阅读说明：本技术 一种用于向电力变压器绕组传输高频信号的阻抗匹配夹具 (Impedance matching clamp for transmitting high-frequency signal to power transformer winding ) 是由 常文治 毕建刚 张书琦 弓艳朋 杜非 许渊 丁国成 杨海涛 周秀 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于向电力变压器绕组传输高频信号的阻抗匹配夹具,包括：同轴端子,同轴端子的信号端与夹紧机构连接,屏蔽层与结构件连接；挂接机构与接地线相连接,提供连接测试模块的挂接接口；旋转螺杆用于驱动夹紧机构的两个夹片同向或反向移动；绝缘材料填充层,用于断开夹紧机构与同轴端子的屏蔽层的电气连接；夹紧机构的底部与同轴端子的信号端进行电气连接,夹紧机构的底部与旋转螺杆进行机械连接；夹紧机构的上部设置夹片,在旋转螺杆的驱动下将被测变压器套管电极夹紧或松开；阻抗匹配机构设置于夹具内部,阻抗匹配机构的第一端与夹紧机构和同轴端子的信号端相连接,阻抗匹配机构的第二端与地电位相连接。(The invention discloses an impedance matching clamp for transmitting high-frequency signals to a power transformer winding, which comprises: the signal end of the coaxial terminal is connected with the clamping mechanism, and the shielding layer is connected with the structural part; the hanging mechanism is connected with the grounding wire and provides a hanging interface for connecting the test module; the rotary screw is used for driving the two clamping pieces of the clamping mechanism to move in the same direction or in the opposite direction; the insulating material filling layer is used for disconnecting the electric connection between the clamping mechanism and the shielding layer of the coaxial terminal; the bottom of the clamping mechanism is electrically connected with the signal end of the coaxial terminal, and the bottom of the clamping mechanism is mechanically connected with the rotating screw rod; the upper part of the clamping mechanism is provided with a clamping piece, and the electrode of the tested transformer bushing is clamped or loosened under the driving of the rotating screw rod; the impedance matching mechanism is arranged in the clamp, the first end of the impedance matching mechanism is connected with the signal ends of the clamping mechanism and the coaxial terminal, and the second end of the impedance matching mechanism is connected with the ground potential.)

一种用于向电力变压器绕组传输高频信号的阻抗匹配夹具

技术领域

本发明涉及输变电设备状态传感技术领域，更具体地，涉及一种用于向电力变压器绕组传输高频信号的阻抗匹配夹具。

背景技术

电力变压器是电力系统的关键核心设备，截至2015年底，国网系统110kV及以上等级变压器在运量超过39000台，设备装用量巨大，其运行可靠性直接关系到电力系统的供电安全。然而近年来，变压器绕组变形故障频发，位居变压器故障首位，2006年～2015年，国网系统因绕组变形引起的220kV及以上等级变压器损毁故障达81台次，占变压器全部故障的33.8％。频繁的变压器绕组变形故障导致了极大的设备可靠性的担忧，尤其随着电力系统规模越来越大，容量越来越高，系统短路电流水平逐年提升，变压器绕组变形故障隐患更加突出，系统短路后，如何快速有效地检测出变压器是否发生绕组变形，避免变压器故障损毁，已经成为运维单位重点关注的问题，亟需解决。

频率响应法是目前公认的检测绕组变形最为有效的技术手段，在变压器绕组变形离线检测方面取得了良好的应用效果。频响法绕组变形检测装置在实际应用中存在的问题之一是：检测主机与被测变压器绕组对应套管之间的信号传输路径是同轴线路及单端线路的混合模式，信号衰减、畸变较为严重，对检测结果产生不利影响。

发明内容

本发明技术方案提供一种用于向电力变压器绕组传输高频信号的阻抗匹配装置，以解决如何提高对变压器绕组变形检测的准确度的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于向电力变压器绕组传输高频信号的阻抗匹配夹具，所述夹具包括：

同轴端子，所述同轴端子的信号端与夹紧机构连接，所述同轴端子的屏蔽层与结构件连接，所述结构件处于地电位；

挂接机构，所述挂接机构与接地线相连接，用于提供连接测试模块的挂接接口；

旋转螺杆，所述旋转螺杆用于驱动所述夹紧机构的两个夹片同向或反向移动；

绝缘材料填充层，用于断开所述夹紧机构与所述同轴端子的屏蔽层的电气连接，所述绝缘材料填充层的第一侧的所述夹紧机构与所述同轴端子的信号端相连接，所述绝缘材料填充层的第二侧的所述夹紧机构与所述同轴端子的屏蔽层相连接；

所述夹紧机构的底部与所述同轴端子的信号端进行电气连接，所述夹紧机构的底部与所述旋转螺杆进行机械连接；所述夹紧机构的上部设置夹片，在所述旋转螺杆的驱动下将被测变压器套管电极夹紧或松开；

阻抗匹配机构设置于所述夹具内部，所述阻抗匹配机构的第一端与所述夹紧机构和同轴端子的信号端相连接，所述阻抗匹配机构的第二端与地电位相连接。

优选地，所述同轴端子为N型。

优选地，所述挂接机构为多组。

优选地，所述旋转螺杆的单向行程最长为55mm，驱动所述夹紧机构的两个夹片实现0～110mm的开口距离。

优选地，所述绝缘材料填充层为交联聚乙烯填充层，所述交联聚乙烯填充层的相对介电常数ε_r＝2.3～2.4。

优选地，所述阻抗匹配机构为50欧姆阻抗。

本发明技术方案的装置紧固安装在被测变压器绕组所在的套管电极上，根据频响法变压器绕组变形检测装置的测试要求完成接线，可以实现从检测主机到被测绕组套管之间完整传输路径上信号的同轴模式传播，降低信号传输过程中的衰减畸变。另外，如有需要与变压器套管就近连接的测试模块(例如无线通讯的变压器绕组变形检测模块)，也可以通过挂接在夹具上实现与被测套管的就近连接。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的用于向电力变压器绕组传输高频信号的阻抗匹配夹具示意图；

图2为根据本发明优选实施方式的同轴及单端混合模式的传输线示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的夹具的阻抗匹配方法示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的夹具发明效果示意图；

图5为根据本发明优选实施方式的夹具的实施案例；以及

图6为根据本发明优选实施方式的变压器绕组幅频曲线。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的用于向电力变压器绕组传输高频信号的阻抗匹配夹具示意图。检测主机与被测变压器绕组对应的套管之间通过长距离引线连接，由于检测主机的信号输出端是同轴结构，而变压器套管的信号传输模式是单端结构，因此检测主机与被测绕组对应套管之间的连线均采用同轴传输线与单端传输线混合的模式，如附图1所示。根据传输线理论可知，高频激励信号及响应信号在单端传输线中传播时容易发生衰减、畸变，容易受到外界干扰信号的影响，且单端传输结构破坏了同轴传输线的阻抗匹配结构，高频信号的传输的驻波比显著增大，导致信号失真严重。综上，现有频响法变压器绕组变形检测装置使用的信号传输方法不合理，导致检测准确度及一致性偏低。为解决上述问题，本发明提供了了一种带有阻抗匹配功能的夹持结构(以下简称夹具)，可以通过50Ω阻抗匹配电路分离同轴信号端子的信号端与屏蔽层，通过夹紧机构固定在套管电极上，使得同轴信号端子的信号端与套管电极连接，同轴信号端子的屏蔽层与地电位连接。通过这种夹具结构，可以实现绕组变形检测主机与被测变压器绕组对应套管之间的全路径同轴线连接，提高信号测量准确度及一致性。

如图1所示，本发明提供一种用于向电力变压器绕组传输高频信号的阻抗匹配夹具，本发明实施方式包括同轴端子、挂接机构、旋转螺杆、交联聚乙烯填充层、夹紧机构、阻抗匹配机构、阻抗匹配机构等关键结构。

同轴端子，同轴端子的信号端与夹紧机构连接，同轴端子的屏蔽层与结构件连接，结构件处于地电位。优选地，同轴端子为N型。

本发明同轴端子可以使用N型同轴端子，安装在铝材结构件上，同轴端子的信号端与夹紧机构连接，同轴端子的屏蔽层与铝材结构件连接，铝材结构件整体处于地电位。

挂接机构，挂接机构与接地线相连接，用于提供连接测试模块的挂接接口。优选地，挂接机构为多组。

本发明挂接机构可以为多组，以三组为例进行举例说明。本发明共有三组挂接机构，通过通孔结构连与接地线相连，同时可以作为其他测试模块的挂接接口，实现测试模块与被测变压器绕组的就近连接。

旋转螺杆，旋转螺杆用于驱动夹紧机构的两个夹片同向或反向移动。优选地，旋转螺杆的单向行程最长为55mm，驱动夹紧机构的两个夹片实现0～110mm的开口距离。

本发明旋转螺杆用于驱动夹紧机构的两个夹片同向或反向移动，实现夹片的分离或夹紧。螺杆单向行程55mm，可驱动夹片实现0～110mm的开口距离。

绝缘材料填充层，用于断开夹紧机构与同轴端子的屏蔽层的电气连接，绝缘材料填充层的第一侧的夹紧机构与同轴端子的信号端相连接，绝缘材料填充层的第二侧的夹紧机构与同轴端子的屏蔽层相连接。优选地，绝缘材料填充层为交联聚乙烯填充层，交联聚乙烯填充层的相对介电常数ε_r＝2.3～2.4。

本发明绝缘材料填充层为交联聚乙烯填充层，用于断开夹紧机构与同轴端子屏蔽层所在铝材结构件的电气连接，填充层左侧的夹紧机构与同轴端子的信号端相连，填充层右侧的铝材结构件与同轴端子的屏蔽层连接。填充层选用相对介电常数ε_r＝2.3～2.4的交联聚乙烯材料。

夹紧机构的底部与同轴端子的信号端进行电气连接，夹紧机构的底部与旋转螺杆进行机械连接；夹紧机构的上部设置夹片，在旋转螺杆的驱动下将被测变压器套管电极夹紧或松开。

本发明夹紧机构底部与同轴端子的信号端进行可靠的电气练级，并与旋转螺杆进行可靠的机械连接，在旋转螺杆驱动下移动，上部有两篇带有弧形机构的铝制夹片组成，可在旋转螺杆驱动下将被测变压器套管电极夹紧或松开。夹紧套管电极时，可实现同轴端子信号端与套管电极的电气连接，同时通过机械夹紧力可将夹具整体固定在套管电极上，为检测时信号线及地线与被测绕组的连接提供可靠的电气连接点。

阻抗匹配机构设置于夹具内部，阻抗匹配机构的第一端与夹紧机构和同轴端子的信号端相连接，阻抗匹配机构的第二端与地电位相连接。优选地，阻抗匹配机构为50欧姆阻抗。

本发明阻抗匹配机构内置在夹具内部，是一个对高频信号传输路径进行50欧姆阻抗匹配的二端口网络，其一端与夹紧机构和同轴端子的信号端相连，另一端与地电位连接。经过50Ω阻抗匹配，降低高频信号在由同轴传输模式转换为单端传输模式时由于传输阻抗不匹配导致的驻波比。

本发明在频响法变压器绕组变形检测中的应用示意图如附图4所示。将本发明设计的夹具紧固安装在被测变压器绕组所在的套管电极上，根据频响法变压器绕组变形检测装置的测试要求完成接线，可以实现从检测主机到被测绕组套管之间完整传输路径上信号的同轴模式传播，降低信号传输过程中的衰减畸变。另外，如有需要与变压器套管就近连接的测试模块(例如无线通讯的变压器绕组变形检测模块)，也可以通过挂接在夹具上实现与被测套管的就近连接。

本发明实施方式以某隔离变压器的A-X绕组作为测试对象，在A-X绕组套管上安装夹具，接入频响法变压器绕组变形检测主机，根据DL/T911-2014《电力变压器绕组变形的频率响应分析法》标准完成测试接线及检测，检测主机与安装在套管上的夹具之间通过同轴电缆连接，通过这种连接方式，检测主机测量端通过夹具转接并进行阻抗匹配后与被测绕组连接。检测照片如附图5所示，得到的被测绕组幅频特性曲线如附图6所示。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。