可重新定位的局部放电传感器头制造技术

一种用于探测电气设备，如高压变压器中发生局部放电的装置（１０），该装置包括探测装置，而探测装置包括安装到电气绝缘的细长杆（１３）一端的超声波传感器（１１）。超声波传感器（１１）适于探测电气设备中发生局部放电而产生的超声波脉冲或波。射频（ＲＦ）传感器（１７）也用于探测局部放电所产生的射频（ＲＦ）脉冲或波。杆（１３）可以安装到电气设备的侧壁内，并因此提供了在电气设备中调节探测装置位置的机构。该装置也可以从电气设备上拆下而重新定位到另一电气设备上。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于监测诸如高压变压器的电气设备的性能的系统。尤其是，该系统包括用于探测和定位变压器整个绝缘材料中故障所在的传感器。
技术介绍
高压发电机和输电变压器构成任何发电、配电和输电系统中的一个整体部分。在工业过程中，如在熔炼和电沉积过程中也使用其他变压器，如整流变压器。同样，电流互感器用于配电系统的保护和计量。对于充油式变压器，绝缘材料中最重要的部分包括围绕铜绕组缠绕的纸及油本身。在变压器中，存在隔片、垫圈、密封件、过线板(lead throughplate)、抽头以及套管，它们也作为变压器内的绝缘系统的一部分。为了改善绝缘以及稳定性，纸渗有电介质，一般为填充变压器的矿物油或硅油。通过对流或强制流动，这种绝缘油也作用为冷却剂，并且还抑制放电。其他类型的变压器包括利用聚合物电介质的固体填充式变压器。这种环氧热固树脂真空回填到变压器中。例如，也存在气体填充式变压器，它们用于地下矿井中。为了安全性，这种变压器一般填充以诸如氩气或六氟化硫。也存在一些低压的空气填充式变压器。高压变压器的工作生命周期超过35年。生命周期取决于负载、设计、制造质量以及材料和维护程序。在其生命周期期间，变压器的绝缘会退化，退化率取决于变压器的工作负载和内部工作环境，如温度、水含量、pH值等。绝缘的任何退化，诸如在由于制造缺陷而造成的气泡周围的固态绝缘材料的电子和离子的等离子腐蚀会到导致填充变压器的固体热固树脂内的局部放电程度增大。在矿物油内发生局部放电也会导致在变压器内产生诸如氢气和乙炔的气体。这种增大的局部放电进一步导致绝缘材料的退化，而这反过来又导致局部放电程度的提高。绝缘材料的持续退化会造成严重放电、断路故障或由于作为退化过程的化学副产品而产生的例如为氢气、乙炔和乙烯的气体的爆炸而造成灾难性破坏。这种故障会导致向电力系统的供电的减少或损失(断电)，带来更换或修理变压器而造成的相当大的花费，并也对附近的个人和环境产生严重危险。由于制造缺陷以及或机械或电气的疲劳，也会发生变压器中的局部放电。例如，变压器内的金属部件，如紧固件或外来金属体的移动、蠕变和应力释放为发生放电提供了条件，即使在绝缘材料未退化或退化很小的情况下。变压器中的局部放电也会由于变压器内的绕组变松而产生。抽头接头所经历的磨损以及抽头转换开关中的空隙也会导致局部放电和发弧。套管中的缺陷也会导致局部放电。公知的是局部放电会在大变压器内的不同位置处产生信号，该信号包括不平衡所导致的中和放电电流、通过套管的电容性抽头的位移电流、辐射的射频(RF)脉冲或波以及辐射的超声(US)脉冲或波。变压器内局部放电的大小提供了一种确定变压器绝缘材料完整性的措施。例如，探测到的大小50pC的局部放电在正常电压工作时通常忽略不计，500pC的读数将会引起注意，而5000pC的读数会认为存在潜在危险。发生的频率或放电的活性是至关重要的。例如，频繁发生的200pC到500pC的放电会比偶然发生的1000pC的放电更危险。电力部门一般通过大约一年对变压器内的矿物油采样一次来分析和确定油的溶解气体浓度(DGA)和介电损耗角度(DLA)来测试变压器。如果获得了较高的气体读数，则采样频率会增大到每月和甚至每周。然而，在采样和实验室分析之间总是存在一定的延迟。在基于这个分析进行诊断上也存在延迟。即使在溶解气体分析采样(DGA)已经进行的情况下，绝缘材料的快速恶化也不能足够早地探测到，并且变压器会被灾难性地损坏。由于公知的是大量的局部放电和较高的重复率在主要故障之前会快速扩张，因此非常需要在电气设备保持在线的同时连续监测电气设备以提供早期报警。局部放电也可以利用诸如Robinson、Haefly或Tettex局部放电探测器通过耦合到变压器上的套管下部或利用电容分压器和环线系统连接到绕组上来加以测量。这种探测器仅探测高频电信号。这些装置一般在对新的或重新缠绕的变压器的高压验证实验过程中在试验间内使用。然而，由于电噪声干扰的程度很高，这些措施一般不能在变电所中使用。用这些设备进行可靠地读取也需要相当高的技能。一种用于探测变压器中单独的局部放电事件发生的装置在国际申请PCT/AU94/00263(WO94/28566)中有所描述。这个装置包括超声波传感器和射频天线，它们通过变压器的侧壁或顶板安装，并分别适于探测局部放电所产生的超声波和射频脉冲。如果在探测到超声波信号之前的预设时间段内探测到射频信号，则认为已经发生局部放电。虽然能够探测到这种信号，但是在WO 94/28566中所描述的这种装置的一个问题在于，变压器内的电噪声会伴随电信号的发生而随机产生，这会导致在局部放电发生时触发误报警。根据误报警而切断变压器显然是不期望的并且是成本高的。用于探测局部放电的一种改进装置在名称为“用于变压器的局部放电监测系统”的国际专利申请PCT/AU00/01028号中有所描述，该装置由本申请的共同专利技术人研制。这种改进装置利用信号处理技术来从由通常存在于联机高压电气设备，如变压器中的嘈杂电磁环境而产生的其他信号中识别表示局部放电的信号。上述这两种装置依靠安装到由该装置所监测的电气设备上的固定传感器头。这种配置在所测试的电气设备为大型并昂贵的高压输电和发电机变压器的情况下较实用并节约成本。在相对廉价的小型变压器或通过监测来对已经投入使用的变压器的局部放电进行核查的情况下，安装固定传感器头配置以及监测变压器的成本可能是不经济的。在本说明书中包括的任何文献、法案、材料、装置、文章等的讨论只是为了提供本专利技术背景的目的。它并非是用来承认这些材料的任何部分或全部构成现有技术的一部分或由于其存在于本申请每个权利要求的优先权之前而作为本专利技术相关的领域内的公知常识。
技术实现思路
本说明书的始终，单词“comprise”或其变形“comprises”或“comprising”应理解为暗示包括所陈述的元件、整数或步骤、或各元件、整数或步骤的组，但不排除任何其他元件、整数或步骤、或者各元件、整数或步骤的组。本专利技术旨在一种装置，在一定环境下，该装置能够低成本地监测高压电气设备中局部放电的发生。虽然不一定是便携的，该装置可以有优势地仅通过短暂的断电而轻易并快速地从一个变压器重新定位到另一个上。根据第一方面，本专利技术为超声波探测装置，该装置包括安装在电气绝缘的细长元件上的超声波传感器装置。该探测装置优选地包括用于探测射频脉冲或波、或者下面称为射频(RF)传感器的传感器装置。RF传感器可以包括天线，该天线从铁氧体磁心天线、螺线管、调谐电路、或电容式金属板中选取。RF传感器可以安装在细长元件之内，或合并到围绕超声波传感器的封装内。在另一实施例中，RF传感器可以安装到细长元件之外。优选地，RF传感器为中空同心金属圆柱制成的电容器。RF传感器优选地用于探测一件电气设备，如变压器内发生局部放电而产生的射频脉冲。RF传感器通常也探测该设备在线时所产生的其他射频脉冲的波段。超声波传感器和射频传感器优选地适于探测分别在在线电气设备，如变压器中发生局部放电时产生的超声波脉冲和射频脉冲。通过在线，应理解为，传感器可以探测到设备工作时或使用时的脉冲。这可以包括设备于正常工作状况下工作，但也可以包括设备在异常状况下或用于测试目的而工作的情形。在一个优选实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测电气设备中局部放电的装置，包括超声波探测装置，该超声波探测装置具有安装到电气绝缘的细长元件上的超声波传感器装置。

【技术特征摘要】
AU 2000-8-29 PQ97511.一种用于探测电气设备中局部放电的装置，包括超声波探测装置，该超声波探测装置具有安装到电气绝缘的细长元件上的超声波传感器装置。2.如权利要求1所述的用于探测局部放电的装置，还包括用于探测射频(RF)脉冲或波的传感器装置。3.如权利要求2所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，RF传感器装置包括天线，该天线从包括铁氧体磁心天线、螺线管、调谐电路、或电容式金属板的组中选取。4.如权利要求2所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，RF传感器装置可安装在细长元件之内。5.如权利要求2所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，超声波传感器装置封装在封装物之内，而RF传感器装置安装在该封装物之内。6.如权利要求2所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，超声波传感器装置和射频传感器装置安装在细长元件的一端或其附近。7.如权利要求1所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，细长元件包括具有中腔的细长管。8.如权利要求7所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，细长管由从包括电气绝缘等级的玻璃纤维材料、热塑性塑料材料、热固树脂和陶瓷的组中选取的材料制成。9.如权利要求1所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，超声波传感器装置固定安装在细长元件上。10.如权利要求1所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，超声波传感器装置的取向可以通过操纵控制装置加以调节，该控制装置安装在细长元件的远离超声波传感器装置的一端或其附近。11.如权利要求1所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，超声波传感器装置包括陶瓷/聚合物合成物材料形成的压电元件，陶瓷是从包括多晶钛酸铅、锆钛酸铅(PZT)、铌酸铅和钛酸钡的组中选取的，而聚合物是从包括环氧树脂、聚亚安酰、硅树脂和BakeliteTM的组中选取的。12.如权利要求1所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，超声波传感器装置是由压电聚合材料形成的。13.如权利要求7所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，至少一个信号传输电缆从超声波传感器装置通过细长元件的中腔延伸到细长元件远离传感器装置的一端。14.如权利要求1所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，细长元件可安装到支撑装置内，而支撑装置可安装到电气设备上，且超声波传感器装置定位在该设备中，而细长元件以其远离超声波传感器的端部定位在支撑装置之外的方式穿过支撑装置。15.如权利要求14所述的用于探测局部放电的装置，其特征在于，支撑装置可安装到变压器上，该变压器是从包括高压变压器、仪表变压器、电...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫昂斯沃思，戴维塔利斯，
申请(专利权)人：西门子有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]