三维弱磁传感器及开关柜局部放电弱磁检测方法技术

本发明专利技术涉及一种三维弱磁传感器，其为三分量垂直结构，所述三维弱磁传感器设置有三个测磁传感器，用于测量空间中任意方向上放电产生的磁场；本发明专利技术还提供一种开关柜局部放电弱磁检测方法，包括：在开关柜前设置一个三维弱磁传感器；测量所述三维弱磁传感器与开关柜之间的距离；根据所述三维弱磁传感器测得的x轴、y轴和z轴三个方向的磁场分量之间的差值来检测局部放电的放电方向；通过所述三维弱磁传感器检测到磁场大小来计算放电量的大小，并根据放电量的大小来判断放电类型；本发明专利技术还提供另一种包含两个三维弱磁传感器的局部放电弱磁检测方法，检测精度更高。本发明专利技术检测精度高，检测过程无需人工参与。

【技术实现步骤摘要】
三维弱磁传感器及开关柜局部放电弱磁检测方法
本专利技术涉及局部放电检测
，特别是涉及三维弱磁传感器及开关柜局部放电弱磁检测方法。
技术介绍
随着经济的高速发展，电力系统在不断的发展和更新换代，电力系统在运行过程中，开关柜及线缆都会存在“局部放电”现象。所谓“局部放电”是指在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电而并没有形成贯穿性放电通道的一种放电。产生局部放电的主要原因是电介质不均匀时，绝缘体各区域承受的电场强度不均匀，在某些区域电场强度达到击穿场强而发生放电，而其它区域仍然保持绝缘的特性。大型电气设备的绝缘结构比较复杂，使用的材料多种多样，整个绝缘系统电场分布很不均匀。由于设计或制造工艺上不尽完善使绝缘系统中含有气隙，或是在长期运行过程中绝缘受潮，水分在电场作用下发生分解产生气体而形成气泡。因为空气的介电常数比绝缘材料的介电常数小，即使绝缘材料在不太高的电场作用下，气隙气泡部位的场强也会很高，当场强达到一定值后就会发生局部放电。另外绝缘内部存在缺陷或混入各种杂质，或者在绝缘结构中存在某些电气连接不良，都会使局部电场集中，在电场集中的地方就有可能发生固体绝缘表面放电和悬浮电位放电。局部放电会形成瞬时电流。根据电生磁的原理，局部放电形成电厂的同时，在放电部位就会形成瞬时磁场。局部放电原理：在开关柜内部，不同区域的电场强度是不同的，因为某些原因，局部区域场强较大，造成绝缘局部短路发生放电但是没有形成持续的放电通道，绝缘没有被击穿，这种现象被称为局部放电。一般来说，局部放电对绝缘介质的电气性能影响较小，但是当局部放电强度较大且长时间得不到维修时，尤其是在高压开关柜中，对绝缘损害较大。局部放电的发生位置受到开关柜内电场分布和绝缘性能的影响，通常发生在电场强度大，绝缘性能低的位置。局部放电的原因主要有三类：(1)绝缘内部或表面存在气隙或者气泡。在交变电场中，电场强度反比于介电常数，因为气体的介电常数比液体和固体的介电常数小，所以气隙或者气泡的电场强度大于周围的液体和固体，而一般情况下气体的击穿场强又小于液体和固体，因此在气隙或者气泡处容易发生局部放电。绝缘内部存在的气泡可能是生产过程中产生的，或者在运行过程中因为发生化学反应等产生的。(2)绝缘内部存在杂质，导体存在尖端导致电场集中，非带电导体形成悬浮电位体，与其他部分之间存在很高的电位差，从而造成局部放电。(3)与空气直接接触的高压端面和空气的交界面上发生局部放电。一般放电源都在开关柜内部，而检测传感器一般在柜体的内部或者外部。有可能安放在开关柜上，也有可能安装在距离开关柜一定距离的地面上。局部放电的检测方法：局部放电发生过程经常伴有声、光、电和热等物理现象以及化学分解。依照表征这些现象的不同的物理量，例如：电脉冲、超声波、电磁波、光和热等。通过检测这些物理量，对应不同的检测方法，实现放电现象的检测和分析，进而分析局部放电的严重程度和绝缘状态。目前，国内外常用的局部放电检测方法有两类，一类是电检测法，一类是非电检测法。其中，电检测方法有着较高的灵敏度，能够实现定量检测；而非电检测法，其灵敏度较低，不能实现定量检测。实际应用中，通常将电检测法和非电检测法相结合。电检测法主要有：暂态地电波检测法、脉冲电流法、高频脉冲电流法、特高频法以及无线电影响电压法等。非电检测法主要有：温度检测法、超声波检测法和光检测法等。(1)脉冲电流法局部放电引起电荷转移，将产生高频的脉冲电流信号，在阻抗、高压开关柜接地线、外壳接地线等位置可检测到局部放电引起的脉冲电流信号，从而获得视在放电量。脉冲电流法反应灵敏，测量准确度高，测量信号信息丰富，在国内外得到了广泛应用。在很多非电法检测局部放电的实验中，经常使用脉冲电流法作为对比。(2)化学检测法由于变压器中的油纸绝缘材料在局部放电过程中受到热、电等原因发生劣化，并会氧化产生不同种类的气体，通过对生成气体的组成成分和浓度进行分析，即可判断出局部放电是否发生以及发生的大致部位，这种检测方法称为化学检测法。局部放电产生的气体主要包括CH4、C2H2、C2H4、C2H6、H2、CO和CO2等。(3)超声波检测法在发生局部放电的位置，分子的运动程度加剧，宏观上产生机械振动，从而产生了声波。超声波检测法利用安装在变压器上的超声波传感器对变压器发生局放时产生的超声波信号进行检测。由于超声波传感器是安装在设备的外壳上，对变压器的运行没有任何影响，同时也不受变压器内部复杂的电、磁、热等干扰，易于实现对内部绝缘局部缺陷的准确定位。(4)光测法由于局部放电时会产生的发光、发热现象，通过光电传感器测量变压器中的紫外线、可见光、红外线等光辐射信号的检测方法称为光测法。光电传感器测量的光信号不受现场电磁干扰的影响，即光测法具有抗干扰能力强的优点。(5)特高频法局部放电辐射出特高频(UltraHighFrequency，UHF)电磁波，频率在300MHz到3GHz之间，检测频段高可以避开一些电气操作产生的干扰，抗干扰能力强，灵敏度高。(6)粒子检测法超声波粒子解析设备可以针对发生局部放电后空气中的电子和杂质粒子的成分浓度等进行分析。由于局部放电也分为多种类型，有些只针对空气，绝缘固体并没有被分解，所以测量条件受限制并且粒子易受外部环境杂质干扰。(7)红外热像法由于电气设备发生局部放电时伴随着很剧烈的电子相对运动，导致其红外谱图与正常运行时局部有明显差异，可以通过热成像法利用远红外探测设备来实现局部放电检测。外界温度相对较高时，成像结果颜色区分不明显，而且需要有导热性好的介质，导致其无法推广，目前多用于变压器设备检测。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种三维弱磁传感器及开关柜局部放电弱磁检测方法，通过三维弱磁传感器能够准确测量开关柜局部放电的方位和大小。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种三维弱磁传感器，所述三维弱磁传感器为三分量垂直结构，所述三维弱磁传感器在x轴、y轴和z轴方向都设置有一个测磁传感器，三个方向上的测磁传感器互相垂直；三个所述测磁传感器用于同时测量空间中任意方向上放电产生的磁场。所述测磁传感器为TMR磁传感器。所述三维弱磁传感器的封装尺寸为30mm×30mm×30mm。所述三维弱磁传感器的供电电流形式为毫安。本专利技术还提供一种开关柜局部放电弱磁检测方法，包括：步骤(1)：在开关柜前设置一个上述三维弱磁传感器；步骤(2)：测量所述三维弱磁传感器与开关柜之间的距离；步骤(3)：根据所述三维弱磁传感器测得的x轴、y轴和z轴三个方向的磁场分量之间的差值来检测局部放电的放电方向；步骤(4)：通过所述三维弱磁传感器检测到的x轴、y轴和z轴方向上的磁场分量来计算放电量的大小，并根据放电量的大小来判断放电类型。所述步骤(3)中若开关柜局部放电方向与所述三维弱磁传感器的x轴方向平行，则y本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维弱磁传感器，其特征在于，所述三维弱磁传感器为三分量垂直结构，所述三维弱磁传感器在x轴、y轴和z轴方向都设置有一个测磁传感器，三个方向上的测磁传感器互相垂直；三个所述测磁传感器用于同时测量空间中任意方向上放电产生的磁场。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维弱磁传感器，其特征在于，所述三维弱磁传感器为三分量垂直结构，所述三维弱磁传感器在x轴、y轴和z轴方向都设置有一个测磁传感器，三个方向上的测磁传感器互相垂直；三个所述测磁传感器用于同时测量空间中任意方向上放电产生的磁场。


2.根据权利要求1所述的三维弱磁传感器，其特征在于，所述测磁传感器为TMR磁传感器。


3.根据权利要求1所述的三维弱磁传感器，其特征在于，所述三维弱磁传感器的封装尺寸为30mm×30mm×30mm。


4.根据权利要求1所述的三维弱磁传感器，其特征在于，所述三维弱磁传感器的供电电流形式为毫安。


5.一种开关柜局部放电弱磁检测方法，其特征在于，包括：
步骤(1)：在开关柜前设置一个如权利要求1-4中任一所述三维弱磁传感器；
步骤(2)：测量所述三维弱磁传感器与开关柜之间的距离；
步骤(3)：根据所述三维弱磁传感器测得的x轴、y轴和z轴三个方向的磁场分量之间的差值来检测局部放电的放电方向；
步骤(4)：通过所述三维弱磁传感器检测到的x轴、y轴和z轴方向上的磁场分量来计算放电量的大小，并根据放电量的大小来判断放电类型。


6.根据权利要求5所述的开关柜局部放电弱磁检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中若开关柜局部放电方向与所述三维弱磁传感器的x轴方向平行，则y轴和z轴方向测磁传感器的检测值为零；若开关柜局部放电方向与y轴方向平行，则x轴和z轴方向测磁传感器的检测值为零，若开关柜局部放电方向与z轴方向平行，则x轴和y轴方向测磁传感器的检测值为零。


7.根据权利要求5所述的开关柜局部放电弱磁检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中三维弱磁传感器检测到的磁场值包括局部放电产生的磁场、吸收损耗和反射损耗，所述三维测磁传感器检测到的放电点磁场大小的公式为：
Bs＝C1Bsinθ3+C2A+C3R
其中，θ3为放电方向与三维弱磁传感器的磁敏感方向之间的夹角，C1、C2、C3为修正常数，B为无损耗情况下的理论磁场值且μ0为真空磁导率，a为三维弱磁传感器与放电电流之间的距离，θ1为放电方向与三维弱磁传感器到放电初始端连线的夹角，θ2为放电方向与三维弱磁传感器到放电终止端连线的夹角，A为局部放电产生的磁场吸收损耗且R为局部放电产生的磁场反射损耗且b为屏蔽厚度，μr为屏蔽材料的相对磁导率，σr为屏蔽材料的相对电导率，f为磁场的频率；
根据检测到的磁场大小来计算局部放电量大小，公式为：
Q＝Idt
其中，Q为放电量，I为放...

【专利技术属性】
技术研发人员：于润桥，马宗超，夏桂锁，程强强，程东方，胡博，
申请(专利权)人：上海达铭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31