CN1135046A - 局部放电测量装置 - Google Patents

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Abstract

局部放电测量装置(3)，包括一装在金属外壳(1)的环形间隙天线(6)，一个同轴测量电缆(7)和一个连接环形间隙天线(6)和同轴测量电缆(7)的逐渐变细的过渡导体(8)。过渡导体(8)包括一支撑电极(10)和引向测量电缆(7)的屏蔽导体的内导体，及一引到测量电缆(7)的屏蔽物(15)上的外导体。法兰座(4)在开口(5)和由其支持的法兰(16)之间呈锥形缩小，其内表面构成过渡导体(8)的外导体的第一段。

Description

局部放电测量装置
本发明涉及一种用于测量在气体绝缘金属全封闭高压设备中产生的局部放电的装置。这种装置俘获在该气体绝缘设备中传播的电磁波，这些电磁波是以局部放电脉冲发送的。这种局部放电脉冲会损坏该设备的电气绝缘和导致局部劣化，这是人们长期以来一直试图解决的问题。由电磁波产生的局部放电脉冲从HF区通过VHF区传播到UHF区，其频率大约可达2000MHZ。
长期以来人们一般从事在HF和VHF频段内的局部放电的测量。但是这种测量在该设备以外的空气中产生很强的电晕放电，具有高密度的高达300MHz的电磁波在该设备周围扩散，为避免造成损害，最好在UHF区内进行测量。
在前述的气体绝缘设备的绝缘测量中需要一个用于测量局部放电的传感器，由于该传感器不能装在带高压的导流条和金属壳之间的气腔内，因此将测量传感器夹在大致为平板形的电极内，这些电极装在该金属外壳的一开口内。这种电极是一种环形间隙天线部件，它俘获由局部放电产生的电磁波，然后通过一过渡型导体和一同轴量测电缆传送到一测量装置。
本发明的基础是在EP 0 134 187 B1中所述的局部放电测量装置。在这个现有技术的局部放电测量装置中，在气体绝缘金属全封闭高压设备的金属外壳的一个开口中电气绝缘地***一平板电极和一带有共轴传输的接续件的连接部件，构成一外部为空心锥形的和一内部为圆锥形的连接件。这个空心锥形连接件从金属外壳开口的边缘延伸到屏蔽物上，而圆锥形连接件从电极延伸到测量电缆的加屏蔽的导体上。调整该连接件的直径到合适的尺寸，使得在局部放电时由环形间隙天线式电极所接收的电磁波能通过该连接导体在同轴测量电缆内几乎无反射地输送，从而实现高测量精度。
这样的装置实际上是高成本的和需占较大空间，因为空心锥形连接件必须与金属外壳的开口相适配，并且与该开口电镀连接。在开口区域中，必需提供电气的和机械的连接部件。
本发明的目的是提供一种本文开头所述类型的局部放电测量装置，它结构精巧，易于制造，成本低，并且具有在UHF区域内的高测量精度。
根据本发明的局部放电测量装置，它易于装在气体绝缘金属封闭式高压设备的金属外壳上的法兰座内，带有一环形间隙天线式传感器，该传感器具有平坦的外轮廓。这个传感器在HF、VHF以及UHF频段内具有高灵敏度。它结构简单，并且如果需要可利用金属外壳的已有部件构成环形间隙，从而将局部放电时由其接收的波无反射地传送到测量电缆。传感器总体由金属外壳的法兰盖支撑，因此不必在开口范围内增加辅助机械和电气连接件。同时该传感器可以安装在气体绝缘金属全封闭设备内，它的金属外壳本身带有适当构形的法兰座。
值得推荐的是，在本发明的局部放电测量装置中，天线的环形间隙平板形电极由法兰座的轮廓所遮蔽。因此不再需要额外的遮蔽部件。由于环形间隙天线具有很小的几何尺寸，因此在本发明的装在气体绝缘金属全封闭高压设备中的局部放电测量装置内能包括大量的这种传感器，从而能实现对设备内的局部放电情况的全面和精确的监视。
下面根据附图详细说明本发明的优选实施例及其优点。附图为：
图1是装有本发明的局部放电测量装置的一气体绝缘金属全封闭高压设备的一段外壳体的截面图，它基本上为同心圆柱形，
图2是装入图1的局部放电测量装置中的传感器的第一实施例的剖视图，
图3是一图表，Up表示敷设在高压设备内的电流导体上的检验电压幅值，Ua是位于图2的传感器输出端上的检验电压，它是频率的函数，
图4是装入图1的局部放电测量装置中的传感器的第二实施例的剖视图。
在图1和2中，展示了一个气体绝缘全封闭高压设备的管形外壳1的剖面，该外壳1内充有压力通常为几巴的SF6绝缘气体。一个高压下的导体2以电绝缘方式安装在该管形外壳的轴线上，符号3表示在金属壳体1内的测量局部放电情况的装置。局部放电测量装置3安装在金属壳体1的开口5上，开口5为壳体1的法兰座4所设置，它带有一包含传感器的环形间隙天线6，和引至一图中未表示的测量装置的同轴测量电缆7，以及一逐渐变细的过渡导体8，它将一个由环形间隙天线6内部和开口5的外周缘所限定的天线6的环形间隙9与测量电缆7相连接。
从图2可看出，环形间隙9由一个良好导电材料构成的圆盘10所确定，这个圆盘支撑在一由良好导电材料制成的旋转对称的支撑件11的加宽端上。支撑件11与法兰座4是电气绝缘的，后者气密地固定连接的金属壳体1的平坦对接的金属盖12上，为此，法兰顶盖12带有一凹槽，该凹槽接收支撑支撑件11的绝缘子13。
过渡导体8同轴布置一内导体和一外导体。内导体由支撑件11的外表面构成，并将圆盘10与测量电缆7的屏蔽导体14相连接。外导体则将开口5的周缘与测量电缆7的屏蔽物15相连接。过渡导体8的外导体的第一段由漏斗形的法兰座4的内表面形成，并且在开口5的周缘和一由其支撑的法兰16之间逐渐变细，该法兰呈漏斗形，用于保持住法兰顶盖12。
外导体的第一段和由支撑件11的外表面所形成的内导体的第一段弯曲为近似圆弧形。其曲率半径Ra和Ri是这样选定的，使得在一由这两个段所形成的过渡导体8的第一段内的波阻与一般为50Ω的测量电缆7的波阻相匹配。
绝缘子13属于中空圆柱形，它的外侧表面贴靠在形成外导体的第二段的法兰凹槽边界17上，而它的内表面贴靠在由支撑件11形成内导体的第二段外表面上。外导体的第二段的半径R2和内导体的第二段的半径R1是这样选定的，使得在一个由外导体的第二段，内导体的第二段以及绝缘子13所限定的过渡导体8第二段中的波阻与共轴电缆7的波阻是相匹配的。
在过渡导体8的第一和第二段之间还加有一第三导体段，它由一直径为2R3的支撑件11的圆柱形外壳表面和一直径为2R2的法兰座4的圆柱形内表面所界定形成，并且具有与测量电缆7相匹配的波阻。从第三或第一段过渡到由绝缘子13所限定的过渡导体8的第二段，构成内导体的支撑件11的直径从2R3逐渐变细，变成2R1。
局部放电测量装置的工作原理如下：
当发生局部放电时，在设备的金属壳体内产生电磁波，它具有最大为1000千伏的高压，形成在UHF频段内的或大或小的频率带。这个频带例如为0.5或1.5GHz，局部放电测量装置以高精度和高灵敏度接收这些波信号。其最大特点是能过滤掉最大至300MHz的干扰频带，由于不希望的电晕放电，这些频带能送入金属壳体1内，这些与电磁波有关的频带在天线6的环形间隙9内被耦合，并通过过渡导体8传送到测量电缆7。
环形间隙9的宽度为毫米-厘米范围，例如10mm，圆盘直径为50-100mm，圆盘厚度至少为2mm。当圆盘10放置靠近导体2时，在环形间隙9内可实现很强的电磁波耦合效应。综合考虑到绝缘要求和保证测量灵敏度的费用，将圆盘10放在开口5内。
经耦合的波沿着圆弧形弯曲的法兰座和支撑件11的共轴布置的表面无损耗地从环形间隙9经绝缘子13传送到测量电缆7。在从空气到绝缘子13的过渡处，由于支撑件11的半径R1逐渐变小，同时绝缘子13逐渐变厚，避免了耦合波的反射。
在图3中，给出了相应于变化的频率保持不变的导体2上的信号Up的幅值，和响应该信号在本发明的局部放电测量装置的传感器输出处得到的信号Ua的幅值，它是频率的函数。信号Ua的频率特性给出了本发明的局部放电测量装置的过渡函数。这个过渡函数在精确测量局部放电的主要UHF频段内(在300MHz-1.8GHz之间)具有高和平坦的曲线段。因此采用本发明的局部放电测量装置能够在UHF区域内实现高精度和高灵敏度的测量。
图4的传感器表示本发明的局部放电测量装置3的一实施例，其符号和作用同图2的实施例。不同点在于，绝缘子13至少有一部分是中空的截锥形，具有一沿测量电缆7的方向倾斜的锥形外表面18和沿上述方向更加倾斜的内表面19。锥形外表面18倚靠构成外导体的第二段上边界17，锥形内表面19倚靠支撑件11的外表面所构成的内导体的第二段上。紧靠在外和内导体表面上的绝缘子截形表面18和19的倾斜度是这样选定的，使在一由外导体及内导体的第二段和绝缘子13所限定的第二段内的过渡导体8的波阻与同轴电缆的波阻相匹配。由于绝缘子13具有锥形轮廓，因此在从绝缘子13到测量电缆7通过过渡导体8传送耦合波时，能使反射损耗降至最小。
传感器本身的损耗极小，绝缘子13在支撑件11和法兰顶盖12的边界17之间起到固定件或支撑作用。进一步可能的方案是，将支撑件11固定到夹持在法兰座4的外表面和内表面之间的绝缘子13上。
紧挨着开口5的边缘由法兰座4的内表面构成的外导体的第一段，及紧挨圆盘10由支撑件11的外表面构成的内导体的第一段也可以是锥形倾斜的。作为一个良好性能的过渡导体，最重要的是外导体的第一段和内导体的第一段的倾斜度是这样选定的，使在由这两个段所形成的第一段中的过渡导体的波阻与共轴电缆的波阻相匹配。

Claims (14)

1.用于测量气体绝缘金属全封闭高压设备中的局部放电的装置，在金属外壳(1)的内表面至少装有一环形间隙天线(6)，其环形间隙(9)由一平板式电极(10)所确定，该天线电气绝缘地安装在金属外壳(1)的一个开口(5)中，该开口(5)为法兰座(4)所设置，带有一引导到测量装置的同轴测量电缆(7)，和一连接该环形间隙天线(6)和同轴电缆(7)的逐渐变细的过渡导体(8)，它包括一支撑该电极并且引至测量电缆(7)的屏蔽导体(14)的内导体和一引至测量电缆(7)的屏蔽(15)的外导体，其特征在于，法兰座(4)在开口(5)和由其支持的法兰(16)之间呈漏斗形变细，其内表面构成过渡导体(8)的外导体的第一段。
2.根据权利要求1的局部放电测量装置，其特征在于：外导体的第一段和由支撑件(11)的外表面构成的内导体的第一段沿过渡导体(8)的方向呈近似圆弧形弯曲。
3.根据权利要求2的局部放电测量装置，其特征在于：外导体的第一段的曲率半径(Ri)和内导体的第一段的曲率半径(Ra)是这样选定的，使得在由这两个段构成的过渡导体第一段上的波阻与同轴电缆(7)的波阻相匹配。
4.根据权利要求1的局部放电测量装置，.其特征在于：外导体的第一段和由支撑件外表面构成的内导体的第一段沿过渡导体(8)的方向呈锥形倾斜。
5.根据权利要求4的局部放电测量装置，其特征在于：外导体的第一段和内导体的第一段的倾斜度是这样选定的，使得在一由这两个段构成的过渡导体(8)第一段中的波阻与同轴电缆(7)的波阻相匹配。
6.根据权利要求2-5中之一的局部放电测量装置，其特征在于，支撑件(11)电气绝缘地固定在可装到法兰座(4)上的金属外壳(1)的顶盖(12)上。
7.根据权利要求2-5中之一的局部放电测量装置，其特征在于，支撑件(11)固定在一个夹持在法兰座(4)的外表面和内表面之间的绝缘子上。
8.根据权利要求6的局部放电测量装置，其特征在于，法兰顶盖(12)具有一凹槽，该凹槽有一构成外导体的第二段的边界(17)，并且用于容纳支撑支撑件(11)的绝缘子(13)。
9.根据权利要求8的局部放电测量装置，其特征在于，绝缘子(13)至少部分为一中空圆柱体，它的外侧表面紧靠在构成外导体的第二段的边界(17)上，它的内表面紧靠在由支撑件(11)构成的内导体的第二段的外表面上。
10.根据权利要求9的局部放电测量装置，其特征在于，外导体的第二段的半径(R2)和内导体的第二段的半径(R1)是这样选定的，使得在一由外导体的第二段、内导体的第二段和由绝缘子(13)限定的的过渡导体(8)第二段中波阻与同轴电缆(7)的波阻相匹配。
11.根据权利要求8的局部放电测量装置，其特征在于，绝缘子(13)至少部分为中空的截锥形状，包括一个沿测量电缆(7)方向倾斜的锥形外表面(18)和一个沿相同方向更加倾斜的锥形内表面(19)，锥形外表面(18)靠在构成外导体的第二段的边界(17)上，其锥形内表面贴靠在构成内导体的第二段的支撑件(11)的外表面上。
12.根据权利要求11的局部放电测量装置，其特征在于，外导体的第二段的倾斜度和内导体的第二段的倾斜度是这样选定的，使得在一个由外导体的第二段、内导体的第二段和由绝缘子(13)所限定的过渡导体(8)第二段中的波阻与同轴电缆(7)的波阻相匹配。
13.根据权利要求9-12中之一的局部放电测量装置，其特征在于，构成内导体的支撑件(11)的直径在过渡处逐渐变细变成过渡导体的第二段。
14.根据权利要求6-8之一的局部放电测量装置，其特征在于，绝缘子带有装在支撑件和法兰顶盖的边界之间的固定件或固定杆。
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