本发明专利技术涉及一种电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器，采用同心双环闭合磁芯结构，内层为过滤磁芯，外层为检测磁芯。同相绕组的进线电缆、出线电缆穿过所述过滤磁芯的内部，沿轴线对称设置；检测磁芯上设置零磁通检测线圈以及零磁通补偿线圈；有源调理电路对所述零磁通检测线圈产生的感应电动势进行信号处理后输出。本发明专利技术采用单相差分测量方式，相比于基于零序电流检测的方式，避免系统非对称运行产生的不平衡电流对泄漏电流测量的影响。采用同心双环磁芯结构，能够过滤负荷电流的磁场干扰，大幅提高泄漏电流检测的信噪比，且能够减小电缆位置轻微不对称性带来的影响。采用闭环铁芯能够减小震动等工况造成的电流矢量干扰问题。
【技术实现步骤摘要】
一种电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器
本专利技术涉及电流传感器
，尤其涉及一种电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器。
技术介绍
电力设备工作环境复杂，安装后需长时间投入运行，有必要实时在线监测这些设备的运行状况。由于电力设备绝缘长期处于强电场、高污染的运行环境中，老化失效引起的贯穿性故障成为引发电网重大停电事故的重要原因之一。工程上，电力设备绝缘老化状态监测方法大多是基于物理化学量，包括声、光、气体、热和超特高频的电磁波信号。这些物理化学量信号是由绝缘材料发生老化后产生的局部放电现象造成的，需要通过特殊的传感器才能将这些信号监测出来。然而，这类基于物理化学量的在线监测方法，往往受到传感器安装侵入性、监测灵敏度不足以及结果解释机理复杂等缺点。事实上，电力设备的绝缘系统可以视为由若干电阻电容并联的复杂等效电路。绝缘老化将直接造成绝缘等效电路中的电阻分量减小、电容分量增大。对应地，流经绝缘系统的泄漏电流将随着老化缓慢增大。换句话说，绝缘老化造成的直观现象是电力设备的对地泄漏电流增大，泄漏电流是衡量电力设备绝缘状况最简单最直接的指标。然而，准确测量该泄漏电流是具备挑战的。一方面，由于绝缘等效阻抗非常大，泄漏电流幅值很小，高压电力设备(包括大型发电机、输配电变压器、中小型电机等)的泄漏电流大约在几百微安到十几个毫安之间。另一方面，泄漏电流常常淹没在大负荷电流和环境干扰噪声之中，精准提取泄漏电流信息变得非常困难。目前，工业上有两种模式的泄漏电流传感器，分别是基于零序电流量和差分电流量。基于零序方式的泄漏电流传感器也可以看作是一种监测不平衡电流的传感器。通常，电力设备的三相电缆穿过传感器，流经电缆的总体不平衡电流将被量测出来。然而，所测电流里可能包含了由于系统非对称运行产生的不平衡电流，从而导致微小的泄漏电流无法准确测量。另一种基于差分方式的泄漏电流传感器能够有效避免系统非对称运行产生的影响，即每相绕组的进线和出线同时穿过该传感器，且传导电流方向相反，泄漏电流即为差分电流。换句话说，当没有泄漏电流时，传感器内的电流矢量和为0；当泄漏电流特征表现出来后，传感器内的电流矢量很大程度上由泄漏电流决定。然而，监测结果仍然还受到负荷电流的影响。这是因为，进线和出线存在一定的绝缘距离，两个反向负荷电流产生的强磁场在空间上并不能完全抵消，使得磁环上的磁场分布不仅仅是由差分泄漏电流决定，同时还包括负荷电流产生的强磁场；此外，一旦进线和出线位置的对称性受到破坏，也会导致检测结果的误差。也就是说，现有的基于差分测量方式的泄漏电流传感器尚未深入考虑负荷电流对泄漏电流测量信噪比的影响，磁场检测方式和传感器结构设计有待进一步选择和优化。基于上述分析，本领域亟需一种可靠的电力设备用绝缘泄漏电流测量传感器，实现具备负荷波动鲁棒性的高精度、高信噪比的泄漏电流在线监测，实时掌握电力设备在线运行状态，有效降低故障发生率，促进电力系统安全、经济、优质运行。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器，实现泄漏电流在线监测，实时掌握电力设备在线运行状态，有效降低故障发生率。为达到上述目的，本专利技术提供了一种电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器，包括检测磁芯、过滤磁芯、进线电缆、出线电缆、零磁通检测线圈、零磁通补偿线圈以及有源调理电路；所述检测磁芯和所述过滤磁芯为同轴磁环，所述过滤磁芯设置在内部；同相绕组的进线电缆和出线电缆穿过所述过滤磁芯的内部，沿轴线对称设置；所述检测磁芯上设置零磁通检测线圈以及零磁通补偿线圈；所述零磁通检测线圈内生成与泄漏电流对应的感应电动势，所述零磁通补偿线圈上产生与所述零磁通检测线圈上大小相等方向相反的感应电动势，使得所述检测磁芯处于零磁通状态；所述有源调理电路对所述零磁通检测线圈产生的感应电动势进行信号处理后输出。优选的，所述检测磁芯和所述过滤磁芯均为闭合磁芯，材质为坡莫合金材质。优选的，所述零磁通检测线圈及零磁通补偿线圈为双股并绕的绞线线圈，匝数相等。优选的，所述有源调理电路输出的电压大小与所述泄漏电流成正比。优选的，还包括屏蔽外壳，为金属壳体，包覆在所述检测磁芯外部。优选的，所述有源调理电路包括一级放大器、直流滤波单元、动态压流转换电路、反相放大器以及二级放大器；所述零磁通检测线圈上产生感应电动势，经过一级放大器后，进入直流滤波单元，将信号中的直流分量过滤掉后送入动态压流转换电路；动态压流转换电路包括转换电阻和分流电阻；一级放大器放大后的感应电动势作用在分流电阻上，转换电阻将一级放大器放大后的感应电动势转换为电流信号；当检测铁芯一次侧电流改变时，分流电阻支路实现动态电流调节作用，转换电阻支路电流送入零磁通补偿线圈，实时改变零磁通补偿线圈上的感应电动势；零磁通补偿线圈上的感应电动势再经过反向放大器与二级放大器，输出的电压信号与待检测的漏电流信号极性相同。优选的，所述有源调理电路的整体放大倍数Au0由下式计算：Au0＝Af1*Af2*Af3/Nturns其中Af1为一级放大器的放大倍数，Af2为反向放大器的放大倍数，Af3为二级放大器的放大倍数，Nturns为所述零磁通检测线圈的匝数。优选的，泄漏电流Ileak为：Ileak＝Vout/Au0Vout为输出电压。优选的，所述检测磁芯和所述过滤磁芯为同轴方形磁环。优选的，所述检测磁芯和所述过滤磁芯为同轴圆形磁环。本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：(1)本专利技术采用单相差分测量方式，相比于基于零序电流检测的方式，避免系统非对称运行产生的不平衡电流对泄漏电流测量的影响。(2)本专利技术采用同心双环磁芯结构：相比于单磁芯传感器，由于内层磁芯为过滤层，能够过滤负荷电流的磁场干扰，大幅提高泄漏电流检测的信噪比，且能够减小电缆位置轻微不对称性带来的影响。(3)本专利技术的检测层采用闭环铁芯：相比于需要开气隙的基于磁场传感器的检测方式，能够减小震动等工况造成的电流矢量干扰等问题；选择最优的磁场检测位置，绕制零磁通线圈，获得响应速度快、精度高的泄漏电流。(4)本专利技术的检测结果不受负荷电流变化影响，无需静态补偿；检测结果不受制造工艺影响，如绕组绕制的不均匀性；基于双股绞线线圈，避免检测线圈和补偿线圈之间的分布杂散参数影响；检测结果不受环境因素变化影响，如温度、湿度变化对线圈参数的影响；当差分电流较大时，铁芯不存在饱和现象，检测结果与差分漏电流在宽量程范围内保证良好的线性度。(5)本专利技术采用同心双环方形磁芯相进一步减小外壳的空间尺寸，便于安装固定。附图说明图1为双磁芯传感器结构示意图；图2为有源调理电路组成示意图；图3为输出信号和输入信号泄漏电流关系示意图；图4为本专利技术应用于电力设备单相绝缘泄漏电流测量的接线配置图。图5为圆形磁环传感器结构示意图。具体实施方式为使本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器，其特征在于，包括检测磁芯(2)、过滤磁芯(3)、进线电缆(4)、出线电缆(5)、零磁通检测线圈(6)、零磁通补偿线圈(7)以及有源调理电路(8)；/n所述检测磁芯(2)和所述过滤磁芯(3)为同轴磁环，所述过滤磁芯(3)设置在内部；/n同相绕组的进线电缆(4)和出线电缆(5)穿过所述过滤磁芯(3)的内部，沿轴线对称设置；/n所述检测磁芯(2)上设置零磁通检测线圈(6)以及零磁通补偿线圈(7)；所述零磁通检测线圈(6)内生成与泄漏电流对应的感应电动势，所述零磁通补偿线圈(7)上产生与所述零磁通检测线圈(6)上大小相等方向相反的感应电动势，使得所述检测磁芯(2)处于零磁通状态；所述有源调理电路(8)对所述零磁通检测线圈(6)产生的感应电动势进行信号处理后输出。/n
【技术特征摘要】
1.一种电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器，其特征在于，包括检测磁芯(2)、过滤磁芯(3)、进线电缆(4)、出线电缆(5)、零磁通检测线圈(6)、零磁通补偿线圈(7)以及有源调理电路(8)；
所述检测磁芯(2)和所述过滤磁芯(3)为同轴磁环，所述过滤磁芯(3)设置在内部；
同相绕组的进线电缆(4)和出线电缆(5)穿过所述过滤磁芯(3)的内部，沿轴线对称设置；
所述检测磁芯(2)上设置零磁通检测线圈(6)以及零磁通补偿线圈(7)；所述零磁通检测线圈(6)内生成与泄漏电流对应的感应电动势，所述零磁通补偿线圈(7)上产生与所述零磁通检测线圈(6)上大小相等方向相反的感应电动势，使得所述检测磁芯(2)处于零磁通状态；所述有源调理电路(8)对所述零磁通检测线圈(6)产生的感应电动势进行信号处理后输出。
2.根据权利要求1所述的电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器，其特征在于，所述检测磁芯(2)和所述过滤磁芯(3)均为闭合磁芯，材质为坡莫合金材质。
3.根据权利要求1或2所述的电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器，其特征在于，所述零磁通检测线圈(6)及零磁通补偿线圈(7)为双股并绕的绞线线圈，匝数相等。
4.根据权利要求1或2所述的电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器，其特征在于，所述有源调理电路(8)输出的电压大小与所述泄漏电流成正比。
5.根据权利要求1或2所述的电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感器，其特征在于，还包括屏蔽外壳(1)，为金属壳体，包覆在所述检测磁芯(2)外部。
6.根据权利要求1或2所述的电力设备绝缘泄漏电流的双磁芯传感...
【专利技术属性】
技术研发人员：张品佳，陆格野，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。