一种空心电抗器故障检测装置的制作方法

1.本发明涉及空心电抗器故障检测技术领域，尤其涉及一种空心电抗器故障检测装置。


背景技术：

2.电抗器健康稳定的工作状态是电力系统安全可靠运行的前提条件。由于干式空心电抗器一般在中高压的环境下运行，且大多运行在室外场所，气候环境较为恶劣，会导致电抗器绝缘材料的老化。空心电抗器事故率近年来居高不下，严重时甚至起火燃烧，不仅电抗器因故障无法正常运行，还给电力系统安全稳定运行造成了不良的影响，也严重影响了居民的正常生活、企业的生产运行，从而导致严重的经济损失。
3.针对电抗器自身绝缘缺陷以及发生的故障，主要检测方法可分为：外观检查、离线检测等，通过这些检测方法了解电抗器运行状态。外观检查可查找发现电抗器外部特征的异常变化,但相对主观且不够及时有效；离线检测是当前电网主要使用的方法，可以有效识别匝间短路，甚至定位故障点，但由于需要停电操作，诊断系统复杂，成本高，操作复杂。


技术实现要素：

4.本发明提供一种空心电抗器故障检测装置，其能够快速准确地检测出空心电抗器的放电故障和匝间短路故障，操作简单，成本低廉。
5.空心电抗器故障检测装置包括：
6.传感器阵列组件，所述传感器阵列组件设置于所述空心电抗器的端部，包括沿所述空心电抗器径向分布，且交替排布的多个射频天线传感器和多个磁敏传感器；
7.采集放大组件，所述采集放大组件的输入端与所述射频天线传感器和所述磁敏传感器连接；
8.处理分析组件，所述处理分析组件的输入端与所述采集放大组件的输出端连接；
9.无线传输组件，所述无线传输组件的输入端与所述处理分析组件的输出端连接，所述无线传输组件与远程监控端通讯连接；
10.电源组件，所述电源组件分别与所述采集放大组件、所述处理分析组件和所述无线传输组件的电源端连接。
11.可选的，所述空心电抗器同心结构的多层包封，相邻的两层包封之间设置有空隙，所述磁敏传感器设置于所述包封处，所述射频天线传感器设置于相邻的两层包封之间的缝隙处。
12.可选的，所述磁敏传感器线性测量范围为-80gs～80gs，测量频带0～2khz，所述射频天线传感器测量频段为100mhz～500mhz，增益大于10db。
13.可选的，所述射频天线传感器采用5阶hilbert分形平板天线，所述磁敏传感器采用tmr2104传感器。
14.可选的，所述采集放大组件具有多个采集通道，用于获取对应的所述磁敏传感器
或所述射频天线传感器采集的信号，所述采集通道的数量与所述磁敏传感器和所述射频天线传感器的总数量相同。
15.可选的，所述磁敏传感器对应的采集通道包括第一高通滤波器和差分放大器，所述第一高通滤波器的输入端与所述磁敏传感器的输出端连接，所述第一高通滤波器的输出端与所述差分放大器的输入端连接，所述差分放大器的输出端与所述处理分析组件的输入端连接；
16.所述射频天线传感器对应的采集通道包括第二高通滤波器和低噪声放大器，所述第二高通滤波器的输入端与所述射频天线传感器的输出端连接，所述第二高通滤波器的输出端与所述低噪声放大器的输入端连接，所述低噪声放大器的输出端与所述处理分析组件的输入端连接。
17.可选的，所述第一高通滤波器包括：
18.第一滤波电容，所述第一滤波电容的第一端与所述磁敏传感器的第一输出端连接，所述第一滤波电容的第二端与所述差分放大器的第一输入端连接；
19.第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一滤波电容的第二端连接，所述第一电阻的第二端接地；
20.第二滤波电容，所述第二滤波电容的第一端与所述磁敏传感器的第二输出端连接，所述第二滤波电容的第二端与所述差分放大器的第二输入端连接；
21.第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第二滤波电容的第二端连接，所述第二电阻的第二端接地。
22.可选的，所述磁敏传感器对应的采集通道包括第三高通滤波器，所述第三高通滤波器的输入端与所述差分放大器的输出端连接，所述第三高通滤波器的输出端与所述处理分析组件的输入端连接。
23.可选的，所述第三高通滤波器包括第三电阻和第三滤波电容；
24.所述第三滤波电容的第一端与所述差分放大器的输出端连接，所述第三滤波电容的第二端与所述处理分析组件的输入端连接；
25.所述第三电阻的第一端与所述第三滤波电容的第二端连接，所述第三电阻的第二端接地。
26.可选的，所述处理分析组件的处理过程如下：
27.对采集放大组件输出的信号进行转换处理，通过多通道a/d转换器将模拟信号转换为数字信号；
28.将多个射频天线传感器对应的数字信号定义为数组z1[m,n]，并设定判断基准值b1[m]，m为射频天线传感器数量，n为采样点数，当数组z1中第i行中有数据z1[i,]大于判断基准值b1[i]时，说明编号为i的射频天线传感器获取到了放电信号，该i号射频天线传感器所在位置即为空心电抗器中发生局部放电的位置；
[0029]
将多个磁敏传感器对应的数字信号定义为数组z2[h,k]，并设定判断基准值b2[h]，h为磁敏传感器数量，k为采样点数，当数组z2中第j行中有数据z2[j,]大于判断基准值b2[j]时，说明编号为j的磁敏传感器检测到了匝间短路故障，该j号磁敏传感器所在位置即为空心电抗器中发生匝间短路的位置。
[0030]
本发明提供的空心电抗器故障检测装置，包括传感器阵列组件、采集放大组件、处
理分析组件、无线传输组件和电源组件，传感器阵列组件设置于空心电抗器的端部，包括沿空心电抗器径向分布，且交替排布的多个射频天线传感器和多个磁敏传感器，采集放大组件的输入端与射频天线传感器和磁敏传感器连接，处理分析组件的输入端与采集放大组件的输出端连接，无线传输组件的输入端与处理分析组件的输出端连接，无线传输组件与远程监控端通讯连接，电源组件分别与采集放大组件、处理分析组件和无线传输组件的电源端连接，通过射频天线传感器获取放电信号，进而判断放电故障的发生以及确定故障发生的位置，通过磁敏传感器获取电抗器磁场数据可以判别匝间短路故障是否发生以及故障位置，检测精度高、操作简单、成本低。
附图说明
[0031]
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0032]
图1为本发明实施例提供的一种空心电抗器故障检测装置的示意图；
[0033]
图2为图1中空心电抗器的底部视图；
[0034]
图3为本发明实施例提供的一种hilbert分形平板天线的结构示意图；
[0035]
图4为本发明实施例提供的一种tmr2104传感器前端电路的电路图。
具体实施方式
[0036]
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0038]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
[0039]
图1为本发明实施例提供的一种空心电抗器故障检测装置的示意图，图2为图1中空心电抗器的底部视图，如图1、2所示，空心电抗器故障检测装置包括：
[0040]
传感器阵列组件，传感器阵列组件设置于空心电抗器的端部，包括沿空心电抗器径向分布，且交替排布的多个射频天线传感器和多个磁敏传感器。
[0041]
采集放大组件，采集放大组件的输入端与射频天线传感器和磁敏传感器连接。
[0042]
处理分析组件，处理分析组件的输入端与采集放大组件的输出端连接。
[0043]
无线传输组件，无线传输组件的输入端与处理分析组件的输出端连接，无线传输组件与远程监控端通讯连接。
[0044]
电源组件，电源组件分别与采集放大组件、处理分析组件和无线传输组件的电源端连接，为采集放大组件、处理分析组件和无线传输组件供电。
[0045]
空心电抗器出现绝缘故障会引起局部放电现象，放电发生时会辐射射频电磁波信号，因此可以通过射频天线传感器获取放电信号，进而判断放电故障的发生以及确定故障发生的位置。空心电抗器出现匝间短路故障时，会引起电抗器周围空间磁场发生变化，因此通过磁敏传感器获取电抗器磁场数据可以判别匝间短路故障是否发生以及故障位置。
[0046]
示例性的，采集放大组件对射频天线传感器和磁敏传感器采集的信号进行滤波，并放大，然后输入到处理分析组件中进行处理。处理分析组件的处理过程为：
[0047]
1、对采集放大组件输出的信号进行转换处理，通过多通道a/d转换器将模拟信号转换为数字信号。
[0048]
2、将多个射频天线传感器对应的数字信号定义为数组z1[m,n]，并设定判断基准值b1[m]，m为射频天线传感器数量，n为采样点数(即在采样时段内的采样点的数量)，当数组z1中第i行中有数据z1[i,]大于判断基准值b1[i]时，说明编号为i的射频天线传感器获取到了放电信号，该i号射频天线传感器所在位置即为空心电抗器中发生局部放电的位置。
[0049]
3、将多个磁敏传感器对应的数字信号定义为数组z2[h,k]，并设定判断基准值b2[h]，h为磁敏传感器数量，k为采样点数，当数组z2中第j行中有数据z2[j,]大于判断基准值b2[j]时，说明编号为j的磁敏传感器检测到了匝间短路故障，该j号磁敏传感器所在位置即为空心电抗器中发生匝间短路的位置。
[0050]
无线传输组件将检测结果发送给远程监控端，能够在确保在实际操作使用过程中具有安全性和实时性，可通过远程监控端机实时获取电抗器运行情况，帮助工作人员及时发现故障并予以排除。
[0051]
本发明实施例提供的空心电抗器故障检测装置，包括传感器阵列组件、采集放大组件、处理分析组件、无线传输组件和电源组件，传感器阵列组件设置于空心电抗器的端部，包括沿空心电抗器径向分布，且交替排布的多个射频天线传感器和多个磁敏传感器，采集放大组件的输入端与射频天线传感器和磁敏传感器连接，处理分析组件的输入端与采集放大组件的输出端连接，无线传输组件的输入端与处理分析组件的输出端连接，无线传输组件与远程监控端通讯连接，电源组件分别与采集放大组件、处理分析组件和无线传输组件的电源端连接，通过射频天线传感器获取放电信号，进而判断放电故障的发生以及确定故障发生的位置，通过磁敏传感器获取电抗器磁场数据可以判别匝间短路故障是否发生以及故障位置，检测精度高、操作简单、成本低。
[0052]
在本发明的一些实施例中，如图1、2所示，空心电抗器同心结构的多层包封，相邻的两层包封之间设置有空隙，磁敏传感器设置于包封处，射频天线传感器设置于相邻的两层包封之间的缝隙处。
[0053]
在本发明的一些实施例中，磁敏传感器线性测量范围为-80gs～80gs，测量频带0～2khz，射频天线传感器测量频段为100mhz～500mhz，增益大于10db。
[0054]
在本发明的一些实施例中，射频天线传感器采用5阶hilbert分形平板天线，磁敏传感器采用tmr2104传感器。tmr2104传感器芯片采用了一个独特的推挽式惠斯通全桥结构
设计，包含四个非屏蔽高灵敏度tmr传感器元件。当外加磁场沿平行于传感器敏感方向变化时，惠斯通全桥提供差分电压输出。图3为本发明实施例提供的一种hilbert分形平板天线的结构示意图，如图3所示，hilbert分形平板天线具有缩小天线结构尺寸的优点，相对于一般振子天线来说结构尺寸大大缩小。
[0055]
在本发明的一些实施例中，采集放大组件具有多个采集通道，采集通道的数量与磁敏传感器和射频天线传感器的总数量相同。采集通道用于获取对应的磁敏传感器或射频天线传感器采集的信号。
[0056]
在本发明的一些实施例中，磁敏传感器对应的采集通道包括第一高通滤波器和差分放大器，第一高通滤波器的输入端与磁敏传感器的输出端连接，第一高通滤波器的输出端与差分放大器的输入端连接，差分放大器的输出端与处理分析组件的输入端连接。第一高通滤波对磁敏传感器输出的差分信号进行高通滤波，滤除低频杂波，然后送入差分放大器中对差分信号的差值进行放大，并输送给处理分析组件。
[0057]
射频天线传感器对应的采集通道包括第二高通滤波器和低噪声放大器，第二高通滤波器的输入端与射频天线传感器的输出端连接，第二高通滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端连接，低噪声放大器的输出端与处理分析组件的输入端连接。第二高通滤波对射频天线传感器输出的信号进行高通滤波，滤除低频杂波，然后送入低噪声放大器中进行放大，并输送给处理分析组件。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。低噪声放大器为噪声系数很低的放大器，一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。
[0058]
图4为本发明实施例提供的一种tmr2104传感器前端电路的电路图，如图4所示，在本发明的一些实施例中，第一高通滤波器包括：
[0059]
第一滤波电容c1，第一滤波电容c1的第一端与磁敏传感器u1的第一输出端v-连接，第一滤波电容c1的第二端与差分放大器u2的第一输入端连接。
[0060]
第一电阻r1，第一电阻r1的第一端与第一滤波电容c1的第二端连接，第一电阻r1的第二端接地。
[0061]
第二滤波电容c5，第二滤波电容c5的第一端与磁敏传感器u1的第二输出端v+连接，第二滤波电容c5的第二端与差分放大器u2的第二输入端连接。
[0062]
第二电阻r3，第二电阻r3的第一端与第二滤波电容c5的第二端连接，第二电阻r5的第二端接地。
[0063]
在本发明的一些实施例中，磁敏传感器对应的采集通道包括第三高通滤波器，第三高通滤波器的输入端与差分放大器的输出端连接，第三高通滤波器的输出端与处理分析组件的输入端连接。
[0064]
如图4所示，第三高通滤波器包括第三电阻r4和第三滤波电容c4。第三滤波电容c4的第一端与差分放大器u2的输出端连接，第三滤波电容c4的第二端与处理分析组件的输入端连接。第三电阻r4的第一端与第三滤波电容c4的第二端连接，第三电阻r4的第二端接地。
[0065]
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明
的限制。
[0066]
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
[0067]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0068]
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种空心电抗器故障检测装置，其特征在于，包括：传感器阵列组件，所述传感器阵列组件设置于所述空心电抗器的端部，包括沿所述空心电抗器径向分布，且交替排布的多个射频天线传感器和多个磁敏传感器；采集放大组件，所述采集放大组件的输入端与所述射频天线传感器和所述磁敏传感器连接；处理分析组件，所述处理分析组件的输入端与所述采集放大组件的输出端连接；无线传输组件，所述无线传输组件的输入端与所述处理分析组件的输出端连接，所述无线传输组件与远程监控端通讯连接；电源组件，所述电源组件分别与所述采集放大组件、所述处理分析组件和所述无线传输组件的电源端连接。2.根据权利要求1所述的空心电抗器故障检测装置，其特征在于，所述空心电抗器同心结构的多层包封，相邻的两层包封之间设置有空隙，所述磁敏传感器设置于所述包封处，所述射频天线传感器设置于相邻的两层包封之间的缝隙处。3.根据权利要求2所述的空心电抗器故障检测装置，其特征在于，所述磁敏传感器线性测量范围为-80gs～80gs，测量频带0～2khz，所述射频天线传感器测量频段为100mhz～500mhz，增益大于10db。4.根据权利要求2所述的空心电抗器故障检测装置，其特征在于，所述射频天线传感器采用5阶hilbert分形平板天线，所述磁敏传感器采用tmr2104传感器。5.根据权利要求1-4任一所述的空心电抗器故障检测装置，其特征在于，所述采集放大组件具有多个采集通道，用于获取对应的所述磁敏传感器或所述射频天线传感器采集的信号，所述采集通道的数量与所述磁敏传感器和所述射频天线传感器的总数量相同。6.根据权利要求5所述的空心电抗器故障检测装置，其特征在于，所述磁敏传感器对应的采集通道包括第一高通滤波器和差分放大器，所述第一高通滤波器的输入端与所述磁敏传感器的输出端连接，所述第一高通滤波器的输出端与所述差分放大器的输入端连接，所述差分放大器的输出端与所述处理分析组件的输入端连接；所述射频天线传感器对应的采集通道包括第二高通滤波器和低噪声放大器，所述第二高通滤波器的输入端与所述射频天线传感器的输出端连接，所述第二高通滤波器的输出端与所述低噪声放大器的输入端连接，所述低噪声放大器的输出端与所述处理分析组件的输入端连接。7.根据权利要求6所述的空心电抗器故障检测装置，其特征在于，所述第一高通滤波器包括：第一滤波电容，所述第一滤波电容的第一端与所述磁敏传感器的第一输出端连接，所述第一滤波电容的第二端与所述差分放大器的第一输入端连接；第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一滤波电容的第二端连接，所述第一电阻的第二端接地；第二滤波电容，所述第二滤波电容的第一端与所述磁敏传感器的第二输出端连接，所述第二滤波电容的第二端与所述差分放大器的第二输入端连接；第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第二滤波电容的第二端连接，所述第二电阻的第二端接地。
8.根据权利要求6所述的空心电抗器故障检测装置，其特征在于，所述磁敏传感器对应的采集通道包括第三高通滤波器，所述第三高通滤波器的输入端与所述差分放大器的输出端连接，所述第三高通滤波器的输出端与所述处理分析组件的输入端连接。9.根据权利要求8所述的空心电抗器故障检测装置，其特征在于，所述第三高通滤波器包括第三电阻和第三滤波电容；所述第三滤波电容的第一端与所述差分放大器的输出端连接，所述第三滤波电容的第二端与所述处理分析组件的输入端连接；所述第三电阻的第一端与所述第三滤波电容的第二端连接，所述第三电阻的第二端接地。10.根据权利要求1-4任一所述的空心电抗器故障检测装置，其特征在于，所述处理分析组件的处理过程为：对采集放大组件输出的信号进行转换处理，通过多通道a/d转换器将模拟信号转换为数字信号；将多个射频天线传感器对应的数字信号定义为数组z1[m,n]，并设定判断基准值b1[m]，m为射频天线传感器数量，n为采样点数，当数组z1中第i行中有数据z1[i,]大于判断基准值b1[i]时，说明编号为i的射频天线传感器获取到了放电信号，该i号射频天线传感器所在位置即为空心电抗器中发生局部放电的位置；将多个磁敏传感器对应的数字信号定义为数组z2[h,k]，并设定判断基准值b2[h]，h为磁敏传感器数量，k为采样点数，当数组z2中第j行中有数据z2[j,]大于判断基准值b2[j]时，说明编号为j的磁敏传感器检测到了匝间短路故障，该j号磁敏传感器所在位置即为空心电抗器中发生匝间短路的位置。

技术总结
本发明公开一种空心电抗器故障检测装置，包括传感器阵列组件、采集放大组件、处理分析组件、无线传输组件和电源组件，传感器阵列组件设置于空心电抗器的端部，包括沿空心电抗器径向分布，且交替排布的多个射频天线传感器和多个磁敏传感器，采集放大组件的输入端与射频天线传感器和磁敏传感器连接，处理分析组件的输入端与采集放大组件的输出端连接，无线传输组件的输入端与处理分析组件的输出端连接，无线传输组件与远程监控端通讯连接，通过射频天线传感器获取放电信号，进而判断放电故障的发生以及确定故障发生的位置，通过磁敏传感器获取电抗器磁场数据可以判别匝间短路故障是否发生以及故障位置，检测精度高、操作简单、成本低。低。低。


技术研发人员：汪万伟 廖鹏 钟荣富 李元佳 刘贯科 黄杰明 王植 许家凤 戴喜良
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司东莞供电局
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/9