專利名稱：大尺徑磁芯傳感器的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實用新型涉及一種傳感器，特別涉及一種用于大型電力設(shè)備絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測的大尺徑磁芯式電流傳感器。
采用磁芯傳感器因?qū)Т怕试龃罂梢源蟠筇岣哽`敏度和信噪比，從高壓引線端和套管末屏端定向耦合信號是兩者在電氣和幾何位置上最為接近的位置，可大大提高兩者的可比性。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用軟件而不是硬件來鑒別脈沖極性，識別獲取真實的局部放電信號，就會有效地進(jìn)行在線監(jiān)測。
運行中的大型電力設(shè)備如變壓器、發(fā)電機等如果發(fā)生故障，將對電力系統(tǒng)乃至國計民生都會產(chǎn)生災(zāi)難性后果。對電力設(shè)備局部放電進(jìn)行在線監(jiān)測，可以有效監(jiān)測電力設(shè)備運行狀態(tài)，提高安全運行水平。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是，該大尺徑磁芯式電流傳感器，由磁芯羅高夫斯基線圈、濾波及采樣單元、電磁屏蔽盒等構(gòu)成，其特點是，整個磁芯由多個條狀鐵氧體磁芯組成，由兩個開口磁芯對接起來使之呈封閉形狀，在磁芯上繞線圈，在線圈兩端串連高通濾波電容及采樣電阻；串聯(lián)電路的靈敏度要大于并聯(lián)電路，同時電容C對低頻信號有很好的濾波作用，根據(jù)仿真分析和實際試驗，可以確定合適的電容、電阻及線圈匝數(shù)等參數(shù)；為了有效抑制空間電磁干擾，提高線圈的抗干擾能力、機械性能，用金屬板制成半封閉式傳感器外殼，同時為了保證所需檢測的信號不會被屏蔽，將外殼的內(nèi)側(cè)設(shè)計為開放式，使耦合信號能夠順利進(jìn)入線圈。
本實用新型的大尺徑磁芯式電流傳感器的靈敏度可以達(dá)到100pC，響應(yīng)頻寬-3db下為50K～5MHz，分辨率為10μs，具有較好的線性度。
利用本實用新型的大尺徑磁芯式電流傳感器定向耦合極性鑒別及幅值鑒別，可以在以下范圍準(zhǔn)確識別局部放電信號時間長度為200ns～100μs、幅值為1mV～5000mV、時延小于500ns的α響應(yīng)信號。
參見

圖1、圖2，大尺徑磁芯式傳感器采用分段組合式制作磁芯。它由鐵氧體為磁芯的羅高夫斯基線圈、濾波及采樣單元、電磁屏蔽盒等構(gòu)成。
如圖1(a)所示，整個磁芯由多個條狀鐵氧體磁芯組成，由兩個開口磁芯對接起來使之呈封閉多邊形、圓形等形狀。磁芯的相對磁導(dǎo)率遠(yuǎn)高于非磁芯材料，保證了傳感器具有較高的靈敏度。
磁芯繞好線圈后，見圖1(b)，在線圈兩端串連高通濾波電容及采樣電阻。串聯(lián)電路的靈敏度要大于并聯(lián)電路，同時電容C對低頻信號有很好的濾波作用，根據(jù)仿真分析和實際試驗，可以確定合適的電容、電阻及線圈匝數(shù)等參數(shù)。(以安裝在110KV高壓套管底座的傳感器為例，電容值定為0.01μF，電阻為1KΩ，線圈匝數(shù)為37匝。)為了有效抑制空間電磁干擾，提高線圈的抗干擾能力、抗振性，用金屬板制成半封閉式傳感器外殼，傳感器的外殼直接接地，對電、磁干擾的屏蔽效果良好。同時為了保證所需檢測的信號不會被屏蔽，將外殼的內(nèi)側(cè)設(shè)計為開放式，使耦合信號能夠順利進(jìn)入線圈。
本實用新型的大尺徑磁芯式電流傳感器的靈敏度可以達(dá)到100pC，響應(yīng)頻寬-3db下為50K～5MHz，分辨率為10μs，具有較好的線性度。
利用本實用新型的大尺徑磁芯式電流傳感器定向耦合極性鑒別及幅值鑒別，可以在以下范圍準(zhǔn)確識別局部放電信號時間長度為200ns～100μs、幅值為1mV～5000mV、時延小于500ns的α響應(yīng)信號。
實施例對某電廠#2主變壓器進(jìn)行的試驗如下離線狀態(tài)下，根據(jù)國標(biāo)GB7354-87，在A相高壓出線端與變壓器外殼之間注入上升沿為45ns、電荷量為1000pC的脈沖。圖3、4分別為500MHz帶寬示波器(TektronixTDS3052)顯示的A相兩個傳感器的時域響應(yīng)，兩個傳感器耦合到的信號不但信噪比很高，而且具有良好的α響應(yīng)，同時，兩者響應(yīng)到的最大脈沖幅值分別為0.3V及0.8V，時延20ns，為脈沖信號的后續(xù)處理如極性鑒別、獲取有效幅值信息等創(chuàng)造了必要條件。
從圖3、4中可以看到，對于模擬來自變壓器外部的脈沖干擾信號，兩個傳感器耦合到的信號第一個波極性相同，從而判斷為干擾信號，利用軟件判斷可以將它消除。
借助虛擬儀器，定向耦合脈沖極性及幅值鑒別的抗干擾方法試驗線路原理圖如圖5所示，圖中，傳感器a、b分別是矩形大傳感器和環(huán)形小傳感器，方波的輸入是大小為1000pc的模擬脈沖。當(dāng)方波的正端接到1點的時候，方波模擬干擾；當(dāng)方波正端接到2點的時候，方波模擬變壓器放電。
分別將方波的正端接至1、2兩點，示波器中得到大、小傳感器的波形如圖6所示。(a)為模擬干擾時大傳感器采耦合的信號，時間軸長度為10μs，放大器衰減1000倍；(b)為模擬干擾時小傳感器耦合的信號，時間軸長度為10μs，放大器衰減為100倍；(c)為模擬放電時大傳感器耦合的信號，時間軸長度為20μs，放大器衰減為1000倍；(d)為模擬放電時小傳感器耦合的信號，時間軸長度為20μs，放大器衰減為1000倍。
從圖6中可以看到，當(dāng)模擬干擾時，大、小傳感器耦合到的脈沖方向相同；相反，當(dāng)模擬放電時，大、小傳感器耦合到的脈沖方向相反。并且，當(dāng)同為干擾脈沖時，兩個振蕩脈沖的最大峰值同極性；當(dāng)同為放電脈沖時，兩個振蕩脈沖的最大峰值異極性。由此，軟件可以較好地識別放電與干擾。
采用本實用新型的大尺徑磁芯式電流傳感器，在進(jìn)行在線監(jiān)測電力系統(tǒng)中大型變壓器、互感器、電抗器等局部放電，可以減少事故發(fā)生，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，從而獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
上述僅是本實用新型的較佳的實施例，但本實用新型不限于該實施例，凡依本實用新型的技術(shù)方案所作的等效變換，均應(yīng)屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種大尺徑磁芯式電流傳感器，其特征在于，由采用分段組合式鐵氧體為磁芯的羅高夫斯基線圈、濾波及采樣單元、電磁屏蔽盒構(gòu)成；整個磁芯由多個條狀鐵氧體磁芯組成，由兩個開口磁芯對接起來使之呈封閉形狀；所述濾波及采樣單元是，在磁芯繞好線圈后，在線圈兩端串連高通濾波電容C及采樣電阻R；串聯(lián)電路的靈敏度要大于并聯(lián)電路，同時電容C對低頻信號有很好的濾波作用，根據(jù)仿真分析和實際試驗，可以確定合適的電容、電阻及線圈匝數(shù)等參數(shù)；電磁屏蔽盒用金屬板制成半封閉式外殼，將外殼的內(nèi)側(cè)設(shè)計為開放式，使耦合信號能夠順利進(jìn)入線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺徑磁芯式電流傳感器，其特征在于，所述兩個開口磁芯對接起來使之呈封閉的形狀為“回”字正方形、六邊形、圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺徑磁芯式電流傳感器，其特征在于，所述合適的電容、電阻及線圈匝數(shù)的參數(shù)為電容值定為0.01-0.1μF，電阻為500-3KΩ，線圈匝數(shù)為30-50匝。
專利摘要本實用新型公開了一種大尺徑磁芯式電流傳感器，適用于變壓器、電抗器、互感器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，它安置在變壓器高壓出線套管底座法蘭處，耦合通過高壓引線的局部放電信號。磁芯繞好線圈后，在線圈兩端串連高通濾波電容及采樣電阻，串聯(lián)電路的靈敏度要大于并聯(lián)電路，且對低頻信號有很好的濾波作用。用金屬制成的半封閉式傳感器外殼，耦合高壓出線端信號的同時，還可以有效抑制空間電磁干擾，并可防止雨水、灰塵等，提高線圈的抗干擾能力、抗振性。通過定向耦合脈沖極性及幅值鑒別的抗干擾方法，采用軟件確認(rèn)和比較裝在套管法蘭處和裝在套管末屏的大小兩個傳感器采集到的脈沖的極性或幅值來鑒別局部放電和外來的干擾。
文檔編號G01R31/02GK2569159SQ0226200
公開日2003年8月27日 申請日期2002年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月30日
發(fā)明者徐陽, 邱昌容, 方瓊, 曹曉瓏, 盧相國 申請人:西安交通大學(xué)