[發明專利]一種電力設備絕緣泄漏電流的雙磁芯傳感器

在審

• 申請號: 202010034396.7
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111157776A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 張品佳;陸格野
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R15/18
• 分類號: G01R15/18;G01R31/52;G01R31/56;G01R19/00;G01R31/12
• 代理公司: 北京中創云知識產權代理事務所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

本發明涉及一種電力設備絕緣泄漏電流的雙磁芯傳感器，采用同心雙環閉合磁芯結構，內層為過濾磁芯，外層為檢測磁芯。同相繞組的進線電纜、出線電纜穿過所述過濾磁芯的內部，沿軸線對稱設置；檢測磁芯上設置零磁通檢測線圈以及零磁通補償線圈；有源調理電路對所述零磁通檢測線圈產生的感應電動勢進行信號處理后輸出。本發明采用單相差分測量方式，相比于基于零序電流檢測的方式，避免系統非對稱運行產生的不平衡電流對泄漏電流測量的影響。采用同心雙環磁芯結構，能夠過濾負荷電流的磁場干擾，大幅提高泄漏電流檢測的信噪比，且能夠減小電纜位置輕微不對稱性帶來的影響。采用閉環鐵芯能夠減小震動等工況造成的電流矢量干擾問題。

技術領域

本發明涉及電流傳感器技術領域，尤其涉及一種電力設備絕緣泄漏電流的雙磁芯傳感器。

背景技術

電力設備工作環境復雜，安裝后需長時間投入運行，有必要實時在線監測這些設備的運行狀況。由于電力設備絕緣長期處于強電場、高污染的運行環境中，老化失效引起的貫穿性故障成為引發電網重大停電事故的重要原因之一。工程上，電力設備絕緣老化狀態監測方法大多是基于物理化學量，包括聲、光、氣體、熱和超特高頻的電磁波信號。這些物理化學量信號是由絕緣材料發生老化后產生的局部放電現象造成的，需要通過特殊的傳感器才能將這些信號監測出來。然而，這類基于物理化學量的在線監測方法，往往受到傳感器安裝侵入性、監測靈敏度不足以及結果解釋機理復雜等缺點。

事實上，電力設備的絕緣系統可以視為由若干電阻電容并聯的復雜等效電路。絕緣老化將直接造成絕緣等效電路中的電阻分量減小、電容分量增大。對應地，流經絕緣系統的泄漏電流將隨著老化緩慢增大。換句話說，絕緣老化造成的直觀現象是電力設備的對地泄漏電流增大，泄漏電流是衡量電力設備絕緣狀況最簡單最直接的指標。然而，準確測量該泄漏電流是具備挑戰的。一方面，由于絕緣等效阻抗非常大，泄漏電流幅值很小，高壓電力設備(包括大型發電機、輸配電變壓器、中小型電機等)的泄漏電流大約在幾百微安到十幾個毫安之間。另一方面，泄漏電流常常淹沒在大負荷電流和環境干擾噪聲之中，精準提取泄漏電流信息變得非常困難。

目前，工業上有兩種模式的泄漏電流傳感器，分別是基于零序電流量和差分電流量。基于零序方式的泄漏電流傳感器也可以看作是一種監測不平衡電流的傳感器。通常，電力設備的三相電纜穿過傳感器，流經電纜的總體不平衡電流將被量測出來。然而，所測電流里可能包含了由于系統非對稱運行產生的不平衡電流，從而導致微小的泄漏電流無法準確測量。

另一種基于差分方式的泄漏電流傳感器能夠有效避免系統非對稱運行產生的影響，即每相繞組的進線和出線同時穿過該傳感器，且傳導電流方向相反，泄漏電流即為差分電流。換句話說，當沒有泄漏電流時，傳感器內的電流矢量和為0；當泄漏電流特征表現出來后，傳感器內的電流矢量很大程度上由泄漏電流決定。然而，監測結果仍然還受到負荷電流的影響。這是因為，進線和出線存在一定的絕緣距離，兩個反向負荷電流產生的強磁場在空間上并不能完全抵消，使得磁環上的磁場分布不僅僅是由差分泄漏電流決定，同時還包括負荷電流產生的強磁場；此外，一旦進線和出線位置的對稱性受到破壞，也會導致檢測結果的誤差。也就是說，現有的基于差分測量方式的泄漏電流傳感器尚未深入考慮負荷電流對泄漏電流測量信噪比的影響，磁場檢測方式和傳感器結構設計有待進一步選擇和優化。

基于上述分析，本領域亟需一種可靠的電力設備用絕緣泄漏電流測量傳感器，實現具備負荷波動魯棒性的高精度、高信噪比的泄漏電流在線監測，實時掌握電力設備在線運行狀態，有效降低故障發生率，促進電力系統安全、經濟、優質運行。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種電力設備絕緣泄漏電流的雙磁芯傳感器，實現泄漏電流在線監測，實時掌握電力設備在線運行狀態，有效降低故障發生率。

為達到上述目的，本發明提供了一種電力設備絕緣泄漏電流的雙磁芯傳感器，包括檢測磁芯、過濾磁芯、進線電纜、出線電纜、零磁通檢測線圈、零磁通補償線圈以及有源調理電路；