基于電容耦合的多功能變壓器信號傳感器及信號采集方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電容耦合的多功能變壓器信號傳感器，包括一圈金屬薄帶、插頭座和固定夾件，所述插頭座用于連接外部電纜，所述外部電纜用于傳遞掃描信號，所述插頭座與金屬薄帶電連接，所述外部電纜通過插頭座與金屬薄帶電連接；所述固定夾件用于固定金屬薄帶和插頭座。測量時將該傳感器包裹在變壓器套管外表面末屏靠近法蘭處。本發(fā)明利用基于電容耦合原理的多功能變壓器信號傳感器，便于安裝在現(xiàn)有運行變壓器等線圈類設(shè)備上用于在線頻率響應(yīng)法檢測繞組設(shè)備變形情況。本發(fā)明中多功能變壓器信號傳感器的安裝不改變原有變壓器的結(jié)構(gòu)，安裝簡單，對原有變壓器的絕緣等要求影響很小。
【專利說明】基于電容耦合的多功能變壓器信號傳感器及信號采集方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)電氣設(shè)備在線檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于電容耦合的 多功能變壓器信號傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器是電力系統(tǒng)最重要的電氣設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定工作對于確保整個電力系 統(tǒng)的安全可靠運行具有重要的意義。在變壓器的運輸、運行等過程中，都會因為其繞組遭受 到外部機械力、電動力的作用而發(fā)生變形故障。變壓器繞組變形不但會導(dǎo)致變壓器抗短路 能力強度下降，還會破壞其內(nèi)部絕緣而導(dǎo)致其他故障的發(fā)生。因此，實時掌握變壓器內(nèi)部繞 組狀況，在其發(fā)生嚴重故障前做出預(yù)警，對于確保變壓器安全正常工作具有重要的意義。目 前，國內(nèi)外學(xué)者變壓器繞組變形檢測方法方面做出了大量的研究，具體有短路阻抗法、低壓 脈沖法、頻率響應(yīng)法、振動法和超聲波法等。頻率響應(yīng)分析法，因其在變壓器繞組變形檢測 中具有檢測靈敏度高、現(xiàn)場使用方便、可在變壓器不吊罩的情況下判斷變壓器繞組變形等 優(yōu)點而在電力行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。而應(yīng)用頻率響應(yīng)法檢測變壓器繞組變形是在變壓器退出 運行的情況下實施的，難以做到在線實時檢測，導(dǎo)致無法在變壓器運行情況下實時掌握內(nèi) 部繞組的狀態(tài)，不能及時發(fā)現(xiàn)繞組的危險性變形，很有可能導(dǎo)致變壓器突發(fā)性故障。制約頻 率響應(yīng)法在線應(yīng)用的主要是掃頻信號難以在線施加到繞組上和響應(yīng)信號難以在線測量。
[0003] 因此，如果能夠研制出掃頻信號注入傳感器和響應(yīng)信號測量傳感器，對于頻率響 應(yīng)法的在線應(yīng)用，具有重要的實用意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于此，本發(fā)明提供一種基于電容耦合原理的多功能變壓器信號傳感器。本發(fā)明 具有結(jié)構(gòu)簡單、不改變變壓器結(jié)構(gòu)、對變壓器影響小的優(yōu)點。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種基于電容耦合的多功能變壓器 信號傳感器，包括一圈金屬薄帶、插頭座和固定夾件，所述插頭座用于連接外部電纜，所述 外部電纜用于傳遞掃描信號，所述插頭座與金屬薄帶電連接，所述外部電纜通過插頭座與 金屬薄帶電連接；所述固定夾件用于固定金屬薄帶和插頭座。
[0006] 進一步，所述固定夾件為由兩個半工字型組件拼接而成的工字型夾件，所述半工 字型組件包括頂面部、肋部和底面部，所述肋部垂直連接頂面部與底面部；所述頂面部呈弧 形狀，弧度與變壓器套管相匹配；所述底面部上設(shè)置有通孔，所述通孔用于匹配固定插頭座 的螺栓。
[0007] 進一步，還包括方形卡槽，所述方形卡槽用于固定兩半工字型組件的肋部。
[0008] 進一步，還包括熱縮管，所述金屬薄帶置于熱縮管內(nèi)部。
[0009] -種基于電容耦合的多功能變壓器信號采集方法，將傳感器緊密包裹在變壓器套 管外表面末屏靠近法蘭處，掃頻信號經(jīng)耦合電容C c施加到變壓器套管內(nèi)部金屬導(dǎo)桿上， 之后信號分別沿金屬導(dǎo)桿向上至高壓母線和沿金屬導(dǎo)桿向下至變壓器繞組上；高壓母線阻 抗為z#id，變壓器繞組等效阻抗為ztw，導(dǎo)桿經(jīng)周圍介質(zhì)和地之間會形成一個電容為c bt;流 經(jīng)耦合電容、高壓母線、變壓器繞組和導(dǎo)桿對地電容的電流分別為I。、I#id、Itw、I bt，則耦合 到變壓器繞組首端的電壓uc為

【權(quán)利要求】
1. 基于電容耦合的多功能變壓器信號傳感器，其特征在于：包括一圈金屬薄帶、插頭 座和固定夾件，所述插頭座用于連接外部電纜，所述外部電纜用于傳遞掃描信號，所述插頭 座與金屬薄帶電連接，所述外部電纜通過插頭座與金屬薄帶電連接；所述固定夾件用于固 定金屬薄帶和插頭座。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容耦合的多功能變壓器信號傳感器，其特征在于：所 述固定夾件為由兩個半工字型組件拼接而成的工字型夾件，所述半工字型組件包括頂面 部、肋部和底面部，所述肋部垂直連接頂面部與底面部；所述頂面部呈弧形狀，弧度與變壓 器套管相匹配；所述底面部上設(shè)置有通孔，所述通孔用于匹配固定插頭座的螺栓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電容耦合的多功能變壓器信號傳感器，其特征在于：還 包括方形卡槽，所述方形卡槽用于固定兩半工字型組件的肋部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電容耦合的多功能變壓器信號傳感器，其特征在于：還 包括熱縮管，所述金屬薄帶置于熱縮管內(nèi)部。
5. -種利用權(quán)利要求1-4任意一項所述信號傳感器進行信號采集方法，其特征在于： 將傳感器緊密包裹在變壓器套管外表面末屏靠近法蘭處，掃頻信號隊經(jīng)耦合電容C。施加到 變壓器套管內(nèi)部金屬導(dǎo)桿上，之后信號分別沿金屬導(dǎo)桿向上至高壓母線和沿金屬導(dǎo)桿向下 至變壓器繞組上；高壓母線阻抗為Z gHd，變壓器繞組等效阻抗為Ztw，導(dǎo)桿經(jīng)周圍介質(zhì)和地之 間會形成一個電容為Cbt ;流經(jīng)耦合電容、高壓母線、變壓器繞組和導(dǎo)桿對地電容的電流分 別為I。、I#id、Itw、Ibt，則耦合到變壓器繞組首端的電壓隊為
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號采集方法，其特征在于：將傳感器與變壓器套管中心金 屬導(dǎo)桿形成的電容C。視為高壓臂，在變壓器套管外部連接一電容C s，將電容Cs視為低壓臂， 所述電容C。與電容Cs串聯(lián)構(gòu)成電容分壓器，分壓信號經(jīng)同軸電纜首尾兩端匹配的結(jié)構(gòu)引 出，匹配電阻等于同軸電纜的波阻抗，變壓器套管中心金屬導(dǎo)桿的電壓為仏，分壓信號電壓 為U2，則電容分壓器的分壓比為
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號采集方法，其特征在于：所述電容分壓器的低壓臂由若 干數(shù)量的同型號電容并聯(lián)而成，所述電容的首尾兩端分別焊接在銅質(zhì)材料圓盤上，所述圓 盤的直徑為40?100mm、高為1?5mm，所述低壓臂電容和稱合電容通過同軸電纜連接。
【文檔編號】G01B7/16GK104089569SQ201410315114
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】姚陳果, 趙仲勇, 李成祥, 趙曉震, 米彥, 廖瑞金, 陳昱, 張晏源, 李昭炯 申請人:重慶大學(xué)