CN103201635A - 高压绝缘监测装置的部分放电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于高压绝缘监测装置(11;13)的部分放电传感器(11)，其包括壳体(15)以及位于壳体(15)中的用于测量要测试的高压系统(3;5)中的部分放电的测量电路(17)和具有一个电极(19B)连接到测量电路(17)并且另一个电极(19A;41)连接到被连接到要测试的系统的高压线(5)的第一高压导体(21;43)的耦合电容器(19)，其中它还包括位于壳体(15)中并包括校准电容器(25)的校准电路(23)，校准电容器具有一个电极(25B)连接到校准电路(23)并且另一个电极(25A;41)连接到被连接到高压线(5)的所述第一(21;41)或第二高压导体(27)。

Description

高压绝缘监测装置的部分放电传感器

技术领域

本发明涉及高压绝缘监测装置的部分放电传感器，具体地说但不只是用于测量电厂的大发电机的定子绕组中的部分放电。

背景技术

部分放电(PD)局部发生放电，其部分桥接导体之间的绝缘，特别是用在高压发电中。

当电场局部超过击穿强度时，它们是绝缘缺陷的结果。这种部分放电甚至可导致导体之间绝缘的进一步降级并且甚至击穿。

因此，需要监测高压系统中的部分放电以防止发电链中的功能失调和损坏。此外，它是有帮助的工具以便计划关断并维护设备或替换。

在产业中，在题为“High voltage Test Techniques-Partial Discharge measurements”(2000)的标准EN/IEC 60270中很好地描述了部分放电的测量。它描述了用于确定部分放电的电路的设计和校准。

重要的是要注意，在测量部分放电之前，需要校准测量系统以便达到所需的准确度。通常通过将脉冲注入到系统中并检测测量装置的响应进行校准。

传统校准装置仅能在发电机静止不动时线下使用，因为已知的装置不是抗高压的。

然而，在线和线下的操作条件彼此是相当不同的，其影响校准精确度。实际上，在操作期间，闭合将发电机连接到电网的主开关，并且由此电线更长了。这引起更大的线电容，并改变脉冲的传输特性。

由此，期望能够在发电机的正常操作期间校准高压绝缘监测装置。

EP2071342公开了一种便携式校准装置，其可在正常操作期间当经由电池实现电力供应并且经由光学接口进行远程控制时使用。

然而，它是改变电力激发链的高压几何形状的附加装置，并且由于电池供电，注入的脉冲相当小，并且操作时间受限。

本发明的目的是至少部分克服上面阐述的缺陷，具体地说，提出一种允许甚至在高压绝缘监测期间也在线校准的装置。

发明内容

本发明的一方面包含提供包含监测装置的传感器，其也可以用连接到电网的发电机校准。

这个和另外方面通过提供根据随附权利要求的部分放电传感器获得。

该传感器可单独或组合具有一个或多个如下可选特征：

-耦合电容器和校准电容器实现为一个双电容器；

-耦合电容器和校准电容器实现为两个单独电容器；

-测量电路包括信号传输线和用于操作测量电路的电功率，并且通过信号传输线给校准电路供电；

-可提供转换器供电电路，其可连接到测量装置并耦合到测量电容器的低压电极，以用于给校准电路供应必要的供电电压；

-校准电路包括连接在耦合电容与校准电路之间的脉冲发生器同步线；

-校准电路包含并联连接的两个支路，第一支路一方面连接到地而另一方面连接到开关单元，并且第二支路包括并联的电容器和信号发生器，第二支路的一端连接到地而另一端也连接到开关单元，开关单元连接到校准电容器；

-开关单元具有两个位置，第一位置将校准电容连接到第一支路，并且第二位置将校准电容连接到第二支路；

-串行通信信道可连接到测量装置，以用于调整脉冲的高度和序列和/或控制开关单元57。

附图说明

-图1是配备有部分放电传感器和部分放电分析器的高压发电链的示意表示；

-图2是根据第一实施例的部分放电传感器的示意表示；

-图3是根据第二实施例的部分放电传感器的示意表示；

-图4A和4B是根据第一实施例的部分放电传感器的双电容器的示意表示；

-图5是根据第三实施例的部分放电传感器的示意表示；

-图6A和6B是根据第二实施例的部分放电传感器的双电容器的示意表示；

-图7是根据第四实施例的部分放电传感器的示意表示；以及

-图8是根据第五实施例的部分放电传感器的示意表示。

具体实施方式

在所有图中，同样的元件具有相同的附图标记。

图1是高压发电链1的示意表示，其包括具有若干相但只有一个输出相的发电机3，并且表示了有关的高压母线管道5。

发电机3可由任何可用能源或能源(煤、燃料、燃气、核、蒸汽、水等)的组合馈电的未表示的涡轮机或引擎驱动。发电机可以是同步发电机，并且通常生成大于5kV的50-60Hz的备选电压。

母线管道5连接到开关单元7，其允许将发电机3从如下元件例如升压变压器并且最后从电网去耦。

部分放电传感器11连接到母线管道5，并且传感器11的输出连接到部分放电分析设备13。部分放电传感器11和部分放电分析设备13都是高压绝缘监测装置的一部分。其目的是具体地说监测发电机的定子绕组中的部分放电。这种监测允许防止由于在操作期间可发生的绝缘缺陷引起的功能失调。

在发电机3的正常操作中，并且当发电机3连接到电网时，母线管道5是高压线。

图2更详细示出了部分放电传感器11。

具体地说，部分放电传感器包括壳体15，其一方面定位用于测量要测试的高压系统（也就是发电机3）中的部分放电的测量电路17，以及具有一个电极连接到测量电路17并且另一电极连接到被连接到要测试的系统的高压线（母线管道5）的第一高压导体21的耦合电容器19。

传感器11还包括壳体15中的校准电路23和校准电容器25，所述校准电容器25具有一个电极连接到校准电路23并且另一个电极连接到被连接到高压线（母线管道5）的第二高压导体27。

为了给出电路实现的一些指导，校准电容器25大约是20pF，而耦合电容器19具有100pF的电容。

更详细地，测量电路17包括在一侧上连接到耦合电容器19而在另一侧上连接到地的例如具有100kΩ的高通电阻R_HP以及具有例如20kHz到10MHz通带并且在一侧上连接到耦合电容器19而在另一侧上连接到放大器31的带通BP。放大器31的输出是经由信号线33发送到部分放电分析设备13的电压信号。高通频率例如是f₀=16kHz。

校准电路23配置成发送出对应于预定义的电荷的限定形状的校准脉冲，并经由校准电容25耦合到高压系统。

因为电子电路23和17不处于高压电势，因此实现了经由信号线33的电力供应。

由此，本解决方案允许在操作期间校准高压绝缘监测装置。当校准电路23以及有关的耦合电容器25被集成到部分放电传感器11(其本身预先在安装中)的相同壳体15中时，不需要审查整个电力激发链的高压几何形状。此外，当经由信号传输线33实现校准电路23的电力供应时，关于注入到高压系统中的校准电荷存在相当更少的约束。

图3示出了部分放电传感器11的第二实施例，其不同于图2的实施例，仅由于如下事实：第二高压导体27在壳体15内连接到第一高压导体21。因此，仅有一个高压导体21连接到高压线（母线管道5），这意味着部分放电传感器11的安装与已经使用的那些相同。

如可在图2和3上看到的，耦合电容器19和校准电容器25是两个截然不同的电容器。

为了增加构造空间，预见将电容器19和25实现为一个构造单元，如例如在图4A和4B中示出的实现为双电容器单元35，图4A和4B是根据第一实施例的部分放电传感器的双电容器的示意表示。

双电容器35包括中空圆柱形绝缘体37，具体地说具有底部37A、圆柱侧壁37B、具有连接烟囱37D的顶壁37C。绝缘体可具有5mm的壁厚、5cm的高度和5cm的外直径，并且可由塑料合成物制成。

还示出了高压导体21和27，它们穿过烟囱37D并分别连接到耦合电容器19的高压部分电极19A和校准电容器25的25A。

这些电极19A和25A位于中空绝缘体37的内侧。在壁37A和37B的相对侧上，在绝缘体37的外侧上布置了连接到测量电路17的耦合电容器19的电极19B和连接到校准电路23的校准电容器25的电极25B。

更详细地，电极19A和19B的主要部分位于绝缘体的侧壁37B上，并且较小的脚部19F位于底壁37A的外围部分。

这也在图4B上清楚表示了，图4B是沿图4A上的箭头39看到的双电容器35的底端。

校准电容器25在电容方面更小。在目前情况下，电极25A和25B形如盘，并且位于圆柱形绝缘体37的底壁37A。

测量电容器19的电容通常是100pF，并且校准电容器的电容是20pF。

容易理解，双电容器的这个构造不需要比部分放电传感器的传统使用的耦合电容器更多或者至少不那么多的空间。

图4A和4B的配置例如用于图2的实施例。对于图3的实施例，高压导体21和27可在绝缘体37的中空体积内连接在一起，以便仅一个高压导体穿过烟囱37D连接到高压线（母线管道5）。

在图5中示出了根据第三实施例的部分放电传感器11的示意表示。

这个实施例不同于图3中示出的实施例，由于如下事实：在高压侧上，耦合电容器19和校准电容器25具有公共电极41。

可以在略微修改图4A中所示的双电容器35中实现这个实施例。

在是根据第二实施例的部分放电传感器的双电容器的示意表示的图6A和6B中示出了这种修改的双电容器35。

图6A中的双电容器35不同于图4A中所示的，仅由于如下事实：仅一个公共高压导体43代替导体21和27，并且绝缘体37的内侧上的高压电极19A和25A被联结以形成公共高压电极41。

即使具有公共电极41，以测量电容器19的电容通常是100pF并且校准电容器的电容是20pF的这种方式选择电极19B和25B的表面。

这种构造甚至更容易实现，并且允许部分放电的线校准和测量上的非常高的性能。

在图7中更详细图示了具有其校准电容器25的校准电路23的示例。

电路23包括具有并联连接的两个支路53、55的脉冲发生器，第一支路53一方面连接到地而另一方面连接到开关单元57，并且第二支路55包括并联的具有大约1nF的电容的电容器59和信号发生器61，第二支路55的一端连接到地而另一端也连接到开关单元57。开关单元57经由大约100Ω的欧姆电阻63连接到校准电容器25的电极25B。信号发生器61可生成从1V到200V的阶跃信号或斜坡信号。

同步线65在一侧上连接到测量电路17再到耦合电容19的电极19B，而在另一侧上在低通滤波器67(用于诸如例如50或60Hz的电网频率)之后连接到同步外部输出、信号发生器61和开关单元57。

这个同步信号允许例如以开关单元57按照由发电机3产生的备选电压的周期开关10-100次的方式来协调校准电路23的脉冲注入。

开关单元57具有两个位置，第一位置将校准电容25连接到第一支路53，并且第二位置将校准电容25连接到第二支路55。

电路以通过电压发生器61将电容器59充电到某一电压例如100V的这种方式工作。通过开关单元57，当在第二位置时，生成脉冲并将其注入到高压系统中。可从电容器59的电容和施加的电压计算注入的电荷。例如，对于施加到具有10pF电容的电容器59的100V，它得到1nC的注入的脉冲电荷。

在图7中，经由信号传输线实现电力供应。现在转到图8，示出了具有自主电力供应的另外第五实施例。

图8的实施例不同于图7中的实施例，由于如下事实：放大器31具有差分输出，并且信号传输线包括绞合线缆对，其首先比已知同轴电缆便宜(当与这个实施例中一样需要具有多对的线缆时)，并且其此外在它的电特性上平衡得更好。而且，在设置同步线65中的低通滤波器67之后，具有差分输出的积分器75和放大器77还允许使用第二绞合线缆对以用于部分放电传感器11的同步输出。

而且，在传感器11内预见可经由串行通信信道（例如用于调整脉冲的高度和序列的CAN-BUS）控制的微处理器。它还可用于控制开关单元57。为了方案清晰起见，未表示控制线。

此外，部分放电传感器11包括耦合到测量电容器19的低压电极19B的转换器供电电路81以用于给校准电路供应必要的供电电压。

转换器供电电路例如具有两个支路，其分别带有用于将备选电压变换成DC电压的二极管和电容器，以及DC/DC转换器，以便得到+/-5V的操作电压。为了方案清晰起见，未表示电力供应线。

由于本发明，PD传感器的校准可在线进行，并且提出的设备适合已经存在的PD传感器的安装空间。因此，根据本发明的PD传感器的安装不需要重新设计高压发电链周围的高压几何形状。

此外，维护减少了，因为给出的传感器不需要电池供电。

Claims (15)

1.一种部分放电传感器(11)，用于高压绝缘监测装置(11;13)，其包括壳体(15)以及位于所述壳体(15)中用于要测试的高压系统(3;5)中的部分放电的测量的测量电路(17)和具有连接到所述测量电路(17)的一个电极(19B)并且连接到被连接到要测试的所述系统的高压线(5)的第一高压导体(21;43)的另一个电极(19A;41)的耦合电容器(19)，其中它还包括校准电路(23)，所述校准电路(23)包括校准电容器(25)，所述校准电容器(25)具有连接到所述校准电路(23)的一个电极(25B)并且连接到被连接到高压线(5)的所述第一(21;41)或第二高压导体(27)的另一个电极(25A;41)。

2.如权利要求1所述的部分放电传感器，其中，所述校准电路(23)位于所述壳体(15)中。

3.如权利要求1所述的部分放电传感器，其中，所述耦合电容器(19)和所述校准电容器(25)被实现为一个双电容器(35)。

4.如权利要求3所述的部分放电传感器，其中，所述双电容器(35)包括：中空圆柱形绝缘体(37)，其具有位于所述绝缘体(37)内壁上的至少一个高压电极(19A,25A,41)以及分别连接到所述测量电路(17)和所述校准电路(23)并位于所述绝缘体(37)外壁上的两个电极(19B,25B)。

5.如权利要求4所述的部分放电传感器，其中，连接到所述校准电路(23)的所述电极(25B)成形为盘，并且位于所述圆柱形绝缘体(37)的底部(37A)。

6.如权利要求4所述的部分放电传感器，其中，连接到所述高压导体(5)的所述双电容器(35)的所述电极(41)对所述耦合电容器(19)和所述校准电容器(25)二者是公共电极。

7.如权利要求1所述的部分放电传感器，其中，所述耦合电容器(19)和所述校准电容器(25)被实现为两个单独电容器。

8.如权利要求4所述的部分放电传感器，其中，连接到所述测量电路(17)的所述电极(19B)主要成形为圆柱，并且主要位于所述圆柱形绝缘体(37)的侧壁(37B)上。

9.如权利要求1所述的部分放电传感器，其中，所述测量电路(17)包括信号传输线(33)和用于所述测量电路(17)的操作的电功率，并且通过所述信号传输线(33)给所述校准电路(23)供电。

10.如权利要求1所述的部分放电传感器，还包括：转换器供电电路(81)，其可连接到所述测量装置并耦合到所述测量电容器(19)的低压电极(19B)，以用于给所述校准电路(23)供应必要的供电电压。

11.如权利要求1所述的部分放电传感器，其中，所述测量电路(17)包括具有差分输出的放大器(31)，并且其中信号传输线(33)实现为绞合线缆对。

12.如权利要求1所述的部分放电传感器，其中，所述校准电路(23)包括连接在所述耦合电容(19)与所述校准电路(23)之间的脉冲发生器同步线(65)。

13.如权利要求12所述的部分放电传感器，其中，所述校准电路(23)包含并联连接的两个支路(53,55)，第一支路(53)一方面连接到地而另一方面连接到开关单元(57)，并且第二支路(55)包括并联的电容器(59)和信号发生器(61)，第二支路(55)的一端连接到地而另一端也连接到所述开关单元(57)，所述开关单元(57)连接到所述校准电容器(25)。

14.如权利要求13所述的部分放电传感器，其中，所述开关单元(57)具有两个位置，第一位置将所述校准电容(25)连接到第一支路(53)，并且第二位置将所述校准电容(25)连接到第二支路(55)。

15.如权利要求1或13所述的部分放电传感器，其中，提供可连接到测量装置的串行通信信道以用于调整所述校准脉冲的高度和序列和/或控制所述开关单元(57)。

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