CN113504441A - 一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器及设计方法，所述高压杆塔绝缘故障监测定位传感器包括第一连接电极、高压隔离电容器、连接电极线、定位预警单元和第二连接电极，所述第一连接电极的一端与所述绝缘子支撑金属附件连接，当发生绝缘故障时，将高压杆塔绝缘故障的电压和电流引入传感器。所述第一连接电极、高压隔离电容器、定位预警单元依次连接，连接电极线将高压隔离电容器输出的电压和电流引入定位预警单元，定位预警单元回路的另一端通过第二连接电极接地。本申请公开的传感器可以对高压杆塔绝缘故障进行监测定位，且利用绝缘故障产生的电压和电流进行供电，无需***取能。结构简单，构成器件的成熟度高、经济性好、寿命长。
Description
技术领域
本申请涉及电力***绝缘故障监测定位领域，尤其涉及一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器及设计方法。
背景技术
高中压配电网绝缘子、避雷器、高压开关设备和电缆等对地绝缘故障，故障电流较小，如针式绝缘子击穿、避雷器绝缘破坏，故障电流可小于100mA。目前的检测技术尚不能感知此类绝缘故障，故障长期存在可引发人身触电和用户停电，严重甚至会导致森林火灾。
现有技术中，通过检测***零序电压、三相电压相角和幅值和线路零序电流，来判断电力设备是否发生绝缘故障，但是上述方法不能灵敏检测定位高压杆塔的小故障电流绝缘故障。高中压配电网杆塔绝缘故障监测定位技术是长期困扰国内外悬而未决的技术难题。
发明内容
本申请提供一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器及设计方法，以解决现有技术中，不能灵敏检测定位高压杆塔的小故障电流绝缘故障的技术问题。
本申请第一方面公开了一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器，所述高压杆塔绝缘故障监测定位传感器包括：第一连接电极、高压隔离电容器、连接电极线、定位预警单元和第二连接电极；
高压杆塔顶端设置有绝缘子支撑金属附件；
所述第一连接电极的一端与所述绝缘子支撑金属附件连接，所述第一连接电极另一端与所述高压隔离电容器连接，所述第一连接电极用于将所述高压杆塔绝缘故障的电压和电流引入至所述高压隔离电容器，所述高压隔离电容器用于进行高压隔离；
所述高压隔离电容器通过所述连接电极线连接所述定位预警单元，所述连接电极线用于将所述高压隔离电容器输出的电压和电流引入至所述定位预警单元；
所述定位预警单元通过所述连接电极线连接所述第二连接电极。
可选的，所述定位预警单元包括整流模块、稳压模块和定位预警模块，用于通过高压隔离电容器引入的电压和电流进行供电，同时发送故障预警或故障隔离信息。
可选的，所述第一连接电极和所述第二连接电极为抗腐蚀的导体。
可选的，所述第二连接电极的接地电阻小于30Ω。
可选的，所述连接电极线为绝缘导线。
本申请第二方面公开了一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法，所述高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法应用于本申请第一方面公开的高压杆塔绝缘故障监测定位传感器，所述高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法包括：
获取高压杆塔绝缘故障的电压和电流，并确定目标能量；
根据所述目标能量、预设的角频率、预设的容量裕度系数和所述高压杆塔预设的相对地额定电压，确定高压隔离电容值；
根据所述相对地额定电压，确定高压电容绝缘水平；
获取定位预警单元预设的输入端额定电压；
根据所述输入端额定电压、所述相对地额定电压、所述高压隔离电容值和所述角频率，确定所述定位预警单元的输入阻抗；
根据预设的雷电冲击电压校检所述输入阻抗。
可选的，所述目标能量包括所述故障预警的能量、所述故障隔离信息的能量和所述定位预警单元损耗的能量。
可选的，所述根据所述目标能量、预设的角频率、预设的容量裕度系数和所述高压杆塔预设的相对地额定电压，确定高压隔离电容值，包括：
通过如下公式计算所述高压隔离电容值：
其中，C表示所述高压隔离电容值，K表示所述容量裕度系数，P表示所述目标能量，ω表示所述角频率，Un表示所述相对地额定电压。
可选的，所述定位预警单元的输入端额定电压为10V至400V中的任意值。
可选的，所述根据预设的雷电冲击电压校检所述输入阻抗，包括：
通过如下公式校检所述输入阻抗：
其中，Zin表示所述输入阻抗，ω表示所述角频率，C表示所述高压隔离电容值，Ucj表示所述雷电冲击电压。
本申请公开了一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器及设计方法，涉及电力***绝缘故障监测定位领域，所述高压杆塔绝缘故障监测定位传感器包括第一连接电极、高压隔离电容器、连接电极线、定位预警单元和第二连接电极，所述第一连接电极的一端与所述绝缘子支撑金属附件连接，当发生绝缘故障时，将高压杆塔绝缘故障的电压和电流引入传感器。所述第一连接电极、高压隔离电容器、定位预警单元依次连接，连接电极线将引入的电压和电流引入定位预警单元，定位预警单元回路的另一端通过第二连接电极接地。本申请公开的传感器可以对高压杆塔绝缘故障进行监测定位，且利用绝缘故障产生的电压和电流进行供电，无需***取能。结构简单，构成器件的成熟度高、经济性好、寿命长。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器中，定位预警单元的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法的工作流程示意图；
图示说明：
其中，1-第一连接电极，2-高压隔离电容器，3-连接电极线，4-第二连接电极，5-定位预警单元，6-高压杆塔，7-金属附件，8-绝缘子。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了解决现有技术中，不能灵敏检测定位高压杆塔6的小故障电流绝缘故障的技术问题，本申请通过如下实施例公开一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器及设计方法。
参见图1，为本申请实施例提供的一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的结构示意图，所述传感器包括：第一连接电极1、高压隔离电容器2、连接电极线3、定位预警单元5和第二连接电极4。
在本申请的部分实施例中，所述第一连接电极1和所述第二连接电极4为抗腐蚀的导体。所述第一连接电极1引入绝缘故障产生的电压和电流至传感器。所述第二连接电极4的接地电阻小于30Ω，特殊设计可大于30Ω。
在本申请的部分实施例中，所述连接电极线3为绝缘导线，耐腐蚀性好。
在本申请的部分实施例中，所述第二连接电极4的接地电阻小于30Ω。
高压杆塔6顶端设置有绝缘子支撑金属附件7。所述绝缘支撑金属附件7上端设置有绝缘子8、避雷器、互感器、开关等设备.
其中，所述高压隔离电容器2可选择任意电容器，且内绝缘强度和外绝缘强度应满足对应被监测***绝缘子8要求。
所述第一连接电极1的一端与所述绝缘子支撑金属附件7连接，所述第一连接电极1另一端与所述高压隔离电容器2连接，所述第一连接电极1用于将所述高压杆塔6绝缘故障的电压和电流引入至所述高压隔离电容器2，所述高压隔离电容器2用于进行高压隔离。
所述高压隔离电容器2通过所述连接电极线3连接所述定位预警单元5，所述连接电极线3用于将所述高压隔离电容器2输出的电压和电流引入至所述定位预警单元5。
所述定位预警单元5通过所述连接电极线3连接所述第二连接电极4。
其中，所述高压隔离电容器2引入的电压和电流为定位预警单元5提供检测及同时发送故障预警或故障隔离信息所需的能量。故障切除后，定位预警单元5自动返回。
如图2所示，在本申请的部分实施例中，所述高压杆塔6为高压接地杆塔，对于高压接地杆塔，连接电极1的一端与杆塔接地线连接，连接电极1的另一端与高压隔离电容器连接，连接电极线3连接定位预警单元5，定位预警单元5回路的另一端经连接电极4接地。连接电极1将从杆塔顶端流入大地的电压和电流引入传感器，连接电极线3将高压隔离电容器传送的电压和电流接入定位预警单元5。
如图3所示，在本申请的部分实施例中，所述定位预警单元5包括整流模块、稳压模块和定位预警模块，用于通过高压隔离电容器2引入的电压和电流进行供电，同时发送故障预警或故障隔离信息。
本申请公开的一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器，根据传感器的安装位置可将故障定位到杆塔。可以不停电安装，且传感器自身故障不影响***运行，检测方便。传感器采用杆塔绝缘故障产生的故障电压、电流供电，无需***取能。传感器结构简单，构成器件的成熟度高和经济性好，寿命长。传感器可检测杆塔mA级绝缘故障。
本申请上述实施例公开的一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器，包括第一连接电极1、高压隔离电容器2、连接电极线3、定位预警单元5和第二连接电极4，所述第一连接电极1的一端与所述绝缘子支撑金属附件7连接，当发生绝缘故障时，将高压杆塔6绝缘故障的电压和电流引入传感器。所述第一连接电极1、高压隔离电容器2、定位预警单元5依次连接，连接电极线3将引入的电压和电流引入定位预警单元5，定位预警单元5回路的另一端通过第二连接电极4接地。本申请公开的传感器可以对高压杆塔6绝缘故障进行监测定位，且利用绝缘故障产生的电压和电流进行供电，无需***取能。结构简单，构成器件的成熟度高、经济性好、寿命长。
参见图4的工作流程示意图，本申请实施例提供一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法，所述设计方法应用于本申请上述实施例公开的一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器中的高压隔离电容及定位预警单元，所述高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法包括如下步骤：
步骤S101,获取所述高压杆塔6绝缘故障的电压和电流，并确定目标能量。
进一步的，所述目标能量包括所述故障预警的能量、所述故障隔离信息的能量和所述定位预警单元5损耗的能量。所述目标能量通常小于2W。
步骤S102,根据所述目标能量、预设的角频率、预设的容量裕度系数和所述高压杆塔6预设的相对地额定电压，确定高压隔离电容值。
其中，所述高压隔离电容器的额定工频耐受耐压和额定雷电冲击耐受水平与所述相对地额定电压相匹配。
进一步的，所述根据所述目标能量、预设的角频率、预设的容量裕度系数和所述高压杆塔6预设的相对地额定电压，确定高压隔离电容值，包括：
通过如下公式计算所述高压隔离电容值：
其中，C表示所述高压隔离电容值，K表示所述容量裕度系数，P表示所述目标能量，ω表示所述角频率，Un表示所述相对地额定电压。
其中，K通常为1-10的常数，根据实际场景预先进行确定。
步骤S103,根据所述相对地额定电压，确定高压电容绝缘水平。其中高压电容绝缘水平包括：高压隔离电容额定工频耐受电压和额定雷电冲击耐受电压。
步骤S104,获取所述定位预警单元5预设的输入端额定电压。
进一步的，所述定位预警单元的输入端额定电压为10V至400V中的任意值，根据实际场景预先进行确定。
步骤S105,根据所述输入端额定电压、所述相对地额定电压、所述高压隔离电容值和所述角频率，确定所述定位预警单元5的输入阻抗。
步骤S106,根据预设的雷电冲击电压校检所述输入阻抗。
其中，所述雷电冲击电压Ucj为被监测***绝缘子8承受的标准冲击电压。
进一步的，所述根据预设的雷电冲击电压校检所述输入阻抗，包括：
通过如下公式校检所述输入阻抗：
其中，Zin表示所述输入阻抗，ω表示所述角频率，C表示所述高压隔离电容值，Ucj表示所述雷电冲击电压。
通过上述步骤完成对所述高压隔离电容器2和所述定位预警单元5的设计。
为了方便理解上述步骤，本实施例通过以下实例对上述步骤进行解释。
实例：确定定位预警单元所欲要的能量P为2W。如被监测杆塔***额定电压为10kV，***相对地额定电压Un为5.78kV，容量裕度系数K取10时，
高压隔离电容额定工频耐受电压为42/1.73kV，额定雷电冲击耐受电压为75kV。选择定位预警单元输入端额定电压小于400V，可选择Uin为200V。计算所设计的定位预警单元输入阻抗Zin，由
得Zin≈58kΩ，Zc为高压隔离电容容抗。雷电冲击电压校验输入阻抗是否合适，
满足设计要求。按照上述额定电压Uin、输入阻抗Zin、功率P设计所述高压隔离电容器2和所述定位预警单元5。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器，其特征在于，所述高压杆塔绝缘故障监测定位传感器包括：第一连接电极、高压隔离电容器、连接电极线、定位预警单元和第二连接电极；
高压杆塔顶端设置有绝缘子支撑金属附件；
所述第一连接电极的一端与所述绝缘子支撑金属附件连接，所述第一连接电极另一端与所述高压隔离电容器连接，所述第一连接电极用于将所述高压杆塔绝缘故障的电压和电流引入至所述高压隔离电容器，所述高压隔离电容器用于进行高压隔离；
所述高压隔离电容器通过所述连接电极线连接所述定位预警单元，所述连接电极线用于将所述高压隔离电容器输出的电压和电流引入至所述定位预警单元；
所述定位预警单元通过所述连接电极线连接所述第二连接电极。
2.根据权利要求1所述的高压杆塔绝缘故障监测定位传感器，其特征在于，所述定位预警单元包括整流模块、稳压模块和定位预警模块，用于通过高压隔离电容器引入的电压和电流进行供电，同时发送故障预警或故障隔离信息。
3.根据权利要求1所述的高压杆塔绝缘故障监测定位传感器，其特征在于，所述第一连接电极和所述第二连接电极为抗腐蚀的导体。
4.根据权利要求1所述的高压杆塔绝缘故障监测定位传感器，其特征在于，所述第二连接电极的接地电阻小于30Ω。
5.根据权利要求1所述的高压杆塔绝缘故障监测定位传感器，其特征在于，所述连接电极线为绝缘导线。
6.一种高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法，其特征在于，所述高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法应用于权利要求1-5任一项所述的高压杆塔绝缘故障监测定位传感器中的高压隔离电容及定位预警单元，所述高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法，包括：
获取高压杆塔绝缘故障的电压和电流，并确定目标能量；
根据所述目标能量、预设的角频率、预设的容量裕度系数和所述高压杆塔预设的相对地额定电压，确定高压隔离电容值；
根据所述相对地额定电压，确定高压电容绝缘水平；
获取定位预警单元预设的输入端额定电压；
根据所述输入端额定电压、所述相对地额定电压、所述高压隔离电容值和所述角频率，确定所述定位预警单元的输入阻抗；
根据预设的雷电冲击电压校检所述输入阻抗。
7.根据权利要求6所述的高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法，其特征在于，所述目标能量包括所述故障预警的能量、所述故障隔离信息的能量和所述定位预警单元损耗的能量。
8.根据权利要求6所述的高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法，其特征在于，所述根据所述目标能量、预设的角频率、预设的容量裕度系数和所述高压杆塔预设的相对地额定电压，确定高压隔离电容值，包括：
通过如下公式计算所述高压隔离电容值：
其中，C表示所述高压隔离电容值，K表示所述容量裕度系数，P表示所述目标能量，ω表示所述角频率，Un表示所述相对地额定电压。
9.根据权利要求6所述的高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法，其特征在于，所述定位预警单元的输入端额定电压为10V至400V中的任意值。
10.根据权利要求6所述的高压杆塔绝缘故障监测定位传感器的设计方法，其特征在于，所述根据预设的雷电冲击电压校检所述输入阻抗，包括：
通过如下公式校检所述输入阻抗：
其中，Zin表示所述输入阻抗，ω表示所述角频率，C表示所述高压隔离电容值，Ucj表示所述雷电冲击电压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211015 |