CN106841959A - 用于电力电缆局部放电检测的智能高频局部放电传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于电力电缆局部放电检测的智能高频局部放电传感器，包括金属屏蔽盒、盒盖、合页、搭扣、绝缘垫圈、磁芯、集成电路板、电源插孔、信号发射天线、电池、电源开关和指示灯；本发明传感器内置电池与集成电路板，可直接在传感器内进行信号的处理，减少信号传输过程中的衰减，提高了传感器的灵敏度和抗干扰能力；内置的集成电路板包含无线发送电路，通过信号发射天线将数据发送给终端接收设备，省掉了连接线缆，简化了工作流程，并可在较远距离进行局部放电检测工作，保证检测人员的人身安全；整个传感器通过所述的合页展开呈钳形结构，通过搭扣连接成整体后，传感器内部的电路才能连通工作，搭扣断开时，电池与电路板分开，传感器停止工作。

Description

用于电力电缆局部放电检测的智能高频局部放电传感器

技术领域

本发明涉及电力电缆，特别是一种用于电力电缆局部放电检测的智能高频局部放电传感器。

背景技术

随着我国大中型城市建设的飞速发展和城市规划的要求，以往的城郊架空线路现在也慢慢的退出了历史的舞台，而铺设于地下的电力电缆以其占地少、对人身安全、供电可靠、维护工作量小等诸多优点，获得到了广泛的应用。随着电力电缆的广泛应用，电缆运行中的故障问题就日益显现出来了。为了保证供电的可靠性和安全性，对电缆进行带电检测，及时掌握电缆的运行状态就显得尤为重要，特别是电缆局部放电检测技术成为了电力行业的研究热点。随着城市电网用电负荷的不断增长，电力电缆的故障概率也大大增加，开展电力电缆局部放电检测对保障电力***的安全稳定运行具有重要的意义。

当前电力电缆的局部放电检测方法主要有高频电磁耦合法、特高频法、超声波检测法等。在使用特高频、超声波法检测电力电缆局部放电时，由于电磁波和超声波信号传播衰减的原因，实际有效的检测范围很小，仅限于电缆附件，此外，电力电缆的运行环境复杂、干扰问题十分突出。手机信号、汽车发动机点火、机械振动等噪声都会对特高频法、超声波检测法的准确度产生严重的负面影响。为此，目前电缆局部放电检测主要采用宽频电磁耦合法。

采用宽频电磁耦合法检测电缆的局部放电信号时，主要检测的是流经电缆本体或电缆接地线的高频脉冲电流信号。实际检测过程中，将高频局部放电传感器套接在电缆本体或电缆的接地线上，通过线缆连接调理单元或检测仪主机。对于诸多场合，如电缆杆塔、电缆隧道、电缆井、电缆沟等，传感器与后续单元的连接距离较远，接线复杂，且一般线缆难以满足要求，此外，线缆的长度较长会导致信号在传播的过程中衰减较大，线缆的重量较大也容易损坏传感器和后续单元的接口。上述的情况会大幅降低电缆现场局部放电检测的工作效率。如果遇到待测设备突发击穿事故，由于是采用线缆直接连接，可能会损害检测设备并危及检测人员的人身安全。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明提供一种用于电力电缆局部放电检测的智能高频局部放电传感器，该传感器通过无线发送解决了连接线缆的问题，通过传感器内置集成电路板直接进行信号处理提取特征参数，解决了信号传输过程中可能产生的衰减问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于电力电缆局部放电检测的智能高频局部放电传感器，特点在于，包括金属屏蔽盒、盒盖、合页、搭扣、绝缘垫圈、磁芯、集成电路板、电源插孔、信号发射天线、电池、电源开关和指示灯,上述元部件的连接关系如下：

所述的金属屏蔽盒、盒盖、绝缘垫圈和磁芯均由两半构成；

所述的金属屏蔽盒包含结构相同的半圆环形的左半屏蔽盒和右半屏蔽盒，通过合页和搭扣连接而成一体后，盒体外形为八角形，内为圆形通孔，盒体内形成一个圆环形腔体；

所述的盒盖由左半盒盖和右半盒盖构成，与所述的金属屏蔽盒的外形相配套，盒盖的外形为八角形，内为圆形通孔，所述的左半盒盖和右半盒盖均有半圆环形腔体，分别盖在所述的左半屏蔽盒和右半屏蔽盒上，通过螺钉固定在所述的金属屏蔽盒上；

所述的绝缘垫圈由结构相同的左绝缘垫圈和右绝缘垫圈构成，分别铺设在所述的左半屏蔽盒和右半屏蔽盒构成的圆环形腔体的底部；

所述的磁芯由左半圆环磁芯和右半圆环磁芯构成，分别安放在所述的左绝缘垫圈和右绝缘垫圈上，所述的左半圆环磁芯上缠绕有一定匝数的金属线圈，该线圈的两端与所述的集成电路板相连；

所述的集成电路板安装在所述的左半盒盖的左半圆环形腔体内，两端分别设有电极，所述的电源插孔和信号发射天线安装在所述的左半盒盖上，所述的电源插孔与集成电路板连接，所述的信号发射天线也与集成电路板连接；

所述的电池安装在右半盒盖的右半圆环形腔体内，所述的电源开关和指示灯安装在右半盒盖上，所述的电池的两端分别是第一电路板和第二电路板，第二电路板与电池直接相连，第一电路板和第二电路板的外端设有电极；

所述的第一电路板、电源开关、指示灯与所述的电池依次相串连，所述的右半盒盖内两端的电极分别与所述的左半盒盖内两端的电极连通；

整个传感器通过所述的合页展开呈钳形结构，通过所述的搭扣连接成环形整体后，所述的两电极与所述的两电极同时相连，使传感器内部的电路连通工作，或对电池进行充电。

在所述的盒盖与金属屏蔽盒的圆形通孔的边沿设有相契合的支撑环用于压紧所述的绝缘垫圈，所述的绝缘垫圈为带台阶的环形结构。

在所述的金属屏蔽盒的圆环腔体内浇灌环氧树脂对磁芯进行保护与固定。

所述的集成电路板包含信号放大检波电路、信号采集电路、无线发送电路和锂电池充电电路，所述的信号放大检波电路对输入的高频局部放电信号进行线性放大、对数检波，所述的信号采集电路对模拟调理后的高频局部放电信号进行模数转换和特征参数提取，并通过串行通信接口将数据传输至所述的无线发送电路，通过所述的信号发射天线将信号传输给终端接收设备；所述的锂电池充电电路通过电源插孔外电源相连，完成锂电池充电。

本发明结构有以下优点：

1、本发明传感器内置电池与集成电路板，可直接在传感器内进行信号的处理，减少信号传输过程中的衰减，提高传感器的灵敏度和抗干扰能力；

2、本发明传感器内置的集成电路板包含无线发送电路，可以通过无线的方式将数据发送给终端接收设备，省掉了连接线缆，简化了工作流程，并可在较远距离进行局部放电检测工作，保证检测人员的人身安全；

3、本发明传感器整体为钳形结构，不影响待测设备正常工作。传感器打开时，电池与电路板分开，闭合时传感器内部的电路才能连通工作，而且闭合时才能对传感器进行充电。

附图说明

图1是智能高频传感器的立体示意图。

图2是智能高频传感器屏蔽盒内部的绝缘垫圈结构示意图。

图3是智能高频传感器屏蔽盒内部的磁芯结构示意图。

图4是盒盖内部结构示意图。

图5是盒盖结构示意图。

图6是智能高频传感器屏蔽盒结构示意图。

图7是绝缘垫圈结构示意图及剖面示意图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

见图1，图2，图3及图4，本发明电力电缆局部放电检测的智能高频局部放电传感器，包括金属屏蔽盒1、盒盖)、合页3、搭扣4、绝缘垫圈5、磁芯6、集成电路板7、电源插孔8、信号发射天线9、电池10、电源开关11和指示灯12,上述元部件的连接关系如下：

所述的金属屏蔽盒1、盒盖2、绝缘垫圈5和磁芯6均由两半构成；

所述的金属屏蔽盒1包含结构相同的半圆环形的左半屏蔽盒1.1和右半屏蔽盒1.2，通过合页3和搭扣4连接而成一体后，盒体外形为八角形，内为圆形通孔，盒体内形成一个圆环形腔体；

所述的盒盖2由左半盒盖2.1和右半盒盖2.2构成，与所述的金属屏蔽盒1的外形相配套，盒盖的外形为八角形，内为圆形通孔，所述的左半盒盖2.1和右半盒盖2.2均有半圆环形腔体，分别盖在所述的左半屏蔽盒1.1和右半屏蔽盒1.2上，通过螺钉2.4固定在所述的金属屏蔽盒1上；

所述的绝缘垫圈5由结构相同的左绝缘垫圈5.1和右绝缘垫圈5.2构成，分别铺设在所述的左半屏蔽盒1.1和右半屏蔽盒1.2构成的圆环形腔体的底部；

所述的磁芯6由左半圆环磁芯6.1和右半圆环磁芯6.2构成，分别安放在所述的左绝缘垫圈5.1和右绝缘垫圈5.2上，所述的左半圆环磁芯6.1上缠绕有一定匝数的金属线圈，该线圈的两端与所述的集成电路板7相连；

所述的集成电路板7安装在所述的左半盒盖2.1的左半圆环形腔体内，两端分别设有电极7.1，所述的电源插孔8和信号发射天线9安装在所述的左半盒盖2.1上，所述的电源插孔8与集成电路板7连接，所述的信号发射天线9也与集成电路板(7)连接；

所述的电池10安装在右半盒盖2.2的右半圆环形腔体内，所述的电源开关11和指示灯12安装在右半盒盖2.2上，所述的电池10的两端分别是第一电路板10.1和第二电路板10.2，第二电路板10.2与电池10直接相连，第一电路板10.1和第二电路板10.)的外端设有电极10.3；

所述的第一电路板10.1、电源开关11、指示灯12与所述的电池10依次相串连，所述的右半盒盖2.2内两端的电极10.3分别与所述的左半盒盖2.1内两端的电极7.1连通；

整个传感器通过所述的合页3展开呈钳形结构，通过所述的搭扣4连接成环形整体后，所述的两电极10.3与所述的两电极10.3同时相连，使传感器内部的电路连通工作，或对电池10进行充电。

在盒盖2内侧开设有中空的腔体，其中左盒盖2.1的腔体内安装一个与腔体形状相同的集成电路板7，电路板两端分别有一个电极7.1，腔体底部有两个通孔，分别用来安装电源插孔8及信号发射天线9；右盒盖2.2的腔体内安放一块电池10，电池整体形状大约为圆环的三分之一，电池两端分别有第一电路板10.1和第二电路板10.2，和电池10连在一起后组成一个完整的半圆环，第一电路板10.1和第二电路板10.2上分别有一个电极10.3，在腔体底部开设有两个通孔，分别用来安装电源开关11及指示灯12。

见图1，图2及图3，传感器整体分成两部分，在其中一端的断开处安装有一个合页3，另一端的断开处安装有一个搭扣4，合页3及搭扣4都用螺钉2.4固定在金属屏蔽盒1上。

见图2及图3，本发明中，绝缘垫圈5安放于金属屏蔽盒1内部环形腔体底部，两个半圆环组成的磁芯6安放于绝缘垫圈5上，绝缘垫圈5起绝缘作用，避免磁芯6与屏蔽盒1直接接触，其中磁芯6.1上缠绕有一定匝数的金属线圈，金属线圈的两端连接在集成电路板7上，安装完成后，在屏蔽盒1的圆环腔体内浇灌环氧树脂对磁芯6进行保护与固定。

见图4及图5，本发明中，盒盖2与屏蔽盒1外形相同，中间有一个圆形通孔，在圆形通孔边沿设有支撑环20用于压紧绝缘垫圈5，盒盖2.1的内部环形腔体中，位于倒角部分分别有一个U形槽与环形腔体连接，U形槽底部略高于腔体底部，每个U形槽的底部有一个螺纹孔2.5，用来固定集成电路板7；集成电路板7主要包含信号放大检波电路7-1、信号采集电路7-2、无线发送电路7-3和锂电池充电电路7-4，其中，信号放大检波电路7-1将输入的高频局部放电信号进行线性放大、对数检波，信号采集电路7-2将处理后的高频局部放电信号进行模数转换和特征参数提取，并通过串行通信接口将数据传输至无线发送电路7-3，通过2.4G无线网将信号传输到终端接收设备；锂电池充电电路7-4完成锂电池充电功能，并为所述各电路供电；

本实施例中，所述信号放大检波电路7-1，线性放大芯片为ADL5541，检波芯片为AD8318；所述信号采集电路7-2，模数转换和数据处理分析主芯片为STM32L053C8T6；所述无线发送电路7-3采用XPCW10021无线WIFI通信模块；所述锂电池充电电路7-4，采用BQ24278为锂电池充电芯片，采用2片线性稳压芯片LM317分别产生+5V和+3.3V；所述的电池10用来给整个传感器供电，电极10.3和电极7.1一一对应，当传感器闭合后，电极10.3和电极7.1接触导通，使电池10可以给集成电路板7供电。另外，集成电路板7上有充电电路，与电源插孔8连接，当传感器的电池需要充电时，闭合传感器，集成电路板7与电池10导通，即可通过电源插孔8对电池10进行充电，电池10两端分别连接一块电路板10.1和10.2，电源开关11和指示灯1)都与电路板10.1连接，电源开关11用来控制整个传感器的运行与停止，指示灯12用来显示传感器的工作状态。

见图5及图6，本发明中，在金属屏蔽盒1端面上开设有螺孔1.3，在盒盖2上对应开设有连接孔2.3，通过螺钉2.4将盒盖2固定盖在金属屏蔽盒1上，在金属屏蔽盒1内的圆形通孔边沿至环形腔方向设有一支撑环，在绝缘垫圈5中间孔边沿相应设有固定台阶，与屏蔽盒1内的支撑环20配合用于固定绝缘垫圈5。

本发明为一种用于电缆局部放电检测的智能高频电磁耦合传感器，最大的特点是可以对耦合进传感器的局部放电信号进行处理后，再通过信号发射天线9直接发送给终端接收设备，不需要通过线缆连接，非常方便安全，测量时打开搭扣4，将传感器“钳住被测电缆本体或电缆接地线”使其从传感器的中心圆形通孔穿过，打开电源开关11即可进行测试。该传感器所用搭扣4带有锁，如需长时间检测的话，用钥匙即可把搭扣锁住，详见图1。

本发明中，所述金属屏蔽盒1由较轻质的金属制成，具有屏蔽外部电磁干扰信号的作用，分成相同的两部分，利用合页3与搭扣4连接在一起，内部有一个圆环形腔体，腔体底部安装一个绝缘垫圈5，绝缘垫圈5上安放一个由两个半圆环组成的磁芯6，其中磁芯6.1上缠绕有一定匝数的金属线圈，安装完成后在圆环腔体内浇灌环氧树脂，详见图2，图3及图6。

本发明中，所述磁芯6采用高磁导率、高线性度的铁磁材料，圆环状，截面为矩形。将磁芯沿直径切开后，在磁芯6.2的矩形断面上粘贴一个与截面同样形状的、厚度固定的绝缘树脂薄片，这样在闭合时磁路中会含有间隙。磁芯尺寸略小于屏蔽盒1的内腔体，详见图3。

本发明中，所述盒盖2与屏蔽盒1所用材料相同，且与屏蔽盒1的外形相同，并同样分成相同的两部分，分别盖在屏蔽盒1的开口面，具有屏蔽外部电磁干扰信号的作用，其中盒盖2.1的内部腔体中安装集成电路板7对耦合进来的局部放电信号进行处理，盒盖2.2的内部腔体中安装有电池10，可以对整个传感器进行供电，详见图4及图5。

本发明中，所述绝缘垫圈5材料为绝缘性能良好，且机械性能较好的塑料，分为相同形状的两部分，安放于屏蔽盒壳体1的底部，用于隔离磁芯6与屏蔽盒壳体1，避免磁芯与屏蔽盒壳体1直接接触，详见图2及图7。

Claims (4)

1.一种用于电力电缆局部放电检测的智能高频局部放电传感器，特征在于，包括金属屏蔽盒(1)、盒盖(2)、合页(3)、搭扣(4)、绝缘垫圈(5)、磁芯(6)、集成电路板(7)、电源插孔(8)、信号发射天线(9)、电池(10)、电源开关(11)和指示灯(12),上述元部件的连接关系如下：

所述的金属屏蔽盒(1)、盒盖(2)、绝缘垫圈(5)和磁芯(6)均由两半构成；

所述的金属屏蔽盒(1)包含结构相同的半圆环形的左半屏蔽盒(1.1)和右半屏蔽盒(1.2)，通过合页(3)和搭扣(4)连接而成一体后，盒体外形为八角形，内为圆形通孔，盒体内形成一个圆环形腔体；

所述的盒盖(2)由左半盒盖(2.1)和右半盒盖(2.2)构成，与所述的金属屏蔽盒(1)的外形相配套，盒盖的外形为八角形，内为圆形通孔，所述的左半盒盖(2.1)和右半盒盖(2.2)均有半圆环形腔体，分别盖在所述的左半屏蔽盒(1.1)和右半屏蔽盒(1.2)上，通过螺钉(2.4)固定在所述的金属屏蔽盒(1)上；

所述的绝缘垫圈(5)由结构相同的左绝缘垫圈(5.1)和右绝缘垫圈(5.2)构成，分别铺设在所述的左半屏蔽盒(1.1)和右半屏蔽盒(1.2)构成的圆环形腔体的底部；

所述的磁芯(6)由左半圆环磁芯(6.1)和右半圆环磁芯(6.2)构成，分别安放在所述的左绝缘垫圈(5.1)和右绝缘垫圈(5.2)上，所述的左半圆环磁芯(6.1)上缠绕有一定匝数的金属线圈，该线圈的两端与所述的集成电路板(7)相连；

所述的集成电路板(7)安装在所述的左半盒盖(2.1)的左半圆环形腔体内，两端分别设有电极(7.1)，所述的电源插孔(8)和信号发射天线(9)安装在所述的左半盒盖(2.1)上，所述的电源插孔(8)与集成电路板(7)连接，所述的信号发射天线(9)也与集成电路板(7)连接；

所述的电池(10)安装在右半盒盖(2.2)的右半圆环形腔体内，所述的电源开关(11)和指示灯(12)安装在右半盒盖(2.2)上，所述的电池(10)的两端分别是第一电路板(10.1)和第二电路板(10.2)，第二电路板(10.2)与电池(10)直接相连，第一电路板(10.1)和第二电路板(10.2)的外端设有电极(10.3)；

所述的第一电路板(10.1)、电源开关(11)、指示灯(12)与所述的电池(10)依次相串连，所述的右半盒盖(2.2)内两端的电极(10.3)分别与所述的左半盒盖(2.1)内两端的电极(7.1)连通；

整个传感器通过所述的合页(3)展开呈钳形结构，通过所述的搭扣(4)连接成环形整体后，所述的两电极(10.3)与所述的两电极(10.3)同时相连，使传感器内部的电路连通工作，或对电池(10)进行充电。

2.根据权利要求1所述的智能高频局部放电传感器，特征在于，在所述的盒盖(2)与金属屏蔽盒(1)的圆形通孔的边沿设有相契合的支撑环用于压紧所述的绝缘垫圈(5)，所述的绝缘垫圈(5)为带台阶的环形结构。

3.根据权利要求1所述的智能高频局部放电传感器，特征在于，在所述的金属屏蔽盒(1)的圆环腔体内浇灌环氧树脂对磁芯(6)进行保护与固定。

4.根据权利要求1所述的智能高频局部放电传感器，特征在于，所述的集成电路板(7)主要包含信号放大检波电路(7-1)、信号采集电路(7-2)、无线发送电路(7-3)和锂电池充电电路(7-4)，所述的信号放大检波电路(7-1)对输入的高频局部放电信号进行线性放大、对数检波，所述的信号采集电路(7-2)对模拟调理后的高频局部放电信号进行模数转换和特征参数提取，并通过串行通信接口将数据传输至所述的无线发送电路(7-3)，通过所述的信号发射天线(9)将信号传输给终端接收设备；所述的锂电池充电电路(7-4)通过电源插孔(8)与外电源相连，完成锂电池充电。