專利名稱：用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器的制作方法
用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器
相關申請的參考
本申請基于2009年10月2日申請的日本在先專利申請No. 2009-230823并且要 求其優(yōu)先權的權益，在此通過參考引入。技術領域
這里所述的實施例通常涉及一種檢測在施加有高電壓的導體附近發(fā)生的局部放 電的裝置，尤其涉及一種檢測在氣體絕緣設備內(nèi)部發(fā)生的局部放電的局部放電檢測器，在 該氣體絕緣設備中該導體被絕緣。
背景技術：
在例如處理高電壓的變電站這樣的設施中，通常使用例如氣體絕緣開關、氣體絕 緣母線和氣體絕緣變壓器這樣的氣體絕緣設備，其中施加有高電壓的導體被氣體絕緣。在 氣體絕緣設備中，施加有高電壓的高壓導體被收納在充有絕緣氣體的密封金屬容器中，高 壓導體由絕緣體支撐。
在這種氣體絕緣設備中，已知如果該金屬容器具有接觸不良或金屬異物顆?；烊?的缺陷部分，則會從該缺陷部分發(fā)生局部放電。如果放置氣體絕緣設備內(nèi)的局部放電不管， 則不久會導致絕緣破壞，有發(fā)展為重大事故的危險。因此，早期檢測局部放電并通過實施例 如修補缺陷部分的對策將重大事故防于未然，是很重要的。作為對氣體絕緣設備的絕緣診 斷的預防保全技術，提出了檢測氣體絕緣設備內(nèi)的局部放電的檢測器。
作為氣體絕緣設備內(nèi)的局部放電的放電檢測器，已知有通過檢測電流、電磁波、聲 音、振動、光等來檢測局部放電的放電檢測器。其中，通過檢測由于局部放電而產(chǎn)生的電磁 波來判斷局部放電是否存在的裝置因其高的檢測靈敏度、高的S/N比、寬的檢測范圍等等 而備受關注。由于伴隨著局部放電的電磁波包含有頻率從幾十MHz到幾GHz范圍的頻率成 分，所以檢測相對容易檢測的UHF頻帶(300MHz至3GHz)的電磁波信號的方法已經(jīng)逐漸成 為主流。


圖1是示出了第一實施例的放電檢測器的外觀的視圖。
圖2是示出了第一實施例的放電檢測器的外觀的視圖。
圖3是示出了第一實施例的放電檢測器的結構的視圖。
圖4是示出了第一實施例的放電檢測器的原理和結構的視圖。
圖5A是示出了絕緣隔板30的直徑大于法蘭部分的外緣的一個實例的視圖。
圖5B是示出了法蘭部分的直徑大于絕緣隔板30的外圍表面的一個實例的視圖。
圖6是示出了第一實施例的放電檢測器的特性的實例的曲線圖。
圖7是示出了第二實施例的放電檢測器的外觀的視圖。
圖8是示出了第二實施例的放電檢測器的外觀的視圖。
具體實施方式
一個實施例的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器檢測由于充有絕緣氣體 的氣體絕緣電氣設備中的局部放電而產(chǎn)生的電磁波，其中施加有高電壓的導體支撐在設置 在多個盤狀絕緣板的中心上的導體支撐孔中，多個帶法蘭的導管形成密封容器，其法蘭部 分從兩個表面?zhèn)葦D壓夾住并且保持絕緣板的外緣部分。本實施例的用于氣體絕緣電氣設備 的局部放電檢測器的特征在于檢測電磁波的天線設置成通過能夠傳輸電磁波的彈性部件 與每個絕緣板的從帶法蘭的導管的法蘭部分暴露出來的部分接觸。
(第一實施例)
下面，將參考附圖詳細描述本發(fā)明的一個實施例。如圖1到4所示，第一實施例的 檢測器60 (局部放電檢測器)設置在氣體絕緣設備1的外側。
其上設置有本實施例的檢測器60的氣體絕緣設備1(氣體絕緣電氣設備)形成罩 住施加有高電壓的高壓導體50的圓柱形導電容器。特別地，氣體絕緣設備1包括分別具 有法蘭部分12和22并且收納高壓導體50的導管10和20 ；和絕緣隔板30，每個絕緣隔板 插入在法蘭部分12和22的端表面之間以支撐高壓導體50。
導管10和20是由金屬材料例如鋁或鐵制成的金屬管，并且當通過預定間隙從那 里隔開高壓導體50時罩住高壓導體50。如圖1所示，法蘭部分12和22通過絕緣隔板30 相互面對并被裝配螺栓40固定在一起。也即，導管10和20形成相互連接的導管。
如圖3和4所示，絕緣隔板30具有面對法蘭部分12和22的端表面并具有預定 厚度的環(huán)形部分30a ；和支撐高壓導體50同時保持高壓導體50與導管10和20非接觸且 遠離預定距離的支撐部分30b，并且絕緣隔板30的直徑與法蘭部分10，22的基本相同。例 如，絕緣隔板30是具有支撐高壓導體50的導體支撐孔的盤狀絕緣板，并且多個絕緣隔板分 別設置于每個預定長度的連接的導管。也即，每個絕緣隔板30不僅用作連接導管10和20 的隔板部件而且用作將高壓導體50支撐在導管10和20內(nèi)部的支撐部件。絕緣隔板30由 絕緣特性高至足以承受施加給高壓導體50的高電壓的材料制成。絕緣隔板30可以由例如 充鋁的環(huán)氧樹脂等制成。在被法蘭部分12和22夾在中間的每個絕緣隔板30的環(huán)形部分 30a的外周表面上，設置本實施例的檢測器60，同時將其與連接的導體10和20電絕緣。本 檢測器60檢測導管10和20內(nèi)發(fā)生的局部放電。
連接的導管10和20形成管狀導電容器，其是密封的并且收納高壓導體50。在連 接的導管10和20的內(nèi)部，充有絕緣氣體例如SF6,以便施加有高電壓的高壓導體50與導管 10和20絕緣。連接的導管10和20是電接地的。
接下來，參考圖2和3詳細描述本實施例的檢測器60的結構以及連接的導管10 和20與檢測器60之間的位置關系。
如圖2所示，本實施例的檢測器60包括平面槽天線61，其內(nèi)形成有槽64 ；連接器 62，輸出由槽天線61檢測到的電磁波；殼體63，形成為圍繞槽天線61的后表面；以及彈性 部件65，形成在槽天線61的前表面以覆蓋槽64。
槽天線61檢測從絕緣隔板30泄露的電磁波。槽天線61由例如矩形板狀導體例 如銅制成，并且形成彎曲形狀以便與絕緣隔板30的環(huán)形部分30a的外周表面(暴露部分) 匹配，并且具有長邊a和短邊b的槽64形成在槽天線61的大致中心部分上。槽64的形狀和尺寸根據(jù)將主要被檢測到的電磁波的頻率確定。這里，假設絕緣隔板30與槽天線61的 前表面直接接觸，槽64的長邊的長度可以通過以下表達式得到，此處，ε 33是絕緣隔板30 的相對絕緣常數(shù)，λ。是檢測中心頻率。
β = ^^..(1)
例如，如果絕緣隔板30的相對絕緣常數(shù)是3. 3，槽64的長邊的長度a是150 [mm]， 則檢測中心頻率是大約0. 55[GHz]。槽天線61設置在法蘭部分12和22附近以便槽64的 長邊與導管10和20的法蘭部分12和22的端表面平行。由于法蘭部分12和22電接地， 所以槽天線61設置成與法蘭部分12和22電絕緣。具體地，如圖3所示，絕緣層1 和2 形成在法蘭部分12和22的外緣上以防止槽天線61自身接地。順便提及，具有平面結構的 任何其他類型的天線可以用作槽天線61。
連接器62通過同軸電纜等連接到槽64的輸出端(一對長邊的部分或一對短邊的 部分)以輸出被槽天線61檢測到的電磁波。用于傳輸檢測到的電磁波的高頻信號的同軸 電纜70的一端連接到連接器62，信號處理單元80連接到同軸電纜70的另一端。
殼體63由導電材料制成并且在槽天線61的后表面形成共振腔。殼體63不僅用 于降低從檢測器60的外部所接收的噪音，而且用于提高槽天線61的方向性以便提高檢測 從絕緣隔板30泄露的電磁波的靈敏度。殼體63的形狀和尺寸根據(jù)要檢測的電磁波的主要 頻率確定，并且殼體63由導電材料例如銅制成。例如，殼體63具有這樣的寬度以至于槽64 的短邊方向的寬度t被表示為λ/2，其中λ是電磁波的檢測中心波長。殼體63可以由導 電板制成以形成極好的密封空間或者由網(wǎng)狀導體制成以形成電磁密封空間。
彈性部件65由具有彈性的絕緣材料制成并且插入在絕緣隔板30和槽天線61之 間。彈性部件65的作用為填充絕緣隔板30和槽天線61之間的間隙，因而防止穿過它們的 電磁波衰減。例如，彈性部件65具有矩形形狀，其尺寸大到足以覆蓋槽64，并且具有小于絕 緣隔板30的外周表面的寬度e的寬度c (小于絕緣隔板30的環(huán)形部分30a的厚度)。
這里，參考圖3描述法蘭部分12和22之間的連接部分的結構和檢測器60的位置 關系。
參考圖3，法蘭部分12和22將絕緣隔板30的環(huán)形部分30a夾入其中以固定絕緣 隔板30，但是法蘭部分12和22的外緣(圖3中的S1表面)和絕緣隔板30的外緣表面(圖 3中的&表面)沒有必要相互齊平。在圖3所示的實施例中，法蘭部分12和22的直徑大 于絕緣隔板30的直徑，也就是說，在外緣S1和導體50之間的距離大于外緣表面&和導體 50之間的距離。因此，如果檢測器60的槽天線61設置在法蘭部分12和22的外緣S1上， 則在法蘭部分12和22的端表面之間以及在絕緣隔板30的外緣表面&和槽天線61的前 表面之間形成間隙(空間)。這會削弱從絕緣隔板30泄露的電磁波。
因此，在本實施例的檢測器60中，彈性部件65插入在絕緣隔板30和槽天線61之 間，借此使用彈性部件65填充該間隙。因而，彈性部件65的厚度理想地等于或大于法蘭部 分12和22的外緣S1與絕緣隔板30的外緣表面&之間的距離。而且，彈性部件65的寬度 理想地等于或小于法蘭部分12和22的端表面之間的距離，同時保留緊固空邊。而且，彈性 部件65理想地由相對絕緣常數(shù)值基本等于或者盡可能接近絕緣隔板30的相對絕緣常數(shù)的 絕緣材料制成。這是為了防止從絕緣隔板30泄露的電磁波在絕緣隔板30和彈性部件65之間的接觸面上衰減?？梢杂米鲝椥圆考?5的材料有，例如Sorbo[Sorbothane 商標](聚 亞安酯)或者合成橡膠(氯丁二烯橡膠)，它們具有高彈性并且相對絕緣常數(shù)的值等于或者 接近絕緣隔板30的相對絕緣常數(shù)。這里，當彈性部件65插入絕緣隔板30和槽天線61之 間時槽64的長邊的長度a可以通過以下表達式得到，此處，ε 65是彈性部件65的相對絕緣 常數(shù)，λ。是檢測中心頻率。
以=‘----(2)2V^65
接下來，參考圖4描述檢測器60的信號處理單元80的結構。
如圖4所示，信號處理單元80具有匹配單元81、放大單元82、測量單元83和確定 單元84。匹配單元81包括將槽天線61與信號處理單元80匹配的匹配電路。匹配單元81 可以包括濾波器電路例如帶通濾波器。放大單元82通過匹配單元81放大從槽天線61接 收的高頻信號。測量單元83解調由放大單元82所放大的高頻信號以便測量接收到的電磁 波的信號電平(信號強度)、信號圖形(頻率特性)等等。確定單元84基于測量單元83的 測量結果，通過將測量結果與例如根據(jù)過去局部放電積累的數(shù)據(jù)或者事先通過實驗發(fā)現(xiàn)的 數(shù)據(jù)等等比較，確定由槽天線61所接收的電磁波是否歸因于局部放電，也即，是否發(fā)生了 局部放電。
(操作)
如圖4所示，當在氣體絕緣設備1的缺陷部分X上發(fā)生局部放電時，在導管10和 20內(nèi)產(chǎn)生幾十MHz至幾十GHz的電磁波(圖4中的虛線)。此時，由于導管10和20以密封 的方式互相連接，所以產(chǎn)生的電磁波以與它們通過波導管的方式相同的方式在導管10和 20內(nèi)傳播。
由于局部放電所產(chǎn)生的部分電磁波進入絕緣隔板30以穿過絕緣隔板30的外緣表 面&并且通過彈性部件65到達槽天線61的槽64。當電磁波到達槽64時，槽天線61從連 接器62輸出高頻信號。從連接器62輸出的高頻信號通過匹配單元81和放大單元82被發(fā) 送到測量單元83。測量單元83測量所接收的高頻信號的電平和頻率特性以將測量結果發(fā) 送到確定單元84。確定單元84根據(jù)測量結果確定局部放電是否存在并根據(jù)測定結果給用 戶報警。
根據(jù)本實施例的檢測器60，由于具有預定絕緣常數(shù)的彈性部件65設置在引導由 局部放電所產(chǎn)生的電磁波的絕緣隔板30和檢測電磁波的槽天線61之間，所以有可能降低 電磁波的傳播損失。也即提高了檢測器60的檢測靈敏度。而且，在本實施例的檢測器60 中，由于設置了在槽天線61的后表面上形成腔的殼體63，所以有可能提高檢測通過絕緣隔 板30所接收到的電磁波的靈敏度并且通過降低外部噪音提高S/N。這提高了確定局部放電 是否存在的精確度。
(實例)
下面，將要描述圖1到圖4所示的檢測器60的實例。槽天線61的槽64的長邊a 設為150[mm]，對于分別使用硅膠片、合成橡膠片以及Sorbothane片作為彈性部件65的實 例，檢查檢測局部放電的靈敏特性。作為比較實例，當如圖5A所示絕緣隔板30從法蘭部分 12和22的外緣突出并且槽天線61的前表面與絕緣隔板30直接接觸而沒有在它們之間插 入彈性部件65時、以及當如圖5B所示絕緣隔板30設置在法蘭部分12和22的外緣的稍深側并因此在絕緣隔板30和槽天線61之間存在間隙(當沒有提供彈性部件65時)時，也檢 查這些特性。所得的測量結果如圖6所示。
在圖6中，實線91是如圖5A所示當槽天線61的前表面與絕緣隔板30直接接觸時 的特性實例。短劃線92是當硅膠片用作彈性部件65時圖3所示的檢測器60的特性實例。 兩點劃線93是當合成橡膠片用作彈性部件65時圖3所示的檢測器60的特性實例。虛線 94是當Sorbothane片用作彈性部件65時圖3所示的檢測器60的特性實例。點線95是如 圖5B所示當在槽天線61和絕緣隔板30之間存在間隙時的特性實例。
如圖6所示，當槽天線61和絕緣隔板30相互接觸(實線91)時，在常用的槽天線 中(它的長邊的尺寸為前述的150[mm])獲得最高的檢測靈敏度處的0. 5GHz附近獲得大 約-19[daii]的輸出，但是當在槽天線61和絕緣隔板30之間存在間隙(圖6中的點線95) 時，檢測輸出降低到大約-25 [dBm]。另一方面，當彈性部件65插入到槽天線61和絕緣隔板 30之間(圖6中的短劃線92、兩點劃線93和虛線94)時，接收輸出的衰減相對降低并且可 以獲得大約_20[dBm]的檢測輸出。而且，無論什么類型的彈性部件65，基本上都可以獲得 同樣的特性。
這些結果顯示出，當在圖1所示的氣體絕緣設備1中絕緣隔板30的外緣表面設置 在法蘭部分12和22的外緣的位置的稍深側上時，在根據(jù)本實施例檢測器60上提供彈性部 件65有可能獲得較好的接收靈敏度。
(第二實施例)
接下來，詳細描述根據(jù)第二實施例的檢測器。從圖6所示的測量結果可以看出，當 氣體絕緣設備1的絕緣隔板30和檢測器60的槽天線61的前表面相互直接接觸時可以得 到最好的結果。本實施例的檢測器160的特征在于當在導管的連接部分的法蘭之間的距離 相對較大時，槽天線與絕緣隔板直接接觸而沒有在它們之間設置彈性部件。
如圖7和8所示，本實施例的檢測器160包括平面槽天線161，其內(nèi)形成有槽164 ； 連接器162，輸出由槽天線161檢測到的電磁波；以及殼體163，形成為圍繞槽天線161的后 表面。也即，本實施例的檢測器160構造成從圖1到圖3所示的第一實施例的檢測器60中 除去彈性部件65，并且槽天線61相對導管縱向方向的寬度小于圖1中的其上設有檢測器的 法蘭之間的間隙的距離e (小于絕緣隔板30的環(huán)形部分30a的厚度)。通過這種結構，槽天 線和絕緣隔板即使沒有彈性部件也可以穩(wěn)定地相互直接接觸，這有可能防止通過絕緣隔板 泄露的電磁波衰減。
盡管已經(jīng)描述了某些實施例，這些實施例僅僅作為示例來提出，不是用來限制本 發(fā)明的范圍。事實上，這里所述的新穎的實施例可以以各種其他形式具體化；而且，在不脫 離本發(fā)明的精神的情況下可以對這里所述的實施例進行各種省略、替換和修改。所附權利 要求及其等同物意在覆蓋這些形式或者修改并且會落入本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)。
權利要求
1.一種用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器，檢測由于氣體絕緣電氣設備中的局 部放電而產(chǎn)生的電磁波；氣體絕緣電氣設備包括將被施加高電壓的導體；多個盤狀絕緣板，所述盤狀絕緣板在其中心具有導電支撐孔以支撐所述導體；以及多個帶法蘭的導管，所述帶法蘭的導管具有從兩個表面?zhèn)葦D壓夾住并且保持所述絕緣 板的外緣部分的法蘭部分、并且形成充有絕緣氣體的氣體絕緣電氣設備的密封容器；以及所述局部放電檢測器包括設置在從所述帶法蘭的導管的法蘭部分暴露的絕緣板上的彈性部件，所述彈性部件能 夠傳輸電磁波；以及設置成通過所述彈性部件與所述絕緣板緊密接觸以檢測電磁波的天線。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器，其特征在于，所 述天線是由板狀導體制成的槽天線，其寬度小于所述絕緣板的暴露部分的寬度，并且所述 天線在其基本中心部分上具有沿著縱向方向延伸的槽。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器，其特征在于，所 述彈性部件設置成覆蓋所述槽。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器，其特征在于，所 述彈性部件由絕緣常數(shù)與所述絕緣板的絕緣常數(shù)基本相等的絕緣材料制成。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器，其特征在于，還 包括設置在所述天線后表面?zhèn)壬弦孕纬晒舱袂坏臍んw。
6.根據(jù)權利要求2所述的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器，其特征在于，所 述槽具有由以下數(shù)學表達式表示的長度L，A其中λ是電磁波的檢測中心波長，ε是彈性部件的相對絕緣常數(shù)。
7.根據(jù)權利要求2所述的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器，其特征在于，所 述殼體具有的寬度使得所述槽在短邊方向上的寬度t被表示為λ/2，其中，λ是電磁波的 檢測中心波長。
8.根據(jù)權利要求1所述的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器，其特征在于，還 包括測量由所述天線檢測的電磁波的強度或頻率特性的測量單元；以及根據(jù)所述測量單元測量的電磁波的強度或頻率特性確定局部放電是否存在的確定單兀。
9.根據(jù)權利要求1所述的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器，其特征在于，所 述天線沿著從所述帶法蘭的導管的法蘭部分暴露的所述絕緣板的外緣部分形成為弧形，并 且具有等于所述絕緣板厚度的寬度。
全文摘要
一個實施例的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器檢測由于充有絕緣氣體的氣體絕緣電氣設備中的局部放電而產(chǎn)生的電磁波，其中施加有高電壓的導體由設置在多個盤狀絕緣板的中心上的導體支撐孔支撐，多個帶法蘭的導管形成密封容器，其法蘭部分從兩個表面?zhèn)葦D壓夾住并且保持絕緣板的外緣部分。本實施例的用于氣體絕緣電氣設備的局部放電檢測器的特征在于檢測電磁波的天線設置成通過能夠傳輸電磁波的彈性部件與每個絕緣板的從帶法蘭的導管的法蘭部分暴露出來的部分接觸。
文檔編號G01R29/08GK102033191SQ20101053539
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2009年10月2日
發(fā)明者丸山志郎, 星野俊弘, 榊原高明 申請人:株式會社東芝