專利名稱：檢測例如為一個電纜接頭的測試對象中的放電的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分所述的用于檢測優(yōu)選為一個電纜接頭的測試對象中的放電的裝置。
在電裝置構(gòu)件或變壓器、發(fā)電機、電纜等這樣的高壓電設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中，局部放電(所說的部分放電)的出現(xiàn)構(gòu)成了估計裝置構(gòu)件的質(zhì)量、工況和期望使用壽命的重要參數(shù)。因此，高壓電裝置構(gòu)件的驗收測試一般包括在明確的工況下根據(jù)部分放電的發(fā)生來進行測試，例如根據(jù)IEC Publ.270“Partial Discharge Measurements”。此外，為了在運行一定時間之后評價構(gòu)件狀況從而為預(yù)防性維修奠定更為可靠的基礎(chǔ)，人們已經(jīng)開發(fā)出用于在安裝地點測試的不同的方法和裝置。
測量部分放電時存在的一個問題是將源于測試對象中部分放電的測量信號和源于周圍裝置構(gòu)件或測試設(shè)備中部分放電的干擾區(qū)分開來，或者其他一些來源但頻率和振幅頻譜類似于部分放電的頻譜的干擾區(qū)分開來。這些干擾可以經(jīng)連接引線或?qū)Ь€通過測試對象，通過引線或?qū)Ь€與外界環(huán)境連接，在相關(guān)的頻率范圍內(nèi)也可以通過來自周圍環(huán)境的電磁輻射而被測量裝置捕獲。
裝置構(gòu)件中的部分放電產(chǎn)生通過導(dǎo)線的電流脈沖，構(gòu)件通過導(dǎo)線與外界環(huán)境連接，可以通過測量電流脈沖經(jīng)過連接到其中一條導(dǎo)線的測量阻抗時所產(chǎn)生的電壓檢測到這些電流脈沖，也可以通過直接或間接的電流測量來檢測。在電壓測量期間，測量裝置包括耦合電容器，在執(zhí)行測量的狀態(tài)下，耦合電容器必須是不發(fā)生部分放電的，測試對象、耦合電容器和測量阻抗以公知方式相互電聯(lián)接并分別連接到周圍的裝置構(gòu)件和測試裝置。
當(dāng)通過電流測量檢測部分放電時，需要傳感器對與電流脈沖相關(guān)的磁場敏感。從這些傳感器獲得的測量信號與測試對象以及連接到其上的高壓電路保持電流分離，在這種情況下，接地電路中的回路效應(yīng)這樣的問題得意消除。測流傳感器不需要耦合電容器和測量電阻，尺寸可以設(shè)計得非常小，這使得可以簡單地將它們布置在不同尺寸和形狀的裝置構(gòu)件上。
未公開的國際專利申請PCT/SE96/01126描述了一種設(shè)備，用于檢測具有至少兩個電連接引線的測試對象中的放電，該設(shè)備包括評價裝置和兩個傳感器，每個傳感器方向敏感地檢測分別通過其中一條連接引線的電流脈沖。傳感器，例如采用Rogowski線圈形式，檢測電流脈沖所產(chǎn)生的磁場以及該磁場的極性，根據(jù)這些電流脈沖及其方向分別產(chǎn)生一個送入評價裝置的傳感器信號。當(dāng)傳感器裝置檢測電流脈沖基本同時以流出測試對象的方向流過所有連接引線或以流入測試對象的方向流過所有連接引線時，該裝置根據(jù)接收到的傳感器信號生成指示測試對象中放電的指示信號。評價裝置包括形成和信號和差信號的裝置，所述和信號為源于與相互隔離的連接引線相關(guān)聯(lián)的傳感器的傳感器信號之和，所述差信號源于與相互隔離的連接引線相關(guān)聯(lián)的傳感器的傳感器信號之差。包括在評價裝置內(nèi)的比較構(gòu)件根據(jù)和信號及差信號形成比較信號，例如作為這些信號之商，根據(jù)比較信號形成指示信號。
裝置包括濾波單元，濾波單元與每個傳感器相連并放置在傳感器的附近，用于調(diào)諧傳感器的固有頻率，調(diào)諧電路采用電阻器與電容器并聯(lián)的形式，帶通濾波器用于調(diào)諧測試對象的串聯(lián)諧振頻率。
由于放置在測試對象連接引線兩側(cè)的兩個傳感器之間存在物理距離，當(dāng)外部干擾通過測試對象的連接引線時，傳感器將在不同時間產(chǎn)生各自的傳感器信號，即傳感器之間的物理距離對應(yīng)于干擾引起的傳感器信號之間的時距。在某些情況下，特別是在因為測試對象的形狀僅允許傳感器相互物理距離很大時，通過該專利說明書涉及的傳感器信號相加及求和方法，與內(nèi)部放電相對照，該時距降低了外部干擾檢測的可靠性。
在某些實施例中也可以看出，當(dāng)傳感器安裝到測試對象上受到壓力時，傳感器電感表現(xiàn)出偏離其標(biāo)稱值。當(dāng)然，這一事實以及傳感器制造公差導(dǎo)致調(diào)諧電路造成失諧。這導(dǎo)致將在評價裝置中做進一步處理的信號中信噪比變壞，這又需要通過為此目的所設(shè)的調(diào)整構(gòu)件來調(diào)整傳感器的調(diào)諧。
本發(fā)明的目的是提供一種背景技術(shù)部分所述種類的裝置，它允許在預(yù)定裝置構(gòu)件的部分放電和外部干擾和所連接的裝置構(gòu)件或測試設(shè)備中的部分放電之間能簡單、安全、可靠地區(qū)別，特別在傳感器之間物理距離很大的情況下，目的是將可能的部分放電安全可靠地定位在預(yù)定裝置構(gòu)件上。
本發(fā)明所述裝置的特征從所附的權(quán)利要求中清楚可見。
本發(fā)明的有利改進從以下說明和權(quán)利要求中清楚可見。
以下參考附圖通過實施例來詳細(xì)解釋本發(fā)明，附圖中

圖1A-1B是采用電纜接頭形式的測試對象縱剖面簡圖，圖2A-2C是本發(fā)明不同實施例的示意性方框圖，圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個調(diào)諧單元實施例的示意性方框圖，圖3B-3C是根據(jù)本發(fā)明的延遲單元的不同實施例的示意性方框圖，圖4A-4B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的調(diào)諧電路實施例的電路圖部分，圖5A-5H和5J，根據(jù)圖2A的發(fā)明實施例，示意性地分別示出了在外部干擾情況下和測試對象中部分放電情況下信號形狀的基本外部特性，圖6A-6F，根據(jù)圖2B的發(fā)明實施例，示意性地分別示出了在外部干擾情況下和測試對象中部分放電情況下信號形狀的基本外部特性，圖7A-7B，根據(jù)圖2C的發(fā)明實施例，示意性地分別示出了在外部干擾情況下和測試對象中部分放電情況下信號形狀的基本外部特性。
圖1a所示為測試對象1電纜接頭的縱剖面簡圖。電纜接頭包括兩個電纜終端1a、1b，每一終端是電纜的組成部分。在現(xiàn)有技術(shù)中，電纜終端相互連接，接頭包括套11和接地屏蔽12，環(huán)繞套的接頭和電纜終端部分。電纜終端構(gòu)成了通向測試對象的電連接。第一和第二傳感器2a和2b分別放置在每個套一側(cè)的屏蔽內(nèi)部。圖中示出了把屏蔽和套隔開的情況，在這種情況下，從套和屏蔽之間的電纜縱向看，將傳感器放置在電纜終端是有利的。第一和第二傳感器之間相隔第一相互距離L1。傳感器的類型是已知的，它憑借傳感電流脈沖所產(chǎn)生的磁場通過連接引線能方向靈敏地傳感電流脈沖。在本實施例中，傳感器采用Rogowski線圈，圖中示出了剖面簡圖，每個線圈環(huán)繞其中一個連接引線。在本文中，Rogowski線圈意味著線圈以導(dǎo)電體方式布置，線圈軸至少實質(zhì)上與繞此導(dǎo)體中電流所產(chǎn)生的磁場中磁力線的方向相同。
每一個傳感器依靠上述電流脈沖及其方向產(chǎn)生傳感器信號，第一傳感器產(chǎn)生第一傳感信號v1，第二傳感器產(chǎn)生第二傳感信號v2。圖2A是本發(fā)明實施例的示意性方框圖。圖中示出了具有連接引線1a、1b的測試對象1、傳感器2a、2b和評價裝置EVU，以下將對該裝置進行詳細(xì)描述。評價裝置包括連接第一傳感器的第一調(diào)諧器T1、與第一調(diào)諧器種類相同的連接第二傳感器的第二調(diào)諧器T2、乘法構(gòu)件MU和信號處理單元COU。
當(dāng)電流脈沖流過連接引線且其方向為從以點標(biāo)記的線圈端部到其未做標(biāo)記的線圈端部穿過線圈時，傳感器這樣布置使得在圖中以點標(biāo)記的線圈抽頭處產(chǎn)生相同極性的電壓。為簡明起見，圖2A所示線圈為沿各自連接引線拉長了的線圈。
第一傳感器信號v1經(jīng)雙線傳感器電纜3a提供給第一調(diào)諧器，第一調(diào)諧器根據(jù)該信號形成第一濾波器信號SF1。第二傳感器信號v2經(jīng)雙線傳感器電纜3b提供給第二調(diào)諧器，第二調(diào)諧器根據(jù)該信號形成第二濾波器信號SF2。根據(jù)所提供的濾波器信號，乘法構(gòu)件形成提供給信號處理單元的乘積信號SP。信號處理單元根據(jù)乘積信號形成指示信號IND。
測試對象連接電氣裝置中的電路(未示出)，在工作期間通常以50Hz或60Hz的電源頻率為測試對象供電。
測試對象或裝置部件絕緣系統(tǒng)中的放電即部分放電產(chǎn)生電流脈沖，通過電流分支，所述電流脈沖分布在裝置的電路中并且也因此通過測試對象的連接引線。如果在測試對象外部的裝置部件中發(fā)生放電，根據(jù)放電極性，通過測試對象連接引線與此有關(guān)的電流脈沖將通過連接引線1a進入測試對象然后從測試對象出來通過連接引線1b，反之亦然。一般來說，測試對象在與電流脈沖傳感相關(guān)的頻率范圍內(nèi)顯示出阻抗使經(jīng)連接引線通過測試對象的電流幅度和/或相移衰減。因此，傳感器之間的距離L1導(dǎo)致第一和第二傳感器信號相距相互的第一時距ΔT1′出現(xiàn)。
另一方面，如果在測試對象內(nèi)發(fā)生放電，放電將產(chǎn)生與此相關(guān)的電流脈沖，它以離開或朝向測試對象的方向流過兩個連接引線。電流方向是離開測試對象還是朝向測試對象由放電極性決定。因此，從一處起源的電流脈沖和同一放電將產(chǎn)生具有相互時距的傳感器信號，該距離取決于測試對象內(nèi)發(fā)生放電的位置，但時距不超過上述第一時距ΔT1′。
圖3A示出了本發(fā)明第一調(diào)諧器T1實施例的方框簡圖。第一調(diào)諧器T1包括連接到傳感器電纜3a的阻抗匹配構(gòu)件IMPD1，諧振電路RESD1，放大構(gòu)件AMP1和帶通濾波構(gòu)件BPD1。第一傳感器信號輸入諧振電路，諧振電路的輸出供給放大構(gòu)件AMP。放大器的輸出信號供給帶通濾波構(gòu)件，帶通濾波構(gòu)件根據(jù)所提供的信號形成第一濾波信號SF1。與第一調(diào)諧器同類的第二調(diào)諧器T2包括連接到傳感器電纜3b的阻抗匹配構(gòu)件IMPD2，形成輸出信號SRES2的諧振電路RESD2，放大構(gòu)件AMP2和形成第二濾波信號SF2的帶通濾波構(gòu)件BPD2。
阻抗匹配構(gòu)件顯示出阻抗等于傳感器電纜的特性阻抗，從而使傳感器電纜的無反射終端成為可能。
諧振電路和帶通濾波構(gòu)件BPD在與第一時距ΔT1′相關(guān)的角頻率ω處或者包括在它們的通頻帶中被調(diào)諧為并聯(lián)諧振，這樣選擇是使得周期TP遠(yuǎn)大于該時距ΔT1′。時距ΔT1′通常為幾百微秒級，角頻率的選擇是由以下因素決定的，這些因素例如存在某些特定頻率干擾，傳感器的電感以及傳感器信號中的期望頻率成分，最好與10kHz到10MHz范圍內(nèi)的頻率相對應(yīng)。在最佳實施例中，諧振頻率包括并聯(lián)的感性阻抗元件和容性阻抗元件。此外，假設(shè)諧振電路具有遠(yuǎn)大于第一時間延遲ΔT1的延遲時間TD，通常相當(dāng)于至少兩個或三個周期TP。
圖5A，5B，5E，5F，5G，5H和5J以時間為橫軸依次在各自坐標(biāo)軸的縱軸上示意性地示出了作為時間函數(shù)的信號形狀的基本外部特性，這些信號分別為前述傳感器信號v1和v2，來自諧振電路RESD1和RESD2的輸出信號SRES1和SRES2，濾波器信號SF1和SF2以及乘積信號SP。這些圖涉及傳感器之間測試對象中發(fā)生部分放電的情況。
圖5A和5B示出了在該情況下具有相反極性的傳感器信號，每個信號分別從圖5E和5F所示的諧振電路產(chǎn)生輸出信號。在帶通濾波之后，第一和第二濾波器信號SF1和SF2將分別出現(xiàn)變化，分別如圖5G和5H所示。如圖5J所示，乘積信號為給定外部特性，即具有圖中所示極性，具有負(fù)極性的脈動變化。
圖6A，6B以時間為橫軸依次在各自坐標(biāo)軸的縱軸上示意性地示出了作為時間函數(shù)的傳感器信號v1和v2的信號形狀的基本外部特性。圖中涉及外部干擾的情況，例如由連接測試對象的裝置構(gòu)件中部分放電引起的電流脈沖通過。
圖6A和6B示出了在這種情況下具有相同極性的傳感器信號，這隱含著在圖中所示情況下，圖5E所示的輸出信號SRES1與圖5F所示極性相反。相應(yīng)的情況適用于第一濾波器信號SF1，因此在該情況下，乘積信號SP具有正極性的脈動變化。
指示單元采用包括峰值檢測器的公知設(shè)計是有利的，峰值檢測器檢測乘積信號的峰值并根據(jù)該峰值形成指示信號。或者，指示單元設(shè)計為具有適應(yīng)諧振電路諧振頻率的低通濾波元件，并且根據(jù)該低通濾波元件的輸出信號形成指示信號。指示信號應(yīng)用于裝置(圖中未示出)，用于通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的某些方法做進一步評價，例如與比較信號相比較。
圖2B示出了對本發(fā)明的改進，這種改進證明了對抑制外部干擾是非常有利的。圖2B與圖2A所示實施例不同，不同之處是評價裝置包括與第一傳感器相連的第一延遲單元D1以及與第二傳感器相連的第二延遲單元D2。向第一延遲單元提供第一傳感器信號和第二延遲傳感器信號v2d，這在以下將詳細(xì)描述。向第二延遲單元提供第二傳感器信號和第一延遲傳感器信號v1d，這在以下將詳細(xì)描述。第一延遲單元輸出信號為第一測量信號SME1和第一延遲傳感器信號，第二延遲單元輸出信號為第二測量信號SME2和第二延遲傳感器信號。向第一調(diào)諧單元供以第一測量信號并據(jù)其形成第一濾波器信號，向第二調(diào)諧單元供以第二測量信號并據(jù)其形成第二濾波器信號。
圖3B示出了第一和第二延遲單元的實施例。第一延遲單元包括延遲構(gòu)件4a和差值形成構(gòu)件5a，它們都被供以第一傳感器信號v1。延遲構(gòu)件形成第一延遲傳感器信號v1d作為輸出信號，該信號相當(dāng)于第一傳感器信號延遲一個任選的第一時間延遲ΔT1，最好等于上述第一時距ΔT1′。
第二延遲單元包括延遲構(gòu)件4b和差值形成構(gòu)件5b，它們都被供以第一傳感器信號v2。延遲構(gòu)件4b形成第二延遲傳感器信號v2d作為輸出信號，該信號相當(dāng)于第二傳感器信號延遲一個任選的第一時間延遲。
差值形成構(gòu)件5a也供以經(jīng)延遲的第二傳感器信號v2d，且根據(jù)第一傳感器信號和第二延遲傳感器信號的差值形成第一測量信號作為輸出信號。差值形成構(gòu)件5b也供以經(jīng)延遲的第一傳感器信號v1d，且根據(jù)第一傳感器信號和第一延遲傳感器信號的差值形成第二測量信號作為輸出信號。
在本實施例中，調(diào)諧單元T1和T2為圖3A所示類型是有利的。
圖5A-5H和5J以時間為橫軸依次在各自坐標(biāo)軸的縱軸上示意性地示出了作為時間函數(shù)的信號形狀的基本外部特性，這些信號有傳感器信號v1和v2，上述經(jīng)延遲的傳感器信號v1d和v2d，諧振電路RESD1和RESD2的輸出信號SRES1和SRES2，濾波器信號SF1和SF2以及乘積信號SP。圖中涉及傳感器之間的測試對象中出現(xiàn)部分放電的情況。此外，假設(shè)第一時間延遲ΔT1等于第一時距ΔT1′。
從圖5A-5D中清楚可見，在這種情況下，第一測量信號SME1包括第一傳感器信號v1并被延遲第一時間延遲ΔT1以及具有相反極性的第二傳感器信號v2。相應(yīng)的推理也適用于第二測量信號SME2。由于第一時間延遲遠(yuǎn)小于諧振電路的諧振頻率周期，因此，諧振電路RESD1和RESD2的輸出信號SRES1和SRES2、濾波器信號SF1和SF2、乘積信號SP實際上具有圖5E-5H和5J所示的外部特性。
圖6C-6F以時間為橫軸從上到下依次在各自坐標(biāo)軸在縱軸上示意性地示出了作為時間函數(shù)的信號形狀的基本外部特性，這些信號有上述傳感器信號v1和v2，諧振電路RESD1和RESD2的輸出信號SRES1和SRES2。這些圖涉及外部干擾的情況，例如如圖6C-6D所示，在連接到測試對象的裝置構(gòu)件中部分放電以從連接引線1a到連接引線1b的方向通過，第二傳感器信號v2比第一傳感器信號延遲第一時距ΔT1′出現(xiàn)。在這種情況下可實現(xiàn)，第一測量信號SME1包括第一傳感器信號v1并被延遲兩個第一時間延遲ΔT1以及具有相反極性的第二傳感器信號v2。第二測量信號SME2包括第二傳感器信號v2并被延遲第一時距以及具有相反極性的第一傳感器信號v1，這樣實質(zhì)上這兩個信號相互抵消了。因此，諧振電路RESD1的輸出信號SRES1具有圖6E所示變化而諧振電路RESD2的輸出信號SRES2如圖6F所示基本為零。因此，在這種情況下乘積信號SP為零。
圖2C所示的本發(fā)明另一實施例對抑制外部干擾是有利的。在本實施例中，裝置包括與第一和第二傳感器種類相同的第三和第四傳感器2c和2d，然而，第三傳感器2c與第一傳感器放置在同一引線處并產(chǎn)生第三傳感器信號v3，第四傳感器2d與第二傳感器放置在同一引線處并產(chǎn)生第四傳感器信號v4。第一和第二傳感器以第二相互距離L2放置，第二和第四傳感器以第三相互距離L3放置。根據(jù)以上所述類推，第二和第三距離對于根據(jù)經(jīng)其連接引線通過測試對象的電流脈沖所產(chǎn)生的傳感器信號來說分別對應(yīng)于第二時距ΔT2′和第三時距ΔT3′。
圖1B示出了在與圖1A所述種類相同的電纜接頭處傳感器的物理位置。由于測試對象由電纜接頭構(gòu)成，因此距離L1通常為1或2米量級，距離L2和L3為1米量級。通常，第二時距ΔT2′實際上等于第三時距ΔT3′。
這四個傳感器信號都提供給評價裝置EVU(圖2c)，第三傳感器信號經(jīng)雙線傳感器電纜3c，第四傳感器信號經(jīng)雙線傳感器電纜3d。在這種情況下，評價裝置除了上述調(diào)諧單元T1、T2之外還包括乘法構(gòu)件MU和信號處理單元COU，連接第一和第三傳感器的第三延遲單元D3以及連接第二和第四傳感器的第四延遲單元D4。第三延遲單元供以第一和第三傳感器信號并據(jù)其形成第三測量信號SME3。第四延遲單元供以第二和第四傳感器信號并據(jù)其形成第四測量信號SME4。第一調(diào)諧單元供以第三測量信號并據(jù)其形成第一濾波器信號，第二調(diào)諧單元供以第四測量信號并據(jù)其形成第二濾波器信號。
圖3c示出了第三和第四延遲單元。第三延遲單元包括延遲構(gòu)件4c，該構(gòu)件供以第三傳感器信號并形成第三延遲傳感器信號v3d作為輸出信號，該信號相當(dāng)于第三傳感器信號延遲一個任選的第二時間延遲ΔT2，最好選為等于上述第二時距ΔT2′。第三延遲單元還包括差值形成構(gòu)件5c，該構(gòu)件供以第一傳感器信號v1和第三延遲傳感器信號并據(jù)其形成作為第一傳感器信號和第三延遲傳感器信號的差值的第三測量信號。
第四延遲單元包括延遲構(gòu)件4d，該構(gòu)件供以第四傳感器信號并形成第四延遲傳感器信號v4d作為輸出信號，該信號相當(dāng)于第四傳感器信號延遲一個任選的第三時間延遲ΔT3，最好選為等于上述第二時距ΔT3′。第四延遲單元還包括差值形成構(gòu)件5d，該構(gòu)件供以第二傳感器信號v2和第四延遲傳感器信號并據(jù)其形成作為第二傳感器信號和第四延遲傳感器信號的差值的第四測量信號。
在本實施例中，調(diào)諧單元T1和T2的類型如以上參考圖3所述，區(qū)別是在該情況下諧振電路和帶通濾波構(gòu)件在角頻率ω2和ω3處或者包括在它們的通頻帶中被調(diào)諧成并聯(lián)諧振，角頻率ω2和ω3與第二時距ΔT2′和第三時距ΔT3′有關(guān)， 最好的選擇是使得ω2＝2π/4ΔT2′和ω3＝2π/4ΔT3′。
在本實施例中，角頻率ω2和ω3一般對應(yīng)于10到100MHz范圍內(nèi)的頻率。
圖7A和7B以時間為橫軸從上到下依次在各自坐標(biāo)軸的縱軸上示意性地示出了作為時間函數(shù)的信號形狀的基本外部特性，這些信號有上述傳感器信號v1、v2、v3、v4，延遲傳感器信號v3d、v4d，測量信號SME3、SME4，濾波器信號SF1和SF2，乘積信號SP。圖7A涉及外部干擾的情況，例如連接到測試對象的裝置構(gòu)件中的部分放電通過那里。圖7B涉及在傳感器之間測試對象中發(fā)生部分放電的情況。此外，假設(shè)所選擇的第二時間延遲ΔT2等于第二時距ΔT2′，第三時間延遲ΔT3等于第三時距ΔT3′。
在圖7A所示例子中，假設(shè)外部干擾首先通過第三傳感器，在第三延遲單元中通過差值形式消除第三測量信號SME3。在外部進入的干擾首先通過第四傳感器的情況下，在第四延遲單元中通過差值形式消除第四測量信號SME4。因此，第二或第一濾波器信號從而乘積信號為零或至少接近零。
在圖7B所示例子中，每個測量信號都包含極性相反、形狀與傳感器信號類似的兩個脈沖。因此測量信號的基本頻率落在對應(yīng)于各自諧振電路的諧振頻率和帶通濾波構(gòu)件通頻帶的頻率范圍內(nèi)，帶通濾波構(gòu)件產(chǎn)生上述諧振頻率的第一和第二濾波器信號。因此乘積信號出現(xiàn)脈動變化，其外部特性即其相位和平均值取決于測試對象內(nèi)發(fā)生內(nèi)部放電的位置。因此，以公知方式形成的乘積信號平均值可以提供有關(guān)放電位置的信息。乘積信號以上述方式提供給信號處理單元。
圖4A示意性地示出了本發(fā)明根據(jù)上述圖2B、3A和3B所述實施例的電路圖。第一傳感器v1通過雙線屏蔽傳感器電纜3a經(jīng)電阻器7a、7b連接到放大構(gòu)件AMP1的輸入端，構(gòu)件AMP1的輸出信號供給帶通濾波構(gòu)件BPD1。類似地，第二傳感器v2通過雙線屏蔽傳感器電纜3b經(jīng)電阻器7e、7f連接到放大構(gòu)件AMP2的輸入端，構(gòu)件AMP2的輸出信號供給帶通濾波構(gòu)件BPD2。傳感器電纜具有特性阻抗Z，阻抗元件6a、6b分別布置在各自的傳感器電纜雙線之間，由于具有阻抗Z，因此實現(xiàn)了傳感器電纜的無反射連接。以這種方式，至少在理想狀態(tài)下，從各自的傳感器來看，連接到傳感器電纜的電路表現(xiàn)出純阻性阻抗。在每個放大構(gòu)件的輸入端兩端，連接有并聯(lián)諧振電路，并聯(lián)諧振電路分別包括電感線圈8a和電容器9a以及8b、9b，它們相當(dāng)于圖3B所述的諧振電路RESD，其選擇是為了實現(xiàn)上述諧振狀態(tài)。延遲電纜4a連接到傳感器電纜3a，該延遲電纜的類型與傳感器電纜相同，其長度適應(yīng)于給出圖3C所述的時間延遲ΔT1。在本實施例中，通過將延遲電纜4a經(jīng)電阻器7c、7d連接到放大構(gòu)件AMP2輸入端，實現(xiàn)了圖3C所述差值形成構(gòu)件5a中的差值形式。以此類推，延遲電纜4b連接傳感器電纜3b，該延遲電纜經(jīng)電阻器7g、7h連接到放大構(gòu)件AMP1的輸入端。適當(dāng)選擇電阻器7a-7h的電阻值遠(yuǎn)大于阻抗元件6a、6b和電阻器7c及7g的電阻值，這種傳感器制造公差適應(yīng)可調(diào)的設(shè)計是有好處的。
圖4B示意性地示出了本發(fā)明所述實施例的阻抗匹配構(gòu)件IMPD、帶通濾波構(gòu)件BPD1和放大構(gòu)件AMP1的電路圖部分，根據(jù)圖3A，這些構(gòu)件包括在調(diào)諧電路中。傳感器2a經(jīng)傳感器電纜3a連接到連接在電纜雙線之間的串聯(lián)諧振電路，串聯(lián)諧振電路包括電阻器13a、電容器13b和電感線圈13c。類似地，電阻器14a、電容器14b和附加電阻器14c串聯(lián)在電纜雙線之間。電容器14b的兩端分別經(jīng)導(dǎo)線15a、15b連接到具有磁心的電感線圈16的抽頭16b、16d上。電感線圈16具有端子16a和16e以及中間抽頭16c，該中間抽頭經(jīng)導(dǎo)線15c連接到與調(diào)諧單元共用的信號零點。端子16a和抽頭16b之間的線圈繞組匝數(shù)為n2，抽頭16b和16c之間的線圈匝數(shù)為n1，抽頭16c和16d之間的線圈匝數(shù)為n1，抽頭16d和端子16e之間的線圈匝數(shù)為n2。端子16a和16e分別與導(dǎo)線17a、17b相連，分別經(jīng)電阻器18a、18b連接到放大構(gòu)件AMP1的輸入端。電阻13a的阻抗Z等于傳感器電纜的特性阻抗，而阻抗14a和14c的阻抗分別等于Z/2。電感線圈16在抽頭16b和16d之間表現(xiàn)為電感L2且與電容器14b一起構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，對并聯(lián)諧振電路進行調(diào)諧以根據(jù)上述條件給出帶通濾波構(gòu)件一個通頻帶。對由阻抗元件13a、電容器13b和電感線圈13c形成的串聯(lián)諧振電路進行調(diào)諧，與上述并聯(lián)諧振電路一起，在與傳感相關(guān)的頻率范圍內(nèi)提供恒阻抗。
在圖4B所述的實施例中，在測試過程中，測試對象頻率范圍的通頻帶與公差和傳感器中電感的變化以及傳感器電纜長度無關(guān)。此外，電感線圈16以速度比n2/n1提供傳感器信號的無噪聲前置放大，一般為五倍量級。
為了防止包括在調(diào)諧單元內(nèi)的構(gòu)件過電壓，氣體放電管19a、19b連接在每條傳感器電纜線和地電位面之間，二極管組20a、20b、21a、21b中每一個都包括兩個反并聯(lián)的二極管，這兩個二極管分別連接在信號零點和導(dǎo)線15a、15b及放大構(gòu)件輸入端之間。
本發(fā)明不僅限于實施例，還可以在本發(fā)明的思想范圍內(nèi)進行各種修改。如圖中方框圖所示，裝置包括邏輯電路和延時電路，可以完全或部分設(shè)計為模擬或數(shù)字電路，或者包括程序功能，例如為此目的可以在微處理器中編程。在本說明書中，可以理解的是，每個電路的輸入和輸出信號可以包括電信號/邏輯信號或者包括計算值。
圖3B和3C所示的延遲構(gòu)件也可以設(shè)計為電纜類型與傳感器電纜相似，適應(yīng)于適當(dāng)長度。
圖4B所示電感線圈16可以設(shè)計為沒有磁心。
根據(jù)圖2C所述實施例，選擇調(diào)諧頻率ω2和ω3與第二和第三時距之間的關(guān)系以實現(xiàn)傳感裝置的最大靈敏度。理論上，調(diào)諧頻率高于所述比率三倍、五倍、七倍等也可以提供令人滿意的靈敏度。
傳感器也可以基于其他已知原理提供電流脈沖所產(chǎn)生的磁場方向性敏感傳感，例如包括霍爾元件，磁阻元件或超導(dǎo)元件即所謂SQUID。
權(quán)利要求
1.一種檢測測試對象(1)中放電的裝置，所述測試對象具有兩個電連接導(dǎo)線(1a，1b，1c，1d)，最好為一個電纜接頭，包括評價裝置(EVU)和至少一個第一和一個第二傳感器(2a，2b，2c，2d)，所述每個傳感器通過檢測電流脈沖所產(chǎn)生的磁場來方向敏感地檢測通過每個連接導(dǎo)線的電流脈沖，根據(jù)所述電流脈沖及其方向產(chǎn)生傳感器信號并將所述信號提供給評價裝置，第一傳感器產(chǎn)生第一傳感器信號(v1)，第二傳感器產(chǎn)生第二傳感器信號(v2)，第一和第二傳感器之間為第一相互距離(L1)，對應(yīng)于源于穿過測試對象的電流脈沖的傳感器信號第一時距(ΔT1′)，當(dāng)傳感器檢測電流脈沖以背離測試對象方向流過兩個連接導(dǎo)線或者以朝向測試對象的方向流過兩個連接導(dǎo)線時，評價裝置根據(jù)接受到的傳感器信號產(chǎn)生指示測試對象中放電的指示信號(IND)，其特征在于，評價裝置包括連接第一傳感器的第一調(diào)諧單元(T1)和連接第二傳感器的第二調(diào)諧單元(T2)，以及乘法構(gòu)件(MU)，每個調(diào)諧單元根據(jù)各自的傳感器信號分別形成第一濾波器信號(SF1)和第二傳感器信號(SF2)，每一個信號以預(yù)先選擇的大于第一時距的周期時間(TP)周期性振蕩，所述乘法構(gòu)件根據(jù)所述濾波器信號形成乘積信號(SP)，評價裝置根據(jù)乘積信號形成指示信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個調(diào)諧單元包括諧振電路(RESD1，RESD2)，調(diào)諧為以對應(yīng)于所述周期時間的角頻率諧振，而每個諧振電路供以根據(jù)各自傳感器信號形成的信號，每個調(diào)諧單元根據(jù)各自諧振電路的輸出信號形成各自的濾波器信號。
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，每個調(diào)諧電路包括具有通頻帶的帶通濾波構(gòu)件(BPD1，BPD2)，通頻帶包括對應(yīng)于所述周期時間的角頻率，帶寬對應(yīng)于所述延遲時間，每個所述帶通濾波構(gòu)件供以根據(jù)各自傳感器信號形成的信號，每個調(diào)諧電路根據(jù)各自帶通濾波構(gòu)件的輸出信號分別形成濾波器信號。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中傳感器信號分別經(jīng)連接每個傳感器的傳輸線(3a，3b，3c，3d)傳輸?shù)皆u價裝置，其特征在于，它包括分別連接傳輸線且將傳輸線端接阻抗的裝置(IMPD，6a，6b)，所述阻抗至少約等于所述傳輸線的特性阻抗(Z)。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，評價裝置包括連接第一傳感器的第一延遲單元(D1)和連接第二傳感器的第二延遲單元(D2)，第一延遲單元根據(jù)第一傳感器信號和延遲一任選的第一時間延遲(ΔT1)的第二傳感器信號的差值形成第一測量信號(SME1)，第二延遲單元根據(jù)第二傳感器信號和延遲第一時間延遲的第一傳感器信號的差值形成第二測量信號(SME2)，第一調(diào)諧單元被供以第一測量信號并據(jù)其形成第一濾波器信號，第二調(diào)諧單元被供以第二測量信號并據(jù)其形成第二濾波器信號。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，第一和第二調(diào)諧單元分別形成第一和第二濾波器信號，所述信號以對應(yīng)于10kHz到10MHz范圍的頻率周期振蕩。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的裝置，其中所述裝置包括用于方向敏感地傳感通過各自連接導(dǎo)線的電流脈沖的第三和第四傳感器(2c，2d)，第三傳感器和第一傳感器連接同一連接導(dǎo)線，產(chǎn)生并供給評價裝置第三傳感器信號(v3)，第四傳感器和第二傳感器連接同一連接導(dǎo)線，產(chǎn)生并供給評價裝置第四傳感器信號(v4)，第一和第三傳感器之間為第二相互距離(L2)，第二相互距離對應(yīng)于源于穿過測試對象的電流脈沖的傳感器信號的第二時距(ΔT2′)，第二和第四傳感器之間為第三相互距離(L3)，對應(yīng)于源于穿過測試對象的電流脈沖的傳感器信號的第三時距(ΔT3′)，其特征在于，評價裝置包括連接第三傳感器的第三延遲單元(D3)和連接第四傳感器的第四延遲單元(D4)，第三延遲單元根據(jù)第一傳感器信號和延遲一任選第二時間延遲ΔT2的第三傳感器信號的差值形成第三測量信號(SME3)，第四延遲單元根據(jù)第二傳感器信號和延遲一任選的第三時間延遲ΔT3的第四傳感器信號的差值形成第四測量信號(SME4)，第一調(diào)諧單元被供以第三測量信號并據(jù)其形成第一濾波器信號，第二調(diào)諧單元被供以第四測量信號并據(jù)其形成第二濾波器信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中時距至少約等于第三時距，其特征在于，第一和第二調(diào)諧單元分別形成第一和第二濾波器信號，所述信號以四倍于第二時距的周期時間振蕩。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-6中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述延遲單元由電纜(4a，4b)構(gòu)成。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，每個調(diào)諧單元包括與并聯(lián)諧振電路(14b，16)并聯(lián)的串聯(lián)諧振電路(13a，13b，13c)，它們被分別供以傳感器信號并被調(diào)諧以便在與傳感有關(guān)的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)為恒阻抗。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，每個所述傳感器包括至少一個環(huán)繞連接導(dǎo)線布置的Rogowski線圈(2a，2b，2c)。
全文摘要
一種檢測測試對象(1)中放電的裝置,測試對象具有兩個電連接導(dǎo)線(1a,1b,1c,1d),最好為一個電纜接頭,包括至少一個第一和一個第二傳感器(2a,2b)和評價裝置(EVU)。每個傳感器根據(jù)通過連接導(dǎo)線的電流脈沖及其方向產(chǎn)生并供給評價裝置傳感器信號,第一傳感器產(chǎn)生第一傳感器信號(v1),第二傳感器產(chǎn)生第二傳感器信號(v2)。評價裝置根據(jù)接收到的傳感器信號產(chǎn)生指示測試對象中放電的指示信號(IND)。裝置包括連接第一傳感器的第一調(diào)諧單元(T1)和連接第二傳感器的第二調(diào)諧單元(T2),以及乘法構(gòu)件(MU),每個單元調(diào)諧根據(jù)各自的傳感器信號分別形成第一濾波器信號(SF1)和第二傳感器信號(SF2),每一個信號以預(yù)先選擇的大于第一時距的周期時間(TP)周期性振蕩,所述乘法構(gòu)件被供以所述濾波器信號并據(jù)此形成乘積信號(SP),評價裝置根據(jù)乘積信號形成指示信號。
文檔編號G01R31/12GK1250524SQ9880321
公開日2000年4月12日 申請日期1998年3月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月10日
發(fā)明者T·艾利森, K·約翰松 申請人:Abb研究有限公司