專利名稱：局部放電測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量在氣體絕緣金屬全封閉高壓設(shè)備中產(chǎn)生的局部放電的裝置。這種裝置俘獲在該氣體絕緣設(shè)備中傳播的電磁波，這些電磁波是以局部放電脈沖發(fā)送的。這種局部放電脈沖會(huì)損壞該設(shè)備的電氣絕緣和導(dǎo)致局部劣化，這是人們長(zhǎng)期以來(lái)一直試圖解決的問(wèn)題。由電磁波產(chǎn)生的局部放電脈沖從HF區(qū)通過(guò)VHF區(qū)傳播到UHF區(qū)，其頻率大約可達(dá)2000MHZ。
長(zhǎng)期以來(lái)人們一般從事在HF和VHF頻段內(nèi)的局部放電的測(cè)量。但是這種測(cè)量在該設(shè)備以外的空氣中產(chǎn)生很強(qiáng)的電暈放電，具有高密度的高達(dá)300MHz的電磁波在該設(shè)備周圍擴(kuò)散，為避免造成損害，最好在UHF區(qū)內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。
在前述的氣體絕緣設(shè)備的絕緣測(cè)量中需要一個(gè)用于測(cè)量局部放電的傳感器，由于該傳感器不能裝在帶高壓的導(dǎo)流條和金屬殼之間的氣腔內(nèi)，因此將測(cè)量傳感器夾在大致為平板形的電極內(nèi)，這些電極裝在該金屬外殼的一開(kāi)口內(nèi)。這種電極是一種環(huán)形間隙天線部件，它俘獲由局部放電產(chǎn)生的電磁波，然后通過(guò)一過(guò)渡型導(dǎo)體和一同軸量測(cè)電纜傳送到一測(cè)量裝置。
本發(fā)明的基礎(chǔ)是在EP 0 134 187 B1中所述的局部放電測(cè)量裝置。在這個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的局部放電測(cè)量裝置中，在氣體絕緣金屬全封閉高壓設(shè)備的金屬外殼的一個(gè)開(kāi)口中電氣絕緣地插入一平板電極和一帶有共軸傳輸?shù)慕永m(xù)件的連接部件，構(gòu)成一外部為空心錐形的和一內(nèi)部為圓錐形的連接件。這個(gè)空心錐形連接件從金屬外殼開(kāi)口的邊緣延伸到屏蔽物上，而圓錐形連接件從電極延伸到測(cè)量電纜的加屏蔽的導(dǎo)體上。調(diào)整該連接件的直徑到合適的尺寸，使得在局部放電時(shí)由環(huán)形間隙天線式電極所接收的電磁波能通過(guò)該連接導(dǎo)體在同軸測(cè)量電纜內(nèi)幾乎無(wú)反射地輸送，從而實(shí)現(xiàn)高測(cè)量精度。
這樣的裝置實(shí)際上是高成本的和需占較大空間，因?yàn)榭招腻F形連接件必須與金屬外殼的開(kāi)口相適配，并且與該開(kāi)口電鍍連接。在開(kāi)口區(qū)域中，必需提供電氣的和機(jī)械的連接部件。
本發(fā)明的目的是提供一種本文開(kāi)頭所述類型的局部放電測(cè)量裝置，它結(jié)構(gòu)精巧，易于制造，成本低，并且具有在UHF區(qū)域內(nèi)的高測(cè)量精度。
根據(jù)本發(fā)明的局部放電測(cè)量裝置，它易于裝在氣體絕緣金屬封閉式高壓設(shè)備的金屬外殼上的法蘭座內(nèi)，帶有一環(huán)形間隙天線式傳感器，該傳感器具有平坦的外輪廓。這個(gè)傳感器在HF、VHF以及UHF頻段內(nèi)具有高靈敏度。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且如果需要可利用金屬外殼的已有部件構(gòu)成環(huán)形間隙，從而將局部放電時(shí)由其接收的波無(wú)反射地傳送到測(cè)量電纜。傳感器總體由金屬外殼的法蘭蓋支撐，因此不必在開(kāi)口范圍內(nèi)增加輔助機(jī)械和電氣連接件。同時(shí)該傳感器可以安裝在氣體絕緣金屬全封閉設(shè)備內(nèi)，它的金屬外殼本身帶有適當(dāng)構(gòu)形的法蘭座。
值得推薦的是，在本發(fā)明的局部放電測(cè)量裝置中，天線的環(huán)形間隙平板形電極由法蘭座的輪廓所遮蔽。因此不再需要額外的遮蔽部件。由于環(huán)形間隙天線具有很小的幾何尺寸，因此在本發(fā)明的裝在氣體絕緣金屬全封閉高壓設(shè)備中的局部放電測(cè)量裝置內(nèi)能包括大量的這種傳感器，從而能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備內(nèi)的局部放電情況的全面和精確的監(jiān)視。
下面根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)。附圖為
圖1是裝有本發(fā)明的局部放電測(cè)量裝置的一氣體絕緣金屬全封閉高壓設(shè)備的一段外殼體的截面圖，它基本上為同心圓柱形，圖2是裝入圖1的局部放電測(cè)量裝置中的傳感器的第一實(shí)施例的剖視圖，圖3是一圖表，Up表示敷設(shè)在高壓設(shè)備內(nèi)的電流導(dǎo)體上的檢驗(yàn)電壓幅值，Ua是位于圖2的傳感器輸出端上的檢驗(yàn)電壓，它是頻率的函數(shù)，圖4是裝入圖1的局部放電測(cè)量裝置中的傳感器的第二實(shí)施例的剖視圖。
在圖1和2中，展示了一個(gè)氣體絕緣全封閉高壓設(shè)備的管形外殼1的剖面，該外殼1內(nèi)充有壓力通常為幾巴的SF6絕緣氣體。一個(gè)高壓下的導(dǎo)體2以電絕緣方式安裝在該管形外殼的軸線上，符號(hào)3表示在金屬殼體1內(nèi)的測(cè)量局部放電情況的裝置。局部放電測(cè)量裝置3安裝在金屬殼體1的開(kāi)口5上，開(kāi)口5為殼體1的法蘭座4所設(shè)置，它帶有一包含傳感器的環(huán)形間隙天線6，和引至一圖中未表示的測(cè)量裝置的同軸測(cè)量電纜7，以及一逐漸變細(xì)的過(guò)渡導(dǎo)體8，它將一個(gè)由環(huán)形間隙天線6內(nèi)部和開(kāi)口5的外周緣所限定的天線6的環(huán)形間隙9與測(cè)量電纜7相連接。
從圖2可看出，環(huán)形間隙9由一個(gè)良好導(dǎo)電材料構(gòu)成的圓盤(pán)10所確定，這個(gè)圓盤(pán)支撐在一由良好導(dǎo)電材料制成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的支撐件11的加寬端上。支撐件11與法蘭座4是電氣絕緣的，后者氣密地固定連接的金屬殼體1的平坦對(duì)接的金屬蓋12上，為此，法蘭頂蓋12帶有一凹槽，該凹槽接收支撐支撐件11的絕緣子13。
過(guò)渡導(dǎo)體8同軸布置一內(nèi)導(dǎo)體和一外導(dǎo)體。內(nèi)導(dǎo)體由支撐件11的外表面構(gòu)成，并將圓盤(pán)10與測(cè)量電纜7的屏蔽導(dǎo)體14相連接。外導(dǎo)體則將開(kāi)口5的周緣與測(cè)量電纜7的屏蔽物15相連接。過(guò)渡導(dǎo)體8的外導(dǎo)體的第一段由漏斗形的法蘭座4的內(nèi)表面形成，并且在開(kāi)口5的周緣和一由其支撐的法蘭16之間逐漸變細(xì)，該法蘭呈漏斗形，用于保持住法蘭頂蓋12。
外導(dǎo)體的第一段和由支撐件11的外表面所形成的內(nèi)導(dǎo)體的第一段彎曲為近似圓弧形。其曲率半徑Ra和Ri是這樣選定的，使得在一由這兩個(gè)段所形成的過(guò)渡導(dǎo)體8的第一段內(nèi)的波阻與一般為50Ω的測(cè)量電纜7的波阻相匹配。
絕緣子13屬于中空?qǐng)A柱形，它的外側(cè)表面貼靠在形成外導(dǎo)體的第二段的法蘭凹槽邊界17上，而它的內(nèi)表面貼靠在由支撐件11形成內(nèi)導(dǎo)體的第二段外表面上。外導(dǎo)體的第二段的半徑R2和內(nèi)導(dǎo)體的第二段的半徑R1是這樣選定的，使得在一個(gè)由外導(dǎo)體的第二段，內(nèi)導(dǎo)體的第二段以及絕緣子13所限定的過(guò)渡導(dǎo)體8第二段中的波阻與共軸電纜7的波阻是相匹配的。
在過(guò)渡導(dǎo)體8的第一和第二段之間還加有一第三導(dǎo)體段，它由一直徑為2R3的支撐件11的圓柱形外殼表面和一直徑為2R2的法蘭座4的圓柱形內(nèi)表面所界定形成，并且具有與測(cè)量電纜7相匹配的波阻。從第三或第一段過(guò)渡到由絕緣子13所限定的過(guò)渡導(dǎo)體8的第二段，構(gòu)成內(nèi)導(dǎo)體的支撐件11的直徑從2R3逐漸變細(xì)，變成2R1。
局部放電測(cè)量裝置的工作原理如下當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，在設(shè)備的金屬殼體內(nèi)產(chǎn)生電磁波，它具有最大為1000千伏的高壓，形成在UHF頻段內(nèi)的或大或小的頻率帶。這個(gè)頻帶例如為0.5或1.5GHz，局部放電測(cè)量裝置以高精度和高靈敏度接收這些波信號(hào)。其最大特點(diǎn)是能過(guò)濾掉最大至300MHz的干擾頻帶，由于不希望的電暈放電，這些頻帶能送入金屬殼體1內(nèi)，這些與電磁波有關(guān)的頻帶在天線6的環(huán)形間隙9內(nèi)被耦合，并通過(guò)過(guò)渡導(dǎo)體8傳送到測(cè)量電纜7。
環(huán)形間隙9的寬度為毫米-厘米范圍，例如10mm，圓盤(pán)直徑為50-100mm，圓盤(pán)厚度至少為2mm。當(dāng)圓盤(pán)10放置靠近導(dǎo)體2時(shí)，在環(huán)形間隙9內(nèi)可實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)的電磁波耦合效應(yīng)。綜合考慮到絕緣要求和保證測(cè)量靈敏度的費(fèi)用，將圓盤(pán)10放在開(kāi)口5內(nèi)。
經(jīng)耦合的波沿著圓弧形彎曲的法蘭座和支撐件11的共軸布置的表面無(wú)損耗地從環(huán)形間隙9經(jīng)絕緣子13傳送到測(cè)量電纜7。在從空氣到絕緣子13的過(guò)渡處，由于支撐件11的半徑R1逐漸變小，同時(shí)絕緣子13逐漸變厚，避免了耦合波的反射。
在圖3中，給出了相應(yīng)于變化的頻率保持不變的導(dǎo)體2上的信號(hào)Up的幅值，和響應(yīng)該信號(hào)在本發(fā)明的局部放電測(cè)量裝置的傳感器輸出處得到的信號(hào)Ua的幅值，它是頻率的函數(shù)。信號(hào)Ua的頻率特性給出了本發(fā)明的局部放電測(cè)量裝置的過(guò)渡函數(shù)。這個(gè)過(guò)渡函數(shù)在精確測(cè)量局部放電的主要UHF頻段內(nèi)(在300MHz-1.8GHz之間)具有高和平坦的曲線段。因此采用本發(fā)明的局部放電測(cè)量裝置能夠在UHF區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度和高靈敏度的測(cè)量。
圖4的傳感器表示本發(fā)明的局部放電測(cè)量裝置3的一實(shí)施例，其符號(hào)和作用同圖2的實(shí)施例。不同點(diǎn)在于，絕緣子13至少有一部分是中空的截錐形，具有一沿測(cè)量電纜7的方向傾斜的錐形外表面18和沿上述方向更加傾斜的內(nèi)表面19。錐形外表面18倚靠構(gòu)成外導(dǎo)體的第二段上邊界17，錐形內(nèi)表面19倚靠支撐件11的外表面所構(gòu)成的內(nèi)導(dǎo)體的第二段上。緊靠在外和內(nèi)導(dǎo)體表面上的絕緣子截形表面18和19的傾斜度是這樣選定的，使在一由外導(dǎo)體及內(nèi)導(dǎo)體的第二段和絕緣子13所限定的第二段內(nèi)的過(guò)渡導(dǎo)體8的波阻與同軸電纜的波阻相匹配。由于絕緣子13具有錐形輪廓，因此在從絕緣子13到測(cè)量電纜7通過(guò)過(guò)渡導(dǎo)體8傳送耦合波時(shí)，能使反射損耗降至最小。
傳感器本身的損耗極小，絕緣子13在支撐件11和法蘭頂蓋12的邊界17之間起到固定件或支撐作用。進(jìn)一步可能的方案是，將支撐件11固定到夾持在法蘭座4的外表面和內(nèi)表面之間的絕緣子13上。
緊挨著開(kāi)口5的邊緣由法蘭座4的內(nèi)表面構(gòu)成的外導(dǎo)體的第一段，及緊挨圓盤(pán)10由支撐件11的外表面構(gòu)成的內(nèi)導(dǎo)體的第一段也可以是錐形傾斜的。作為一個(gè)良好性能的過(guò)渡導(dǎo)體，最重要的是外導(dǎo)體的第一段和內(nèi)導(dǎo)體的第一段的傾斜度是這樣選定的，使在由這兩個(gè)段所形成的第一段中的過(guò)渡導(dǎo)體的波阻與共軸電纜的波阻相匹配。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量氣體絕緣金屬全封閉高壓設(shè)備中的局部放電的裝置，在金屬外殼(1)的內(nèi)表面至少裝有一環(huán)形間隙天線(6)，其環(huán)形間隙(9)由一平板式電極(10)所確定，該天線電氣絕緣地安裝在金屬外殼(1)的一個(gè)開(kāi)口(5)中，該開(kāi)口(5)為法蘭座(4)所設(shè)置，帶有一引導(dǎo)到測(cè)量裝置的同軸測(cè)量電纜(7)，和一連接該環(huán)形間隙天線(6)和同軸電纜(7)的逐漸變細(xì)的過(guò)渡導(dǎo)體(8)，它包括一支撐該電極并且引至測(cè)量電纜(7)的屏蔽導(dǎo)體(14)的內(nèi)導(dǎo)體和一引至測(cè)量電纜(7)的屏蔽(15)的外導(dǎo)體，其特征在于，法蘭座(4)在開(kāi)口(5)和由其支持的法蘭(16)之間呈漏斗形變細(xì)，其內(nèi)表面構(gòu)成過(guò)渡導(dǎo)體(8)的外導(dǎo)體的第一段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于外導(dǎo)體的第一段和由支撐件(11)的外表面構(gòu)成的內(nèi)導(dǎo)體的第一段沿過(guò)渡導(dǎo)體(8)的方向呈近似圓弧形彎曲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于外導(dǎo)體的第一段的曲率半徑(Ri)和內(nèi)導(dǎo)體的第一段的曲率半徑(Ra)是這樣選定的，使得在由這兩個(gè)段構(gòu)成的過(guò)渡導(dǎo)體第一段上的波阻與同軸電纜(7)的波阻相匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的局部放電測(cè)量裝置，.其特征在于外導(dǎo)體的第一段和由支撐件外表面構(gòu)成的內(nèi)導(dǎo)體的第一段沿過(guò)渡導(dǎo)體(8)的方向呈錐形傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于外導(dǎo)體的第一段和內(nèi)導(dǎo)體的第一段的傾斜度是這樣選定的，使得在一由這兩個(gè)段構(gòu)成的過(guò)渡導(dǎo)體(8)第一段中的波阻與同軸電纜(7)的波阻相匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中之一的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于，支撐件(11)電氣絕緣地固定在可裝到法蘭座(4)上的金屬外殼(1)的頂蓋(12)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-5中之一的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于，支撐件(11)固定在一個(gè)夾持在法蘭座(4)的外表面和內(nèi)表面之間的絕緣子上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于，法蘭頂蓋(12)具有一凹槽，該凹槽有一構(gòu)成外導(dǎo)體的第二段的邊界(17)，并且用于容納支撐支撐件(11)的絕緣子(13)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于，絕緣子(13)至少部分為一中空?qǐng)A柱體，它的外側(cè)表面緊靠在構(gòu)成外導(dǎo)體的第二段的邊界(17)上，它的內(nèi)表面緊靠在由支撐件(11)構(gòu)成的內(nèi)導(dǎo)體的第二段的外表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于，外導(dǎo)體的第二段的半徑(R2)和內(nèi)導(dǎo)體的第二段的半徑(R1)是這樣選定的，使得在一由外導(dǎo)體的第二段、內(nèi)導(dǎo)體的第二段和由絕緣子(13)限定的的過(guò)渡導(dǎo)體(8)第二段中波阻與同軸電纜(7)的波阻相匹配。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于，絕緣子(13)至少部分為中空的截錐形狀，包括一個(gè)沿測(cè)量電纜(7)方向傾斜的錐形外表面(18)和一個(gè)沿相同方向更加傾斜的錐形內(nèi)表面(19)，錐形外表面(18)靠在構(gòu)成外導(dǎo)體的第二段的邊界(17)上，其錐形內(nèi)表面貼靠在構(gòu)成內(nèi)導(dǎo)體的第二段的支撐件(11)的外表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于，外導(dǎo)體的第二段的傾斜度和內(nèi)導(dǎo)體的第二段的傾斜度是這樣選定的，使得在一個(gè)由外導(dǎo)體的第二段、內(nèi)導(dǎo)體的第二段和由絕緣子(13)所限定的過(guò)渡導(dǎo)體(8)第二段中的波阻與同軸電纜(7)的波阻相匹配。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12中之一的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于，構(gòu)成內(nèi)導(dǎo)體的支撐件(11)的直徑在過(guò)渡處逐漸變細(xì)變成過(guò)渡導(dǎo)體的第二段。
14.根據(jù)權(quán)利要求6-8之一的局部放電測(cè)量裝置，其特征在于，絕緣子帶有裝在支撐件和法蘭頂蓋的邊界之間的固定件或固定桿。
全文摘要
局部放電測(cè)量裝置(3)，包括一裝在金屬外殼(1)的環(huán)形間隙天線(6)，一個(gè)同軸測(cè)量電纜(7)和一個(gè)連接環(huán)形間隙天線(6)和同軸測(cè)量電纜(7)的逐漸變細(xì)的過(guò)渡導(dǎo)體(8)。過(guò)渡導(dǎo)體(8)包括一支撐電極(10)和引向測(cè)量電纜(7)的屏蔽導(dǎo)體的內(nèi)導(dǎo)體，及一引到測(cè)量電纜(7)的屏蔽物(15)上的外導(dǎo)體。法蘭座(4)在開(kāi)口(5)和由其支持的法蘭(16)之間呈錐形縮小，其內(nèi)表面構(gòu)成過(guò)渡導(dǎo)體(8)的外導(dǎo)體的第一段。
文檔編號(hào)H02B13/065GK1135046SQ9610421
公開(kāi)日1996年11月6日 申請(qǐng)日期1996年2月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月1日
發(fā)明者N·迪科克, I·赫斯特 申請(qǐng)人:Abb管理有限公司