一种局部放电脉冲电流超宽频带检测用耦合装置
阅读说明：本技术 一种局部放电脉冲电流超宽频带检测用耦合装置 (Coupling device for detecting local discharge pulse current ultra wide band ) 是由 司文荣 关宏 姚维强 傅晨钊 徐琴 倪鹤立 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种局部放电脉冲电流超宽频带检测用耦合装置,包括同轴电缆输出终端、同轴电缆输入终端、前金属封盖、后金属封盖、第一绝缘支架、第二绝缘支架、无感电阻Rd、第一匹配电阻、第二匹配电阻、过电压保护器、金属圆筒和接地端；同轴电缆输出终端安装在前金属封盖上,并分别与无感电阻Rd、第一匹配电阻、第二匹配电阻、过电压保护器连接；同轴电缆输入终端安装在后金属封盖,并分别与第一匹配电阻、第二匹配电阻连接；无感电阻Rd分别与第一绝缘支架、第二绝缘支架固定连接；金属圆筒分别与前金属封盖、后金属封盖紧密装配,并与接地端连接。与现有技术相比,本发明具有能够用于纳秒级的频率响应需求等优点。(The invention relates to a coupling device for detecting a local discharge pulse current ultra-wide band, which comprises a coaxial cable output terminal, a coaxial cable input terminal, a front metal sealing cover, a rear metal sealing cover, a first insulating support, a second insulating support, a non-inductive resistor Rd, a first matching resistor, a second matching resistor, an overvoltage protector, a metal cylinder and a grounding end, wherein the coaxial cable output terminal is connected with the coaxial cable input terminal; the coaxial cable output terminal is arranged on the front metal sealing cover and is respectively connected with the non-inductive resistor Rd, the first matching resistor, the second matching resistor and the overvoltage protector; the coaxial cable input terminal is arranged on the rear metal sealing cover and is respectively connected with the first matching resistor and the second matching resistor; the non-inductive resistor Rd is respectively and fixedly connected with the first insulating support and the second insulating support; the metal cylinder is tightly assembled with the front metal sealing cover and the rear metal sealing cover respectively and is connected with the grounding terminal. Compared with the prior art, the method has the advantages of being capable of meeting nanosecond-level frequency response requirements and the like.)
技术领域
本发明涉及一种局部放电测量设备，尤其是涉及一种局部放电脉冲电流超宽频带检测用耦合装置。
背景技术
根据多年的现场累积经验，目前变压器交流耐压局部放电(PD)试验开展难易程度排序如下：出厂试验(最易)<新建站试验<在运变电站试验<在运换流站试验(最难)。鉴于上述共性问题，急需探索并开展新的PD智能检测技术研究并开展工程应用作为现有技术标准的补充。2018版GB/T 7354提到了“超宽频带”局部放电测量仪，但由于缺乏试验研究和工程应用未对该类方法提出建议。
脉冲电流法是唯一有我国国家标准(GB/T 7354)的PD检测方法，该方法通过耦合装置与耦合电容串联、试品串联等方式测取由于PD所引起的暂态脉冲电流，获得视在放电量、放电相位、放电频次等信息。脉冲电流法的接线简单、检测灵敏度较高、应用最广泛、是最早研究的一种检测方法且耦合器装置输出的脉冲波形比较容易分辨。图1(a)至图1(c)为脉冲电流法PD试验常用检测回路示例。
当前，耦合装置主要满足GB/T 7354规定脉冲电流法要求的宽带检测和窄带检测，其中宽带检测的下限检测频率f1为30kHz-100kHz之间，上限检测频率f2≤1MHz，检测频带Δf宽度为100kHz-900kHz，其具有脉冲分辨率高、信息相对丰富的优点，但信噪比低；窄带检测的频带宽度Δf较小，一般为9kHz-30kHz，中心频率fm为50kHz-1MHz，其具有灵敏度高、抗干扰能力强的优点，但脉冲分辨率低、信息不够丰富的缺点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种局部放电脉冲电流超宽频带检测用耦合装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种局部放电脉冲电流超宽频带检测用耦合装置，包括同轴电缆输出终端、同轴电缆输入终端、前金属封盖、后金属封盖、第一绝缘支架、第二绝缘支架、无感电阻Rd、第一匹配电阻、第二匹配电阻、过电压保护器、金属圆筒和接地端；
所述的同轴电缆输出终端安装在前金属封盖上，并分别与无感电阻Rd、第一匹配电阻、第二匹配电阻、过电压保护器连接；
所述的同轴电缆输入终端安装在后金属封盖，并分别与第一匹配电阻、第二匹配电阻连接；
所述的无感电阻Rd分别与第一绝缘支架、第二绝缘支架固定连接；
所述的金属圆筒分别与前金属封盖、后金属封盖紧密装配，并与接地端连接。
优选地，所述的同轴电缆输出终端和同轴电缆输入终端均具有螺纹连接或卡口机构的同轴电缆接头。
优选地，所述的前金属封盖和后金属封盖均为加工有外螺纹的金属圆板，分别与金属圆筒的内螺纹进行紧密装配，完成前后一体式封堵后形成抗电磁干扰的法拉第笼。
优选地，所述的前金属封盖与同轴电缆输出终端之间和后金属封盖与同轴电缆输出终端之间均通过金属螺丝刚性连接。
优选地，所述的第一绝缘支架和第二绝缘支架均采用中心轴对称式圆孔结构，其圆孔中固定无感电阻Rd，并通过环氧树脂固体胶水粘结，同一绝缘支架圆孔上的无感电阻Rd基于铜片实现首端和尾部的各自并联，使得并联后形成的无感电阻中的电感分量成倍降低。
优选地，所述的无感电阻Rd为线绕无感电阻器，包括镀锡铜线、铜帽、带绝缘层的铜导线、高导热瓷芯和阻燃性绝缘涂覆层。
优选地，所述的第一匹配电阻和第二匹配电阻均为金属膜式无感电阻器，其中第一匹配电阻阻值为50Ω，第二第二匹配电阻阻值为75Ω。
优选地，所述的过电压保护器为双向型压敏电阻。
优选地，所述的金属圆筒两头加工有内螺纹，与金属封盖进行紧密装配。
优选地，所述的接地端为与金属圆筒可靠金属性连接的螺栓加配套螺母。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、采样绝缘支架中心轴对称式圆孔分布，方便和简单实现了耦合装置在无感条件下任意电阻值的配置，比如可以采用8个阻值为800Ω线绕无感电阻器(短时通流能力为50A)并联形成阻值为100Ω的耦合装置，具备400A的短时通流能力，且电感值降低为单个线绕无感电阻器的1/8tongliu。
2、设计具有匹配电阻50Ω和75Ω的两个信号输出终端，为满足实际试验回路测量电缆采用50Ω或75Ω阻抗时的方便对接。
3、耦合装置的结构简单，制造装配方便，且频率响应高，能够满足PD超宽频带脉冲电流检测的ns级(百MHz级)频率响应需求。
附图说明
图1(a)为耦合装置与耦合电容器串联的示意图；
图1(b)为耦合装置与试品串联的示意图；
图1(c)为测量自激试品的示意图；
图2为本发明的局部放电脉冲电流超宽频带检测用耦合装置模块构成图；
图3为本发明耦合装置的工作原理图；
图4为本发明耦合装置中绝缘支架的结构示意图；
图5为本发明选用的线绕无感电阻器的结构示意图；
图6为本发明耦合装置的频率响应校验试验回路图；
图7为本发明耦合装置的频率响应测试结果图一；
图8为本发明耦合装置的频率响应测试结果图二；
图9为本发明耦合装置在负极性直流耐压试验下油纸绝缘缺陷PD的测试结果图(尖板放电)；
图10为本发明耦合装置在负极性直流耐压试验下油纸绝缘缺陷PD的测试结果图(气隙放电)；
图11为本发明耦合装置在负极性直流耐压试验下油纸绝缘缺陷PD的测试结果图(沿面放电)；
图12为本发明耦合装置在负极性直流耐压试验下油纸绝缘缺陷PD的测试结果图(悬浮放电)；
其中图1中U为高压电源；Z为滤波器；Ca为试品；Ck为耦合电容；Zmi为测量系统的输入阻抗；CD为耦合装置；CC为连接电缆；MI为测量仪器；OL为光连接
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明提出一种局部放电脉冲电流超宽频带检测用耦合装置，能够用于纳秒级(百MHz级)的频率响应需求，从而为2018版GB/T 7354提到了“超宽频带”局部放电测量仪的研制提供一种新型耦合装置。
如图2所示，一种局部放电脉冲电流超宽频带检测用耦合装置，包括同轴电缆输出终端1、同轴电缆输入终端2、前金属封盖3、后金属封盖4、第一绝缘支架5、第二绝缘支架6、无感电阻Rd、第一匹配电阻7、第二匹配电阻8、过电压保护器9、金属圆筒10和接地端11；所述的同轴电缆输出终端1安装在前金属封盖3上，并分别与无感电阻Rd、第一匹配电阻7、第二匹配电阻8、过电压保护器9连接；所述的同轴电缆输入终端2安装在后金属封盖4，并分别与第一匹配电阻7、第二匹配电阻8连接；所述的无感电阻Rd分别与第一绝缘支架5、第二绝缘支架6固定连接；所述的金属圆筒10分别与前金属封盖3、后金属封盖4紧密装配，并与接地端11连接。
所述的同轴电缆输出终端1和同轴电缆输入终端2均具有螺纹连接或卡口机构的同轴电缆接头，可以配置为BNC母头；
所述的前金属封盖3和后金属封盖4均为加工有外螺纹的金属圆板，分别与金属圆筒10的内螺纹进行紧密装配，完成前后一体式封堵后形成抗电磁干扰的法拉第笼。所述的前金属封盖3与同轴电缆输出终端1之间和后金属封盖4与同轴电缆输出终端1之间均通过金属螺丝刚性连接。使得同轴电缆终端的屏蔽层即信号地与金属封盖导通，从而与金属圆筒的接地端共地。
如图4所示，所述的第一绝缘支架5和第二绝缘支架6均采用中心轴对称式圆孔结构，其圆孔中固定无感电阻Rd，并通过环氧树脂固体胶水粘结防止移动，同一绝缘支架圆孔上的无感电阻Rd基于铜片实现首端和尾部的各自并联，使得并联后形成的无感电阻中的电感分量成倍(Rd的数量n)降低，实现了耦合装置的宽频带响应；该并联结构可以进一步减少无感电阻中的电感分量，从而提高耦合装置的频率响应特性。
所述的无感电阻Rd为线绕无感电阻器，包括镀锡铜线、铜帽、带绝缘层的铜导线、高导热瓷芯和阻燃性绝缘涂覆层。
所述的第一匹配电阻7和第二匹配电阻8均为金属膜式无感电阻器，其中第一匹配电阻7阻值为50Ω，第二第二匹配电阻8阻值为75Ω，用于方便或满足实际试验回路测量电缆阻抗进行匹配。
所述的过电压保护器9为双向型压敏电阻。用于试品击穿产生过电压或者其它工况下地电位抬升对耦合装置信号输出连接的数据采集装置(采集仪、示波器等)进行保护。所述的金属圆筒10两头加工有内螺纹，与金属封盖进行紧密装配，形成抗电磁干扰的法拉第笼。所述的接地端11为与金属圆筒10可靠金属性连接的螺栓加配套螺母，方便与接地线可靠连接和拆装。
图6所示为耦合装置的频率响应校验试验回路图。利用具有纳秒(ns)级下降沿的方波信号发生器即方波源作为信号输入，利用同轴电缆与耦合装置的输入端对接，同时利用高速示波器测量耦合装置的输出端响应信号。
图7和图8所示为耦合装置的频率响应测试结果图。高速示波器的记录参数设置为2.5GS/s采样率、500MHz模拟带宽。耦合装置的无感电阻配置方式采用4个阻值为400Ω线绕无感电阻器(短时通流能力为50A)并联形成阻值为100Ω的耦合装置，并具备200A的短时通流能力；阻抗50Ω的测量电缆与匹配电阻1对接后连接高速示波器。图7和图8所示为方波源的陡下降沿信号与经过耦合装置后的信号时域波形对比。其中，图7原始图中幅值大的为方波源信号，而幅值小的为耦合装置获取的信号；图8数据归一化图所示为幅值归一化后的曲线。可以看出，高速示波器测得方波源的下降沿<1ns，而经过耦合装置后的下降沿同样<1ns，相比之下下降沿略有增加。波形无过冲和振荡现象，对比图7和图8中存在的微弱振荡是方波源信号自身的。据此，可以得出耦合装置的性能是满足PD超宽频带脉冲电流波形测量的使用要求。
图9-图12所示为耦合装置在负极性直流耐压试验下油纸绝缘缺陷PD的测试结果图。可以看出，尖板放电、气隙放电、沿面放电和悬浮放电下PD超宽频带脉冲电流波形均具有ns级的上升沿。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。