水作用。由于本泄漏电流传感器是套在被测绝缘子串上端的连接金具球头挂环上来检测绝缘子的泄漏电流,因此泄漏电流传感器的尺寸是由球头挂环的大小决定的,该泄漏电流传感器采集到的泄漏电流信号通过同轴电缆传输到现场的弱电流放大单元及后续处理***。本发明的泄漏电流传感器的绕组匝数为130~150匝,检测泄漏电流幅值范围为0.5mA~500mA,频率范围为10Hz~30kHz,灵敏度为57.8~61.1mV/mA。
本发明采用上述技术方案后,主要特点如下:
1、本发明泄漏电流传感器是套装在绝缘子上端的球头挂环上,其尺寸由球头挂环的大小决定,而球头挂环的尺寸相对于绝缘子串其它连接处的尺寸都要小很多,因此本发明传感器的体积和重量相对较小,很方便现场装卸和运行。
2、本发明泄漏电流传感器的铁芯选用具有高磁导率的铁氧体材料,精度高、频带宽、线性度好,既保证了线圈的测量要求,同时铁氧体材料的表面容易加工的很光滑,很好的满足了半环形铁芯对接时对铁磁材料表面光整度的要求,这是其它种类的铁磁材料所不具备的优点。
3、本发明泄漏电流传感器的屏蔽外壳采用铜材,具有屏蔽效果好和机械强度高的特点,而且将连接铜插针和铜插孔固定在其外壁上,为绕组实现电气连接提供依托。同时用厚度为4mm~6mm的环氧树脂将铜屏蔽外壳包裹,用以将铜屏蔽外壳和运行线路绝缘并起防水作用,因此可以保证可靠、安全的运行。
4、本发明泄漏电流传感器为2个半圆环形组装而成,装卸非常方便,在现场装卸时只需要将两对固定在屏蔽外壳中的绕组两端的铜插针和铜插孔对接,然后将外壳外壁上的螺栓拧紧就完成装卸。无须将绝缘子串拆下,使用很方便。
本发明泄漏电流传感器使用过程是:首先将屏蔽外壳上的螺栓取下,然后将本发明的传感器套在球头挂环上,将螺栓拧紧,最后用防水泥或防水胶封住接头处的缝隙即可。装卸过程极其简单。
本发明泄漏电流传感器可广泛应用于新建的高压输电线路和已经投入运行的高压输电线路中。
附图说明
图1为本发明的结构图;
图中:1绕组,2铜插孔,3铜插针,4螺栓,5螺孔,6环氧树脂层,7外壁,8内壁,9铁芯,10绝缘固定件,11固定安装槽,12电缆接头固定件,13同轴电缆接头,14外壳固定件,15螺栓。
图2为本实施例1泄漏电流传感器实测的幅频特性曲线图;
图3为本实施例1泄漏电流传感器全量程的线性度曲线;
图中:横坐标为一次测电流Ii,纵坐标为二次侧电压Vo。
图4为本实施例1泄漏电流传感器一次侧电流为0.5mA~10mA微弱电流的线性度曲线;
图中:横坐标为一次测电流Ii,纵坐标为二次侧电压Vo。
图5为本实施例1泄漏电流传感器实测的性能测试图;
图中:曲线a为实施例1泄漏电流传感器的输出信号,曲线b为函数发生器产生的信号,作为对照信号,频率为50Hz。
图6为本实施例1泄漏电流传感器实测的性能测试图;
图中:曲线a为实施例1泄漏电流传感器的输出信号,曲线b为函数发生器产生的信号,作为对照信号,频率250Hz。
图7为本实施例1泄漏电流传感器实测的性能测试图;
图中:曲线a为实施例1泄漏电流传感器的输出信号,曲线b为函数发生器产生的信号,作为对照信号,频率450Hz。
图8为本实施例1泄漏电流传感器实测的轻度污秽情况下泄漏电流波形图;
图9为本实施例1泄漏电流传感器实测的中度污秽情况下泄漏电流波形图;
图10为本实施例1泄漏电流传感器实测的重度污秽情况下泄漏电流波形图;
图11为本实施例1泄漏电流传感器实测的泄漏电流波形图;
图中:曲线a为检测电阻两端测得的泄漏电流波形,曲线b为本发明的泄漏电流传感器测得的泄漏电流波形,试验所施加的电压为15kV。
图12为本实施例1泄漏电流传感器实测的泄漏电流波形图。
图中:曲线a为检测电阻两端测得的泄漏电流波形,曲线b为本发明的泄漏电流传感器测得的泄漏电流波形,试验所施加的电压为20kV。
具体实施方式
下面通过具体实施方式,进一步说明本发明。
实施例1
如图1所示,一种交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,主要包括带铁芯的Rogowski线圈和屏蔽外壳及同轴电缆接头13。Rogowski线圈由铁芯9和绕组1组成,特征是:铁芯9为2个半圆环形铁芯,2个半圆环形铁芯9的材质为铁氧体,每个半圆环形铁芯9的内径为44mm、外径为67mm、厚度为19mm。2个半圆环形铁芯9组合成1个圆环形铁芯9。绕组1分为2个绕组:在上部一个半圆环形铁芯9上紧密缠绕直径为0.65mm的铜漆包线构成一个匝数为65的绕组,并在该铁芯9两端的绕组1出线处,分别将一个铜插针3与铜漆包线头焊接;在下部另一个半圆环形铁芯9上紧密缠绕直径为0.65mm的铜漆包线构成另一个匝数为65的绕组,在该铁芯9的正中处将铜漆包线剪断并引出两个抽头,两个抽头分别焊接在一个同轴电缆接头13的缆芯和外皮上,并在该铁芯9两端的绕组1出线处分别将一个铜插孔2与铜漆包线头焊接。2个铜插针3和2个铜插孔2分别镶嵌在4个环氧树脂构成的绝缘固定件10内,4个绝缘固定件10分别用胶水粘接在铜屏蔽外壳的2个半圆环形空心槽外壁7两端刻制的4个L形绝缘固定安装槽11内,并且上部一个半圆环形铁芯9两端的铜插针3与下部一个半圆环形铁芯9两端的铜插孔2分别对齐,两铜插针3分别***两铜插孔2内,将2个绕组1连接成1个匝数为130匝的绕组1。屏蔽外壳的材质为铜材,铜屏蔽外壳主要由2个半圆环形的空心槽和2个半圆环形的上盖构成。在2个半圆环形空心槽内分别放置2个带半圆环形铁芯的绕组,2个半圆环形的上盖分别通过螺栓固接在2个半圆环形的空心槽上,用以保护带半圆环形铁芯的绕组。在上部一个半圆环形空心槽两端的外壁7上,分别刻制有L形绝缘固定安装槽11,并在其空心槽外壁7的两端外侧分别焊接有外壳固定件14,在两外壳固定件14的外端部还分别钻有螺孔。在下部一个半圆环形空心槽两端的外壁7上,并对应于上部一个半圆环形空心槽外壁7上的刻槽处,分别刻制有L形绝缘固定安装槽11,并在其空心槽外壁7的两端外侧分别焊接有外壳固定件14,在两外壳固定件14的外端部还分别钻有螺孔,还在其空心槽的中部焊接有中心为通孔的倒T形电缆接头固定件12,绕组1的2个引出线抽头穿过电缆接头固定件12的中心通孔,焊接在同轴电缆接头13上,其电缆接头固定件12通过螺栓15与同轴电缆接头13固接。2个半圆环形的空心槽内直径为35mm、外直径为100mm、高度为30mm;半圆环形的空心槽的内壁8厚度为5mm、外壁7厚度为12mm;半圆环形上盖的内直径为35mm、外直径为100mm、厚度为5mm。同轴电缆接头固定件12的尺寸根据同轴电缆接头13尺寸决定。在铜屏蔽外壳的内壁8开设了一个宽度为1.5mm的缝隙,用以防止形成涡流而影响到传感器的测量精度。在屏蔽外壳的外表面均匀的装设一层厚度为6mm的环氧树脂层6,起绝缘和防水作用。由于本泄漏电流传感器是套在被测绝缘子串上端的连接金具球头挂环上来检测绝缘子的泄漏电流,因此泄漏电流传感器的尺寸是由球头挂环的大小决定的,该泄漏电流传感器采集到的泄漏电流信号通过同轴电缆传输到现场的弱电流放大单元及后续处理***。本发明的泄漏电流传感器的绕组1匝数为130匝,检测泄漏电流幅值范围为0.5mA~500mA,频率范围为10Hz~30kHz,灵敏度为61.1mV/mA。
实施例2
一种交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,同实施例1,其中:2个半圆环形铁芯9的内径为43mm、外径为66mm、厚度为18mm绕组1漆包线直径为0.6mm;铜屏蔽外壳的空心槽内径为33mm、外径为98mm、高度为28mm,空心槽的内壁8厚度为4mm、外壁7厚度为10mm;铜屏蔽外壳的上盖的内径为33mm、外径为98mm、厚度为4mm;在铜屏蔽外壳的空心槽的内壁8上开设宽度为1.2mm缝隙;铜屏蔽外壳的最外层环氧树脂层6厚度为5mm;泄漏电流传感器的绕组1匝数为140匝,检测电流幅值范围为0.5mA~500mA,频率范围为10Hz~30kHz,灵敏度约为59.4mV/mA。
实施例3
一种交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,同实施例1,其中:2个半圆环形铁芯9的内径为42mm、外径为65mm、厚度为17mm;绕组1漆包线直径为0.5mm;铜屏蔽外壳的空心槽的内径为30mm、外径为95mm、高度为26mm,空心槽的内壁8厚度为3mm、外壁7厚度为8mm;铜屏蔽外壳的上盖的内径为30mm、外径为95mm、厚度为3mm;在铜屏蔽外壳的空心槽的内壁8上开设宽度为1.0mm的缝隙;铜屏蔽外壳的最外层环氧树脂层6厚度为4mm;泄漏电流传感器的绕组1匝数为150匝,检测电流幅值范围为0.5mA~500mA,频率范围为10Hz~30kHz,灵敏度约为57.8mV/mA。
试验结果
对本发明实施例1的泄漏电流传感器进行以下测试:
1、幅频特性和线性度的测试。测试方法是:用函数发生器产生不同电压幅值的正弦电压信号,将已知阻值的电阻接在电压信号两端以产生一定幅值的电流信号,作为电流传感器的原边测试信号。电流传感器的输出信号经适配电路放大后输入示波器,通过示波器读取电压值,记录试验数据并采用描点法绘制出本发明电流传感器的幅频特性和线性度曲线,其结果如图2、3、4所示。
2、污秽绝缘子泄漏电流的测试试验。试验用雾室为有机玻璃罐,体积参数为φ1000×1500mm,试验变压器为YDW-50/50,额定容量为50kVA,额定输出电压为50kV,额定输出电流为1A,满足IEC60507和GB/T4584-2004对交流污秽试验电源的要求。试品为盘型悬式瓷绝缘子,型号XP-70。试验中分别用等值附盐密度为0.05mg/mm2、0.1mg/mm2和0.2mg/mm2的污秽度模拟轻污秽、中污秽和重污秽的运行工况。测试结果如图8~图12所示。
从以上的测试结果知,本发明的泄漏电流传感器完全满足工程实际对架空线路绝缘子泄漏电流在线监测的要求,具有精度高、频带宽、线性度好、抗干扰能力强等特点,并且装卸非常方便,可广泛适用于新建的高压输电线路和已经投入运行的高压输电线路。
Claims (5)
1、一种交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,主要包括带铁芯的Rogowski线圈和屏蔽外壳及同轴电缆接头(13),其特征在于铁芯(9)为2个半圆环形铁芯(9),2个半圆环形铁芯(9)的材质为铁氧体,每个半圆环形铁芯(9)的内径为42mm~44mm、外径为65mm~67mm、厚度为17mm~19mm,绕组(1)分为2个绕组:在上部一个半圆环形铁芯(9)上紧密缠绕直径为0.5mm~0.65mm的铜漆包线构成一个匝数为65~75的绕组(1),并在该铁芯(9)两端的绕组(1)的出线处,分别将一个铜插针(3)与铜漆包线头焊接;在下部另一个半圆环形铁芯(9)上紧密缠绕直径为0.5mm~0.65mm的铜漆包线构成另一个匝数为65~75的绕组(1),在该铁芯(9)的正中处将铜漆包线剪断并引出两个抽头,两个抽头分别焊接在一个同轴电缆接头(13)的缆芯和外皮上,并在该铁芯(9)两端的绕组(1)出线处,分别将一个铜插孔(2)与铜漆包线头焊接,2个铜插针(3)和2个铜插孔(2)分别镶嵌在4个环氧树脂构成的绝缘固定件(10)内,4个绝缘固定件(10)分别用胶水粘接在铜屏蔽外壳的2个半圆环形空心槽外壁(7)两端刻制的4个L形绝缘固定安装槽(11)内,并且上部一个半圆环形铁芯(9)两端的铜插针(3)与下部一个半圆环形铁芯(9)两端的铜插孔(2)分别对齐,两铜插针(3)分别***两铜插孔(2)内,将2个绕组(1)连接成1个匝数为130~150匝的绕组(1),屏蔽外壳的材质为铜材,铜屏蔽外壳主要由2个半圆环形的空心槽和2个半圆环形的上盖构成,在2个半圆环形空心槽内分别放置2个带半圆环形铁芯的绕组,2个半圆环形上盖分别通过螺栓固接在2个半圆环形的空心槽上,在上部一个半圆环形空心槽两端的外壁(7)上,分别刻制有L形绝缘固定安装槽(11),并在其空心槽外壁(7)的两端外侧分别焊接有外壳固定件(14),在两外壳固定件(14)的外端部还分别钻有螺孔,在下部一个半圆环形空心槽两端的外壁(7)上,并对应于上部一个半圆环形空心槽外壁(7)上的刻槽处,分别刻制有L形绝缘固定安装槽(11),并在其空心槽外壁(7)的两端外侧分别焊接有外壳固定件(14),在两外壳固定件(14)的外端部还分别钻有螺孔,还在其空心槽的中部焊接有中心为通孔的倒T形电缆接头固定件(12),在电缆接头固定件(12)的下端部通过螺栓(15)与同轴电缆接头(13)固接,绕组(1)的2个引出线抽头穿过电缆接头固定件(12)的中心通孔,焊接在同轴电缆接头(13)上,2个半圆环形的空心槽内直径为30mm~35mm、外直径为95mm~100mm、高度为26mm~30mm;半圆环形的空心槽的内壁(8)厚度为3mm~5mm,外壁(7)厚度为8mm~12mm;半圆环形上盖的内直径为30mm~35mm、外直径为95mm~100mm、厚度为3mm~5mm,同轴电缆接头固定件(12)的尺寸根据同轴电缆接头(13)尺寸决定,在铜屏蔽外壳的内壁(8)开设了一个宽度为1.0mm~1.5mm的缝隙,在屏蔽外壳的外表面均匀的装设一层厚度为4mm~6mm的环氧树脂层(6)。
2、按照权利要求1所述的交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,其特征在于检测泄漏电流的幅值范围为0.5mA~500mA、频率为10Hz~30kHz、灵敏度为57.8~61.1mV/mA。
3、按照权利要求1所述的交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,其特征在于2个半圆环形铁芯(9)的内径为44mm、外径为67mm、厚度为19mm,绕组(1)的漆包线直径为0.65mm、匝数为130匝,铜屏蔽外壳的空心槽的内径为35mm、外径为100mm、高度为30mm,空心槽的内壁(8)厚度为5mm、外壁(7)厚度为12mm,铜屏蔽外壳的上盖的内径为35mm、外径为100mm、厚度为5mm,在铜屏蔽外壳的空心槽的内壁(8)开设宽度为1.5mm的缝隙,铜屏蔽外壳的最外层环氧树脂层(6)厚度为6mm。
4、按照权利要求1所述的交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,其特征在于2个半圆环形铁芯(9)的内径为43mm、外径为66mm、厚度为18mm,绕组(1)的漆包线直径为0.6mm、匝数为140匝,铜屏蔽外壳的空心槽的内径为33mm、外径为98mm、高度为28mm,空心槽的内壁(8)厚度为4mm、外壁(7)厚度为10mm,铜屏蔽外壳的上盖的内径为33mm、外径为98mm、厚度为4mm,在铜屏蔽外壳的空心槽的内壁(8)开设宽度为1.2mm的缝隙,铜屏蔽外壳的最外层环氧树脂层(6)厚度为5mm。
5、按照权利要求1所述的交流高压输电线路污秽绝缘子泄漏电流传感器,其特征在于2个半圆环形铁芯(9)的内径为42mm、外径为65mm、厚度为17mm;绕组(1)的漆包线直径为0.5mm、匝数为130匝,铜屏蔽外壳的空心槽的内径为30mm、外径为95mm、高度为26mm,空心槽的内壁(8)厚度为3mm、外壁(7)厚度为8mm,铜屏蔽外壳的上盖的内径为30mm、外径为95mm、厚度为3mm,在铜屏蔽外壳的空心槽的内壁(8)开设宽度为1.0mm的缝隙,铜屏蔽外壳的最外层环氧树脂层(6)厚度为4mm。
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