[發明專利]一種基于各向異性磁阻電橋的容性設備在線監測裝置

有效

• 申請號: 201310520954.0
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103558467A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 趙建寧;錢海;王奇;常安;鄧軍;胡軍;歐陽勇;何金良;王善祥
• 申請（專利權）人: 中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司;清華大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 黃培智

技術領域

本發明涉及電力系統量測和在線監測技術領域，具體涉及一種基于各向異性磁阻電橋的容性設備在線監測裝置，尤其是一種采用各向異性磁阻效應（AMR）磁電阻為傳感元件的實時在線監測傳感器。

背景技術

容性設備是指絕緣結構采用電容的電氣設備，電流系統中的變壓器套管、電流互感器、電容式電壓互感器、耦合電容器等，均屬于該類，數量占到變電站電氣設備的40%～50%。高壓容性設備在長期的運行中，由于污穢、化學腐蝕、電腐蝕、發熱、機械應力等因素的影響，絕緣性能逐漸下降，可能導致嚴重缺陷。若未及時發現并采取措施，潛在缺陷進一步發展，可能引發絕緣擊穿，造成設備損壞，進而影響變電站的運行，甚至造成大面積停電事故，給電力系統和社會生產生活造成巨大經濟損失。

正常工作條件下，容性設備的容性電流、阻性電流和介質損耗正切表征了設備的性能狀態，當容性設備的阻性電流和介質損耗正切偏大時，表明該設備的絕緣性能下降，因此對容性設備的狀態如：設備電壓、設備電流、容性電流、阻性電流、介質損耗正切、等值電阻、等值電容，進行實時在線監測，可提前發現容性設備的絕緣缺陷，提供預警，并及時更換老化后的容性設備，對電力系統的安全運行具有重大意義。

一般的容性設備在線監測系統主要是通過電壓傳感器和電流傳感器分別測出容性設備的電壓、電流，通過FFT分析計算電壓幅值、電流幅值及兩者相位差，再推算出容性設備的阻性電流、容性電流和介質損耗正切等信息。由于設備的阻性電流非常小，正常情況下介質損耗很小，即電壓電流相位差接近0。而一般的容性設備在線監測系統由于電壓和電路信號是分別采集，因此對兩者采集的同步要求非常高，很小的時間上的誤差即可能造成阻性電流、容性電流和介質損耗正切的誤差很大，容易造成誤判，給正常變電站的運行造成麻煩。

因此針對上訴目前技術的缺點，本發明是在國家863計劃項目基金(2012AA050209)資助下，提出了一種基于各向異性磁阻電橋的容性設備在線監測方法及裝置。

發明內容

針對上述不足，本發明提供一種基于各向異性磁阻電橋的容性設備在線監測裝置，其能實時監測容性設備的電壓、電流、阻性電流、容性電流、等值電阻、等值電容及介質損耗正切。通過將電壓和電流的測量信號集成到一個傳感器的輸出信號中，在減少采集通道的同時，真正實現同步實時測量，避免因電壓、電流采集時間上的不同步而導致誤差，能顯著提高測量精度，實現變電站容性設備的高精度的實時在線監測和故障預警。

為實現以上目的，本發明采取的技術方案是：

一種基于各向異性磁阻電橋的容性設備在線監測裝置，其包括監測電路和容性設備，所述監測電路的輸入端標記為A端，其兩個輸出端分別標記為B端和C端，其接地端標記為D端，所述監測電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻和第六電阻，其中，所述A端與容性設備的輸出端相連，第一電阻和第三電阻串接后連接于A端和C端之間，第六電阻連接于A端和B端之間，第五電阻連接于C端和D端之間，第二電阻和第四電阻串接后連接于B端和D端之間，所述第一電阻和第二電阻為電阻相同的固定電阻，所述第三電阻和第四電阻為零場電阻率相等的第一異性磁電阻，所述第五電阻和第六電阻為零場電阻率相等的第二異性磁電阻。

所述容性設備等效為相并聯的等值電容和等值電阻，并聯后的一端與A端連接，另一端與接地線連接。

所述監測電路采用MEMS工藝集成于一芯片上。

所述監測電路緊貼于接地線上。

所述第一異性磁電阻和第二異性磁電阻的零場電阻率均相等，且二者的靈敏度系數的絕對值相同，其中，第一異性磁電阻的靈敏度系數為正，所述第二異性磁電阻的靈敏度系數為負。

監測電路通過MEMS工藝集成在一片很小的芯片上，同時可以緊貼在被測容性設備的地線上，體積非常小。監測電路的電壓輸出端通過后端的采集設備采集，并進行分析，從而計算出容性設備的阻性電流、容性電流、等值電阻、等值電容及介質損耗正切，同時將信號遠傳到變電站在線監測中心，為變電站提供實時的設備狀態信息及故障預警。

下面公式推導容性設備的阻性電流、容性電流、等值電阻、等值電容及介質損耗正切的計算方法。

令容性設備的輸出電壓u=Usinωt，則容性設備的電流i為：