CN210775662U - 容性设备及容性设备绝缘参数的监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种容性设备及容性设备绝缘参数的监测装置，容性设备其包括设置在容性设备内的主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4，主绝缘电容C1和电容C2串联后的两端连接在容性设备的高压端和接地端之间，参考电压电容C3和电容C4串联后的两端连接在容性设备的高压端和接地端之间，所述电容C2与主绝缘电容C1相连的一端为电流信号输出端，电容C4与参考电压电容C3相连的一端为电压信号输出端，提高了容性设备绝缘参数测量的准确性，无需增加额外的电流互感器，无需采用信号线缆连接至电压互感器获取电压信号；容性设备绝缘参数的监测装置用于监测所述容性设备。

Description

容性设备及容性设备绝缘参数的监测装置

技术领域

本发明涉及高压电器领域，具体涉及一种容性设备以及一种容性设备绝缘参数的监测装置。

背景技术

电力***中，容性设备是指某些绝缘结构可视为一组串联电容的设备，其变电站中占有较大比重，包括套管、避雷器、电流互感器(CT)、电压互感器(PT)、电缆终端及电缆中间头等。容性设备在运行过程中，其绝缘介质要承受热、电、化学、机械等多种因素的作用，设备绝缘不可避免地发生劣化，严重时可能导致绝缘功能的丧失，从而引发设备故障，甚至引发电网事故。

容性设备绝缘状态可以通过检测该设备的介质损耗及电容量变化来判断。容性设备的绝缘测试可以分为离线式及在线式。

其中离线测试时采用介损仪进行测试，该测试设备测量精度高，是最为常用的测试方法，但是其测试回路不适于在设备运行过程中对容性设备的绝缘状态进行检测。

在线监测方式中采用高灵敏度的电流互感器耦合容性设备的接地电流，并从电压互感器(PT)二次侧获取施加在该设备上电压，从而计算被测容性设备的电容量及介质损耗。采用PT获取电压，需采用信号电缆连接PT输出至设备安装位置，信号线缆一般较长，现场需要布线，且容易引入干扰。同时电流互感器、PT的稳定性会影响介质损耗测量的准确度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种容性设备，通过电容C2和电容C4，可分别输出用于容性设备绝缘参数监测的电流信号和电压信号，信号精准性好。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种容性设备，其包括设置在容性设备内的主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4，主绝缘电容C1和电容C2串联后的两端连接在容性设备的高压端和接地端之间，参考电压电容C3和电容C4串联后的两端连接在容性设备的高压端和接地端之间，所述电容C2与主绝缘电容C1相连的一端为电流信号输出端，电容C4与参考电压电容C3相连的一端为电压信号输出端。

优选的，包括绝缘芯体，所述绝缘芯体内嵌设有与绝缘层交替设置的多个电容屏，所述的主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4均嵌设在绝缘芯体内，均由嵌设在绝缘芯体内的多个电容屏构成。

优选的，所述容性设备上设有电流信号接口和电压信号接口；主绝缘电容C1和电容C2之间的电流信号输出端与电流信号接口连接；参考电压电容C3和电容C4之间的电压信号输出端与电压信号接口连接。

优选的，所述主绝缘电容C1是由直径逐渐加大的与绝缘层交替设置的多个同轴电容屏组成，所述电容C2是设置在主绝缘电容C1的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成；所述参考电压电容C3沿轴向从容性设备的高压端到接地端绕制或敷设在对应的主绝缘电容C1的电容屏外的一组相互绝缘又相互叠套的电容屏组成，所述电容C4由绕制在参考电容C3的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成。

优选的，所述容性设备为套管、避雷器、电流互感器、电压互感器、电缆终端或电缆中间头。

优选的，所述绝缘芯体，以浸环氧树脂的玻璃丝作为绝缘层，半导电带或金属带作为电容屏，采用绝缘层和电容屏交替绕制的方式形成。

优选的，所述容性设备为套管，套管包括导体，所述绝缘芯体设置在导体外，绝缘芯体两端分别设有上法兰和下法兰，绝缘芯体中部外套设有安装法兰；所述主绝缘电容C1是由直径逐渐加大且长度逐渐变短的与绝缘层交替设置的多个同轴电容屏组成，所述电容C2是设置在主绝缘电容C1的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成；所述参考电压电容C3沿轴向从上法兰的一端到安装法兰的接地端设置在对应的主绝缘电容C1的电容屏外的一组相互绝缘又相互叠套的电容屏组成，所述电容C4由绕制在参考电容C3的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成。

优选的，所述套管的安装法兰上设有电流信号接口和电压信号接口；所述主绝缘电容C1的最内侧的首个电容屏与导体电连接等电位，主绝缘电容C1和电容C2之间的电流信号输出端与电流信号接口连接，电容C2的最外侧的电容屏与接地端相连；所述参考电压电容C3的最内侧的首个电容屏与导1电连接，参考电压电容C3和电容C4之间的电压信号输出端与电压信号接口连接，电容C4的另一端与接地端相连。

优选的，所述容性设备为避雷器，避雷器包括多块阀片和套设在多块阀片外的绝缘芯体；所述主绝缘电容C1和电容C2由避雷器的多块阀片构成，所述的参考电压电容C3和电容C4设置在绝缘芯体内部，由绝缘芯体内与绝缘层交替设置的多个电容屏构成。

优选的，所述主绝缘电容C1由多块阀片依次堆叠而成，电容C2由堆叠在主绝缘电容C1的多块阀片下方的至少一片阀片组成。

优选的，所述参考电压电容C3是由绝缘芯体的一端至另一端设置的一串相互绝缘又相互叠套的电容屏组成；所述电容C4是由设置在参考电压电容C3的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成。

优选的，所述绝缘芯体的两端设有避雷器进线端子和避雷器底座，所述避雷器底座接地且避雷器底座上设有电流信号接口和电压信号接口；避雷器进线端子与主绝缘电容C1上端的阀片连接，电容C2的阀片的上端面与电流信号接口相连，电容C2的阀片通过避雷器底座接地；参考电压电容C3最内侧的电容屏与避雷器进线端子电连接等电位，参考电压电容C3和电容C4相连的一端与电压信号接口相连，电容C4最外侧的电容屏通过避雷器底座接地。

还提供一种容性设备绝缘参数的监测装置，其测量结果精准，适用于容性设备绝缘参数的离线监测和在线监测。

本发明的一种容性设备绝缘参数的监测装置，用于监测容性设备，其包括电流取样单元、电压取样单元和容性设备绝缘参数测量设备；所述的电流取样单元与所述的容性设备的电流信号输出端连接，所述的电压取样单元与所述的容性设备的电压信号输出端连接，电流取样单元的输出端和电压取样单元的输出端分别与容性设备绝缘参数测量设备相连。

优选的，通过电流取样单元和电压取样单元采集的容性设备的信号，监测容性设备的介质损耗、和或电容量、和或全电流、和或容性电流和或阻性电流。

优选的，所述电流取样单元的输出端和电压取样单元的输出端集成在容性设备绝缘参数测量设备内。

优选的，所述电流取样单元为阻性元件且电流取样单元的输入阻抗小于电容C2的阻抗，电压取样单元为容性元件且电压取样单元的输入阻抗大于电容C4的阻抗。

优选的，所述容性设备绝缘参数测量设备接收电流取样单元和电压取样单元的输出信号后，进行以下运算：

所述电流取样单元的输出信号为：U0；

I＝U0/Z1；

所述电流取样单元的输出信号U0与泄漏电流I之间的相位偏移参数为：Δθ0＝θU0-θi；

其中，U0为电流取样单元的输出信号，I为主绝缘电容C1上产生的泄漏电流；Z1为电流取样单元的输入阻抗；θU0为电流取样单元的输出信号的初始相位；θi为I的初始相位；

所述电压取样单元的输出信号为：U1；

U＝U1/K；

所述电压取样单元的输出信号与母线电压的相位偏移参数为：

Δθ1＝θU-θU1；

其中，U1为电压信号输出端的输出信号，U为母线电压；K为电压取样单元的阻抗电压变换系数；θU为母线电压的初始相位；θU1为电压取样单元的输出信号的初始相位；

所述泄漏电流I与母线电压U之间的相位差为：

ΔθiU＝θi-θU＝θi-θU1-Δθ0-Δθ1；

所述容性设备的介质损耗为：tanδ＝tan(90-ΔθiU)；

所述容性设备的主绝缘电容C1的电容量为：

所述容性设备的阻性电流为：Ir＝I*sin(90-ΔθiU)；

所述容性设备的容性电流为：Ic＝I*cos(90-ΔθiU)；

其中，f为母线电压的频率；

所述全电流即为检测到的泄漏电流I。

本发明的容性设备，在容性设备内形成至少4个电容，即主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4，其电容C2与主绝缘电容C1相连的一端为电流信号输出端，电容C4与参考电压电容C3相连的一端为电压信号输出端，使容性设备的电流信号、电压信号均采集于容性设备的内部，一致性好，无需增加额外的电流互感器，无需从电压互感器获取电压信号，而且与现有技术的使用耦合元件(例如电流互感器、电压互感器)采集电流信号、电压信号相比，本发明的输出的电流信号、电压信号更加精准，而且不会受外部环境影响(或者受外部环境影响更小)，而且避免了耦合元件的自身误差及稳定性对于测量结果的影响，同时简化了设备的现场安装，能使得本发明的容性设备绝缘参数受到更加精准的监测，保证了容性设备的可靠稳定运行。本发明的容性设备可以为套管、避雷器、电流互感器(CT)、电压互感器(PT)、电缆终端及电缆中间头等，具有电容分压绝缘结构的设备。此外，本发明的容性设备用于采集电流信号、电压信号的4个电容，利用的是现有容性设备的电容，例如容性设备为套管时，主绝缘电容C1是套管本身就具有的用于绝缘分压的主绝缘电容C1，同时取到绝缘分压的信号采集的作用，参考电压电容C3是用于屏蔽外部干扰信号的屏蔽电容，同时取到屏蔽干扰信号和采集信号的作用。例如容性设备为避雷器时，主绝缘电容C1和电容C2均采用的是避雷器的阀片。

本发明的容性设备绝缘参数的监测装置，与现有的采用信号耦合测量容性设备绝缘参数的方式相比，可在不改变容性设备运行方式的前提下，提高了容性设备绝缘参数测量的准确性，无需增加额外的电流互感器，无需采用信号线缆连接至电压互感器获取电压信号，有效避免了现有技术中的信号耦合电流互感器、电压互感器误差及性能对测量结果的影响，适用于容性设备绝缘参数的离线监测和在线监测；而且所述电流取样单元采集的电流信号、电压取样单元采集的电压信号均来自容性设备内部，避免或显著减小外部干扰，一致性高，有利于进一步提高监测结果的准确性。

附图说明

图1是本发明套管的的内部结构示意图；

图2是本发明套管的结构示意图，至少示出了主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3、电容C4分别与电流信号接口、接地信号接口和电压信号接口的连接关系；

图3是本发明图3的A部分的放大结构示意图；

图4是本发明避雷器的结构示意图，至少示出了避雷器的外部结构；

图5是本发明避雷器的内部结构示意图；

图6是本发明图6的B部分的放大结构示意图；

图7是本发明容性设备绝缘参数的监测装置的电路结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图1-7给出的实施例，进一步说明本发明的容性设备的具体实施方式。本发明的容性设备不限于以下实施例的描述。

本发明的容性设备，其包括设置在容性设备内的主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4，主绝缘电容C1和电容C2串联后的两端连接在容性设备的高压端和接地端之间，参考电压电容C3和电容C4串联后的两端连接在容性设备的高压端和接地端之间，即主绝缘电容C1和电容C2串联后的两端与参考电压电容C3和电容C4串联后的两端并联，所述电容C2与主绝缘电容C1相连的一端为电流信号输出端，电容C4与参考电压电容C3相连的一端为电压信号输出端，电流信号输出端和电压信号输出端输出的信号可用于与容性设备的监测，实现容性设备介质损耗、电容量、全电流、容性电流、阻性电流的在线监测。

本发明的容性设备，在容性设备内形成至少4个电容，即主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4，其电容C2与主绝缘电容C1相连的一端为电流信号输出端，电容C4与参考电压电容C3相连的一端为电压信号输出端，使容性设备的电流信号、电压信号均采集于容性设备的内部，一致性好，无需在容性设备外套设线圈，或设置额外的电流互感器，无需采用信号线缆连接至从电压互感器获取电压信号，而且与现有技术的使用耦合元件(例如电流互感器、电压互感器)采集电流信号、电压信号相比，本发明的输出的电流信号、电压信号更加精准，而且不会受外部环境影响(或者受外部环境影响更小)，而且避免了耦合元件的自身误差及稳定性对于测量结果的影响，同时简化了设备的现场安装，能使得本发明的容性设备受到更加精准的监测，保证了容性设备的可靠稳定运行。

具体的，主绝缘电容C1和电容C2串联构成电流信号采样电容组，参考电压电容C3和电容C4串联构成电压信号采样电容组，电流信号采样电容组和电压信号采样电容组并联在容性设备的高压端(母线电压U)和接地端(接地GND)之间，所述电容C2与主绝缘电容C1相连的一端为电流信号输出端，电容C4与参考电压电容C3相连的一端为电压信号输出端，通常电容C2的电容量需远大于主绝缘电容C1的电容量，电容C4的电容量远大于参考电压电容C3的电容量。

优选的，所述容性设备上设有与高压端连接的接线端子，接地端，电流信号接口210和电压信号接口230；所述电流信号采样电容组和电压信号采样电容组并联在并联在高压接线端子和接地端之间。所述电容C2的电流信号输出端与电流信号接口210相连，电容C2的另一端与接地端相连；所述电容C4的电压信号输出端与电压信号接口230相连，电容C4的另一端与接地端相连。所述的接地端可以设置单独的接地信号接口220，或者无需设置接地信号接口220，直接连接至容性设备的安装法兰或者金属壳体作为接地端。电流信号接口210和电压信号接口230通常设置在容性设备的安装法兰上，也可以在安装法兰上设置单独的接地接口线220。当然电流信号接口210和电压信号接口230也可以根据需要设置在绝缘外壳或其它便于接线的位置。本发明的容性设备，其电流信号接口210、接地信号接口220和电压信号接口230，有利于简化容性设备的接线操作。

本发明的容性设备可以为套管、避雷器、电流互感器(CT)、电压互感器(PT)、电缆终端及电缆中间头等，具有电容分压绝缘结构的设备。一种优选的方案是，容性设备包括绝缘芯体，绝缘芯体内嵌设有与绝缘层交替设置的多个电容屏，所述的主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4均嵌设在绝缘芯体内，均由嵌设在绝缘芯体内的多个电容屏构成。一种优选的方案是绝缘芯体，采用浸环氧树脂的玻璃丝作为绝缘层，半导电带或金属带作为电容屏，采用绝缘层和电容屏交替绕制形成套筒型的绝缘芯体。

优选的，所述主绝缘电容C1是由直径逐渐加大的与绝缘层交替设置的多个同轴电容屏组成，起到绝缘分压的作用；所述电容C2是设置在主绝缘电容C1的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成，或者；所述参考电压电容C3沿轴向从高压端的接线端子到接地端绕制或敷设在对应的主绝缘电容C1的电容屏外的一组相互绝缘又相互叠套的电容屏组成，同时起到屏蔽干扰信号的作用；所述电容C4由绕制在参考电容C3的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成。当然，所述电容C2也可以为主绝缘电容C1的电容抽头，即主绝缘电容C1的倒数第2个屏接出的电容抽头，由主绝缘电容C1的最后两个电容屏(或倒数几个屏)形成电容C2；同理，所述电容C4也可以为参考电压电容C3的电容抽头。

以下将结合图1-3，以套管为例，对本发明的容性设备作进一步说明。

如图1-3所示，所述容性设备为套管，套管包括导体1和包敷在导体1外的绝缘芯体，绝缘芯体内设有主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4，绝缘芯体外设有绝缘外护套。主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4均设置在绝缘芯体内部，由绝缘芯体内与绝缘层交替设置的多个电容屏构成。

优选的，如图1所示，所述套管还包括进线端子10、出线端子11、上法兰12、下法兰13、安装法兰15；绝缘芯体设置在导体1外，绝缘芯体两端分别设有上法兰12和下法兰13，绝缘芯体中部外套设有安装法兰15，绝缘芯***于安装法兰15的上侧还套设有紧密压接的绝缘外护套，所述进线端子10与导线1连接设置在上法兰12一端，出线端子11与导线1连接设置在下法兰13一端。优选的，所述绝缘外护套为硅橡胶伞裙14，所述上法兰12为蒋军座，所述下法兰13为均压球。

如图1所示，所述主绝缘电容C1是由直径逐渐加大且长度逐渐变短的与绝缘层交替设置的多个同轴电容屏组成，主绝缘电容C1起到分压绝缘的核心作用；所述电容C2是由绕制在主绝缘电容C1的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成，电容C2的电容量远大于主绝缘电容C1的电容。在绝缘芯体内设置主绝缘电容C1、电容C2提取监测信号，这属于现有技术，在此不再过多赘述。

本发明的改进点主要在于，在绝缘芯体内增加设置了参考电压电容C3和电容C4。优选的，所述参考电压电容C3是在制作主绝缘电容C1的同时，沿轴向从上法兰的一端到安装法兰15的接地端绕制或敷设的一串相互绝缘又相互叠套的电容屏组成，参考电压电容C3的电容屏绕制或敷设在对应的主绝缘电容C1的电容屏外部，沿轴向从高压端的接线端子不断偏移且相互叠套；所述电容C4是由绕制在参考电容C3的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成，参考电容C3起到屏蔽干扰信号的作用，电容C4的电容量远大于参考电容C3的电容。当然参考电容C3也可以采用其它的设置方法，即可能不取到屏蔽作用的其它绕制方法，如绕制在主绝缘电容C1外的一组同轴的电容屏构成，这仍属于本发明的保护范围。

具体的，如图1所示方向，所述参考电压电容C3的电容屏从绝缘芯体上端向下端与绝缘层交替绕制或敷设在主绝缘电容C1外部，相邻电容屏之间彼此绝缘且相互叠套，而且参考电压电容C3的多个电容屏从上而下沿导体1的轴向依次向下偏移，即相邻的两个电容屏中，位于上方的电容屏的下端位于下方的电容屏内，位于上方的电容屏的下端与位于下方的电容屏的上端叠套在一起。

优选的，所述电容C2为主绝缘电容C1的电容抽头，即主绝缘电容C1的倒数第2个屏(或倒数几个屏)接出的电容抽头，由主绝缘电容C1的最后两个电容屏(或倒数几个屏)形成电容C2；或者电容C2为与主绝缘电容C1串联的独立电容，由主绝缘电容C1外单独绕制的多个电容屏并联组成。所述电容C4为参考电压电容C3的电容抽头，即参考电压电容C3的倒数第2个屏(或倒数几个屏)接出的电容抽头，由参考电压电容C3的最后两个电容屏(或倒数几个屏)形成电容C4，或者电容C4为与参考电压电容C3串联的独立电容，电容C4由在参考电压电容C3外单独绕制的多个电容屏并联组成。所述电容C2是主绝缘电容C1的电容抽头，电容C4是参考电压电容C3的电容抽头，有利于简化本发明容性设备的生产工艺和操作，提高生产效率。电容C2或电容C4采用独立绕制电容的结构，便于根据需要对输出的电流信号和电压信号进行调节。

优选的，如图1-3所示，所述套管的安装法兰15上设有电流信号接口210、接地信号接口220和电压信号接口230；电容C2由主绝缘电容C1外与绝缘层交替绕制的多个电容屏构成的电容并联组成，电容C4由参考电压电容C3外与绝缘层交替绕制的多个电容屏构成的电容并联组成；所述主绝缘电容C1的最内侧的首个电容屏与导体1电连接等电位，主绝缘电容C1的最外侧的电容屏和电容C2的一端通过电流信号线21与电流信号接口210相连，电容C2的最外侧的电容屏通过接地线22与接地信号接口220相连。由于电容C2由多个电容屏构成的电容并联组成，实际连接时，电容C2的多个电容屏依次交替与电流信号线21和接地线22连接实现并联(即在电容C2中，与电流信号线21相连的电容屏为第一种电容屏，与接地线22相连的电容屏为第二种电容屏，第一种电容屏和第二种电容屏依次交替设置)。

所述参考电压电容C3的最内侧的首个电容屏与导体1电连接，参考电压电容C3的最外侧的电容屏和电容C4的一端通过电压信号线23与电压信号接口230相连，电容C4的另一端通过接地线22与接地信号接口220相连。实际连接时电容C4的多个电容屏依次交替与电压信号线23和接地线22连接实现并联(即在电容C4中，与电压信号线相连的电容屏为第三种电容屏，与接地线22相连的电容屏为第四种电容屏，第三种电容屏与第四种电容屏依次交替设置)。

优选的，所述套管的绝缘芯体，以浸环氧树脂的玻璃丝作为绝缘层，半导电带或金属带作为电容屏，采用绝缘层和电容屏交替绕制在导体1上形成。当然，也可以采用模具，嵌入玻璃丝、电容屏，然后浇注环氧树脂的方式形成。

本发明的容性设备可以为套管、避雷器、电流互感器(CT)、电压互感器(PT)、电缆终端及电缆中间头等，具有电容分压绝缘结构的绝缘芯体的设备。当然不同的容性设备，其主绝缘电容C1的电容屏的布局可能不同。

以下将结合图4-6，以避雷器为例，对本发明的容性设备作进一步说明。

如图4-6所示，所述容性设备为避雷器，避雷器包括多块阀片和套设在多块阀片外的绝缘芯体，绝缘芯体两端设有避雷器进线端子10a和避雷器底座11a，避雷器进线端子10a为高压端，避雷器底座11a接地为接地端，在绝缘芯体套设有硅橡胶伞裙护套14a。在避雷器的绝缘芯体以内设有主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4。一种实施例为，与实施例一的套管类似，所述主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4均设置在绝缘芯体内部，由绝缘芯体内与绝缘层交替设置的多个电容屏构成。

如图5所示，本实施例的一种优选方案，所述主绝缘电容C1和电容C2由避雷器的多块阀片构成，所述的参考电压电容C3和电容C4设置在绝缘芯体内部，由绝缘芯体内与绝缘层交替设置的多个电容屏构成。

所述主绝缘电容C1由多块阀片依次堆叠而成，主绝缘电容C1为阀片电容；电容C2由堆叠在主绝缘电容C1的多块阀片下方的至少一片阀片组成，主绝缘电容C1和电容C2串联。在图5中，所述电容C2由设置在主绝缘电容C1和避雷器底座11a之间的一片阀片组成，电容C2的阀片通过电流线号线21与电流信号接口210连接，电容C2的阀片作为电流信号输出端，所述多块阀片取到防止高瞬态过电压危害的作用，同时起到电流采样的作用，电容C2的电容量远大于参考电压电容C1。

所述参考电压电容C3是由绝缘芯体的靠近高压端的避雷器进线端子10a的一端至另一端的接地端绕制或敷设的一串相互绝缘又相互叠套的电容屏组成，参考电压电容C3的电容屏沿主绝缘电容C1的轴向从避雷器进线端子10a向避雷器底座11a不断的偏移且相互叠套，参考电压电容C3为分压阀片电容，与主绝缘电容C1并联同时也取到提高避雷器性能的作用；所述电容C4是由设置在参考电压电容C3的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成，电容C4的电容量远大于参考电压电容C3。当然，参考电压电容C3也可以采用其它的结构绕制，C4也可以采用参考电压电容C3倒数第二屏用导线接出电容抽头作为电流信号接口210。

具体的，如图4-6所示，所述避雷器进线端子10a和避雷器底座11a分别设置在绝缘芯体的上端和下端，所述避雷器底座11a接地且避雷器底座11a上设有电流信号接口210和电压信号接口230；避雷器进线端子10a与主绝缘电容C1上端的阀片连接，电容C2的阀片的上端面通过电流线号线21与电流信号接口210相连，电容C2的阀片通过避雷器底座11a接地。

所述参考电压电容C3的电容屏沿绝缘芯体的轴向，从绝缘芯体上端向下端，依次向下偏移且相互叠套、绝缘；所述电容C2设置在主绝缘电容C1和避雷器底座11a之间；所述电容C4绕制在参考电压电容C3下端外侧且位于电容C2上方。参考电压电容C3最内侧的电容屏与避雷器进线端子10a电连接等电位，参考电压电容C3和电容C4相连的一端通过电压信号线23与电压信号接口230相连，电容C4最外侧的电容屏通过避雷器底座11a接地。

如图4和5所示，所述避雷器还包括均压罩12a和紧压弹簧16a，均压罩12a设置在避雷器进线端子10a和绝缘芯体之间，绝缘芯体外紧密套设有硅橡胶伞裙护套14a，均压罩12a一端与避雷器进线端子10a相连，另一端与硅橡胶伞裙护套14a相连，压紧弹簧16a设置在均压罩12a和主绝缘电容C1的阀片之间，将主绝缘电容C1的阀片压紧在避雷器底座11a上。

优选的，所述避雷器的绝缘芯体，以浸环氧树脂的玻璃丝作为绝缘层，半导电带或金属带作为电容屏，采用绝缘层和电容屏交替绕制而成。

本发明还公开一种容性设备绝缘参数的监测装置，其用于监测本发明的容性设备。

如图7所示，本发明的容性设备绝缘参数的监测装置，其包括电流取样单元3、电压取样单元4和容性设备绝缘参数测量设备5；所述的电流取样单元3与所述的容性设备的电流信号输出端连接，所述的电压取样单元4与所述的容性设备的电压信号输出端连接，电流取样单元3的输出端和电压取样单元4的输出端分别与容性设备绝缘参数测量设备5相连。进一步优选的方案，电流取样单元3的输出端和电压取样单元4的输出端集成在容性设备绝缘参数测量设备5内，通过导线与容性设备连接。

本发明的容性设备绝缘参数的监测装置，与现有的采用信号耦合测量容性设备绝缘参数的方式相比，可在不改变容性设备运行方式的前提下，提高了容性设备绝缘参数测量的准确性，无需增加额外的电流互感器，无需采用信号线缆连接至变电站的电压互感器获取电压信号，有效避免了现有技术中的信号耦合电流互感器、电压互感器误差及性能对测量结果的影响，适用于容性设备绝缘参数的在线监测；而且所述电流取样单元采集的电流信号、电压取样单元采集的电压信号均来自容性设备内部，避免或显著减小外部干扰，一致性高，有利于进一步提高监测结果的准确性。

具体的，如图7所示，本发明的容性设备绝缘参数的监测装置，能够用于容性设备的在线监测，使用时容性设备的高压端连接到高压的母线，其电压为母线电压U，接地端接地GND。所述容性设备包括主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4，主绝缘电容C1和参考电压电容C3并联在母线电压U和接地GND之间，电容C2串接在主绝缘电容C1和接地GND之间，泄露电流I是在主绝缘电容C1施加母线电压U产生的电流，经C2流入接地GND，电容C4串接在参考电压电容C3和接地GND之间；电流取样单元3的一个输入端与主绝缘电容C1和电容C2之间的电流信号输出端连接，另一个输入端与接地端连接；电压取样单元4的一个输入端与参考电压电容C3和电容C4之间的电压信号输出端连接，另一个输入端与接地端连接，接地端可以直接连接至容性设备的法兰上接地或者通过电流取样单元及电压取样单元接地，即所述电容C2的两端分别与电流取样单元3的输入端相连，电容C4的两端分别与电压取样单元4的输入端相连。电流取样单元3的输出端、电压取样单元4的输出端分别与容性设备绝缘参数测量设备5相连。所述的容性设备绝缘参数测量设备5，通过信号电缆与容性设备绝缘参数测量设备连接，基于电流取样信号和电压取样信号，实现容性设备介质损耗、和或电容量、和或全电流、和或容性电流、和或阻性电流的计算。

优选的，所述电流取样单元3为阻性元件且电流取样单元3的输入阻抗远小于电容C2的阻抗，如电流取样单元3包括取样电阻，电压取样单元4为容性元件且电压取样单元4的输入阻抗远大于电容C4的阻抗，如电压取样单元4包括取样电容。进一步的，所述电流取样单元3的输入阻抗远小于电容C2的阻抗；所述电压取样单元4的输入阻抗远大于电容C4的阻抗。进一步优选的，所述电流取样单元3的输入阻抗为电容C2的阻抗的的0.5％-1.5％，优选1％；所述电压取样单元4的输入阻抗为电容C4的阻抗的50-150倍，优选为100倍。所述电流取样单元3的输出信号与主绝缘电容C1的泄漏电流I之间没有相位移，或者具有稳定的相位偏移参数；所述电压取样单元4的输出信号与母线电压U之间没有相位移，或者具有稳定的相位偏移参数。

优选的，所述容性设备绝缘参数测量设备5接收电流取样单元3和电压取样单元4的输出信号后，进行以下运算，即可算出包括介质损耗、和或电容量、和或全电流、和或容性电流和或阻性电流：

所述电流取样单元的输出信号为：U0；

I＝U0/Z1；

所述电流取样单元的输出信号与主绝缘电容C1的泄漏电流I之间的相位偏移参数为：Δθ0＝θU0-θi；

其中，U0为电流取样单元的输出信号，I为主绝缘电容C1上施加母线电压U产生的泄漏电流；Z1为电流取样单元的输入阻抗，为已知值；θU0为电流取样单元的输出信号的初始相位；θi为I的初始相位；

所述电压取样单元的输出信号为：U1；

U＝U1/K；

所述电压取样单元的输出信号与母线电压的相位偏移参数为：

Δθ1＝θU-θU1；

其中，U1为容性设备的电压信号输出端的输出信号，U为母线电压；K为电压取样单元的阻抗电压变换系数，为已知值；θU为母线电压的初始相位；θU1为电压取样单元的输出信号的初始相位；

所述主绝缘电容C1的泄漏电流I与母线电压U之间的相位差为：

ΔθiU＝θi-θU＝θi-θU1-Δθ0-Δθ1；

所述容性设备的介质损耗为：tanδ＝tan(90-ΔθiU)；

所述容性设备的主绝缘电容C1的电容量为：

所述容性设备的阻性电流为：Ir＝I*sin(90-ΔθiU)；

所述容性设备的容性电流为：Ic＝I*cos(90-ΔθiU)；

其中，f为电源信号频率，即母线电压的频率；

所述全电流即为检测到的泄漏电流I。

优选的，所述容性设备绝缘参数测量设备5包括分别与电流取样单元3和电压取样单元4相连的信号处理单元、数据分析单元、数据存储单元和用于将容性设备绝缘参数发送至客户端的输出传输单元。进一步的，所述数据分析单元可采用现有控制芯片通过软件方法实现，控制芯片为微处理器或单片机，或者数据分析单元通过硬件电路实现。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种容性设备，其特征在于，其包括设置在容性设备内的主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4，主绝缘电容C1和电容C2串联后的两端连接在容性设备的高压端和接地端之间，参考电压电容C3和电容C4串联后的两端连接在容性设备的高压端和接地端之间，所述电容C2与主绝缘电容C1相连的一端为电流信号输出端，电容C4与参考电压电容C3相连的一端为电压信号输出端。

2.根据权利要求1所述的容性设备，其特征在于：包括绝缘芯体，所述绝缘芯体内嵌设有与绝缘层交替设置的多个电容屏，所述的主绝缘电容C1、电容C2、参考电压电容C3和电容C4均嵌设在绝缘芯体内，均由嵌设在绝缘芯体内的多个电容屏构成。

3.根据权利要求1所述的容性设备，其特征在于：所述容性设备上设有电流信号接口(210)和电压信号接口(230)；主绝缘电容C1和电容C2之间的电流信号输出端与电流信号接口(210)连接；参考电压电容C3和电容C4之间的电压信号输出端与电压信号接口(230)连接。

4.根据权利要求2所述的容性设备，其特征在于：所述主绝缘电容C1是由直径逐渐加大的与绝缘层交替设置的多个同轴电容屏组成，所述电容C2是设置在主绝缘电容C1的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成；所述参考电压电容C3沿轴向从容性设备的高压端到接地端绕制或敷设在对应的主绝缘电容C1的电容屏外的一组相互绝缘又相互叠套的电容屏组成，所述电容C4由绕制在参考电容C3的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成。

5.根据权利要求1或2所述的容性设备，其特征在于：所述容性设备为套管、避雷器、电流互感器、电压互感器、电缆终端或电缆中间头。

6.根据权利要求2所述的容性设备，其特征在于：所述绝缘芯体，以浸环氧树脂的玻璃丝作为绝缘层，半导电带或金属带作为电容屏，采用绝缘层和电容屏交替绕制的方式形成。

7.根据权利要求2所述的容性设备，其特征在于：所述容性设备为套管，套管包括导体(1)，所述绝缘芯体设置在导体(1)外，绝缘芯体两端分别设有上法兰(12)和下法兰(13)，绝缘芯体中部外套设有安装法兰(15)；所述主绝缘电容C1是由直径逐渐加大且长度逐渐变短的与绝缘层交替设置的多个同轴电容屏组成，所述电容C2是设置在主绝缘电容C1的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成；所述参考电压电容C3沿轴向从上法兰(12)的一端到安装法兰(15)的接地端设置在对应的主绝缘电容C1的电容屏外的一组相互绝缘又相互叠套的电容屏组成，所述电容C4由绕制在参考电容C3的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成。

8.根据权利要求7所述的容性设备，其特征在于：所述套管的安装法兰(15)上设有电流信号接口(210)和电压信号接口(230)；所述主绝缘电容C1的最内侧的首个电容屏与导体(1)电连接等电位，主绝缘电容C1和电容C2之间的电流信号输出端与电流信号接口(210)连接，电容C2的最外侧的电容屏与接地端相连；所述参考电压电容C3的最内侧的首个电容屏与导体(1)电连接，参考电压电容C3和电容C4之间的电压信号输出端与电压信号接口(230)连接，电容C4的另一端与接地端相连。

9.根据权利要求1所述的容性设备，其特征在于：所述容性设备为避雷器，避雷器包括多块阀片和套设在多块阀片外的绝缘芯体；所述主绝缘电容C1和电容C2由避雷器的多块阀片构成，所述的参考电压电容C3和电容C4设置在绝缘芯体内部，由绝缘芯体内与绝缘层交替设置的多个电容屏构成。

10.根据权利要求9所述的容性设备，其特征在于：所述主绝缘电容C1由多块阀片依次堆叠而成，电容C2由堆叠在主绝缘电容C1的多块阀片下方的至少一片阀片组成。

11.根据权利要求10所述的容性设备，其特征在于：所述参考电压电容C3是由绝缘芯体的一端至另一端设置的一串相互绝缘又相互叠套的电容屏组成；所述电容C4是由设置在参考电压电容C3的最外侧的电容屏外的一组电容屏组成。

12.根据权利要求11所述的容性设备，其特征在于：所述绝缘芯体的两端设有避雷器进线端子(10a)和避雷器底座(11a)，所述避雷器底座(11a)接地且避雷器底座(11a)上设有电流信号接口(210)和电压信号接口(230)；避雷器进线端子(10a)与主绝缘电容C1上端的阀片连接，电容C2的阀片的上端面与电流信号接口(210)相连，电容C2的阀片通过避雷器底座(11a)接地；参考电压电容C3最内侧的电容屏与避雷器进线端子(10a)电连接等电位，参考电压电容C3和电容C4相连的一端与电压信号接口(230)相连，电容C4最外侧的电容屏通过避雷器底座(11a)接地。

13.一种容性设备绝缘参数的监测装置，其特征在于，用于监测权利要求1-12任意一项所述的容性设备，其包括电流取样单元(3)、电压取样单元(4)和容性设备绝缘参数测量设备(5)；所述的电流取样单元(3)与所述的容性设备的电流信号输出端连接，所述的电压取样单元(4)与所述的容性设备的电压信号输出端连接，电流取样单元(3)的输出端和电压取样单元(4)的输出端分别与容性设备绝缘参数测量设备(5)相连。

14.根据权利要求13所述的容性设备绝缘参数的监测装置，其特征在于：所述电流取样单元(3)的输出端和电压取样单元(4)的输出端集成在容性设备绝缘参数测量设备(5)内。

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