专利名称：悬浮电位体式高压电力设备温度异常在线传感器的制作方法
技术领域：
悬浮电位体式高压电力设备温度异常在线传感器属于电力设备状态监测技术领域，特别涉及电力设备温度异常的在线监测领域。
背景技术：
电力设备通常工作在高电压和大电流状态，一些设备缺陷能够导致设备部件的温度异常升高。例如，电力设备中存在大量导体压接连接和插接连接，如果压接或插接不紧，则导致接触电阻增加，在大电流作用下出现温度异常升高。温度的升高使得接触电阻进一步增大，造成恶性循环，最终可能导致设备不能正常工作，甚至烧毁。
采用温度监测技术，及时发现电力设备的温度异常，对于保证电力设备的安全可靠运行具有重要意义。
电力设备温度异常在线监测的主要困难在于发热点通常处在高电位的位置，普通的温度传感方法受到限制；电力设备内部有大量的点需要监测，但传感器的安装受绝缘、设备结构和经济性的限制，不可能安装大量的结构复杂或价格昂贵的传感器。
在电力设备温度异常在线监测方面，目前有以下的技术1、红外热成像仪。它可以观察电力设备外露部分的温度分布，测量各点的温度，准确有效地发现温度异常升高。此技术在电力系统有广泛的应用。红外热成像仪的不足是需要现场操作人员，适用于定期巡视，难以实现大范围的不间断在线监测；当发热源位于有外壳的设备内部或位于设备隐蔽位置时，红外热成像仪的效果受到限制。
2、红外热探测器。在电力设备附近或内部地电位的位置安装若干红外热探测器，监测可能出现的温度异常升高。此方法的不足是每个红外热探测器具有一定的监测范围和视角，因此通常需要安装很多探测器，并可能存在盲区；尽管这些探测器处在地电位，但在设备内部大量安装仍受到空间位置的严重限制；红外热探测器表面脏污以后会影响准确性，所以不便使用在污秽的环境。
3、接触式温度传感。它是把温度传感器贴放在被监测点的位置，直接获得被监测点的温度。由于被监测点通常处在高电位的位置，所以温度信号不能通过导线直接传送，需要采用红外、电磁波或光纤等隔离高电压的信号传送方式；此外，温度传感器需要在高电位的位置长期运行，传感器的供电需要解决高电压隔离的问题。
以下是电力设备中采用接触式温度传感的一个例子。在被监测点贴放热敏电阻，将温度信号转换为电信号；然后通过高电位处的电子电路，将电信号转换成电磁波信号进行发射；再利用处于地电位的接收机接收和还原信号。为了给高电位处的压敏电阻和电子电路供电，在高压导电体附近安放感应线圈，从导电体传输的电流中耦合能量作为电源。
接触式温度传感可以检测和显示被监测点的温度值；也可以只显示温度正常或异常两种状态，当温度低于设定阈值时为正常；当温度超过设定阈值时为异常。
接触式温度传感器需要简化结构、降低价格、减小体积、减小对电场分布的影响，才能获得广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灵巧、简便和易于推广的悬浮电位体式高压电力设备温度异常在线传感器。
本发明的工作原理如下在电力设备中，通常有高电位体和地电位体。如果一个导体既没有和高电位体连接，也没有和地电位体连接，处于悬浮电位的状态，则称为悬浮电位体。
在电力设备的电场感应下，悬浮电位体和高电位体之间、悬浮电位体和地电位体之间、悬浮电位体和悬浮电位体之间都会出现电位差。
在电力设备中，悬浮电位体可构成局部放电间隙，即当悬浮电位体和高电位体之间、或悬浮电位体和地电位体之间、或悬浮电位体和悬浮电位体之间的距离足够小，感应的电压足够大时，它们之间将发生击穿放电。因为电力设备中是交变电�。哉庵只鞔┓诺缒芄幻扛龉て抵芷谥馗闯鱿�。在电力领域，此现象称为悬浮电位体引起的局部放电。图1所示是悬浮电位体导致局部放电的几种典型情况的示意图，图中11为高电位体，12为地电位体，13为悬浮电位体，14为局部放电间隙。图1-(a)为悬浮电位体和高电位体之间局部放电的情况；图1-(b)为悬浮电位体和地电位体之间局部放电的情况；图1-(c)为悬浮电位体和悬浮电位体之间局部放电的情况。
在电力设备中，可能发热的部件通常都是高电位部件。为了进行温度监测，可以在被测的导电部件或绝缘部件上安放一个或一对由绝缘支撑的小导体，构成图1所示的悬浮电位的局部放电间隙，并能够在电力设备运行电压下产生局部放电。同时，设置一个由被测部件温度控制的开关接点，连接在局部放电间隙两端的导体之间，控制局部放电间隙的放电。当被测部件的温度低于设定的阈值时，温控开关接点闭合，局部放电间隙两端的导体被短路，成为等电位，不产生局部放电；当被测部件的温度高于设定的阈值时，温控开关接点断开，局部放电间隙两端的导体出现电位差，产生局部放电。
局部放电是脉冲放电，能够辐射宽频带的电磁波，通过检测局部放电的电磁波信号，即可检测局部放电的存在，进而确定是否存在温度异常。
一个局部放电检测装置，可以同时检测多个局部放电源，因此可以同时监测多点的温度异常。当没有局部放电信号时，表明所有被测部件都没有温度异常；当检测到局部放电信号时，表明至少有一处位置有温度异常，需要进一步检查。
上述的温控开关接点，可以有多种实现方法，以下是几种可能的方法。方法一是采用双金属片。双金属片随温度的变化改变弯曲程度，当温度达到一定数值时，双金属片达到一定弯曲程度，控制开关接点闭合或断开。方法二是采用记忆合金。记忆合金能够随温度变化改变形状，当温度达到一定数值时，记忆合金改变形状，控制开关接点闭合或断开。方法三是采用金属熔断丝。当温度低于阈值时，金属熔断丝不熔化，保持电路闭合；当温度超过阈值时，金属熔断丝熔化，使电路断开。双金属片和记忆合金具有可重复操作的优点，金属熔断丝只能一次性使用，过热熔断后需要更换。
本发明的特征在于，悬浮电位体式高压电力设备温度异常在线传感器，它含有一个处在被测高压导电部件电场中的、作悬浮电位体用的、与被测高压导电部件之间形成局部放电间隙的导体，以及一个连接在上述导体与被测高压导电部件之间的温控开关，此温控开关在被测高压导电部件温度正常时闭合，温度异常时断开。
本发明的特征还在于，悬浮电位体式高压电力设备温度异常在线传感器，它含有多个处在被测高压导电部件电场中的、作悬浮电位体用的、相互之间形成局部放电间隙的导体，以及连接在上述局部放电间隙两端导体之间的温控开关，此温控开关在被测高压部件温度正常时闭合，温度异常时断开。
本发明所述的传感器具有结构简单、体积小、对电场分布影响小、不需要电源、成本低、便于安装的优点。
图1为悬浮电位体导致局部放电的示意2为浮电位体式高压电力设备温度异常在线传感器的一个实施例，以双金属片(或记忆合金片)为温控开关接点，传感器底座上有一个作悬浮电位体用的小导体。
图3为浮电位体式高压电力设备温度异常在线传感器的一个实施例，以金属熔断丝为温控开关接点，传感器底座上有一个作悬浮电位体用的小导体。
图4为浮电位体式高压电力设备温度异常在线传感器的一个实施例，以双金属片(或记忆合金片)为温控开关接点，传感器底座上安装了两个作悬浮电位体用的小导体。
图5为浮电位体式高压电力设备温度异常在线传感器的一个实施例，以双金属片(或记忆合金片)为温控开关接点，同时也作为悬浮电位体用的小导体。
图6为高压电力设备温度异常在线监测系统的一个实施例图7为实验传感器结构示意8为实验中采用特高频电磁波检测所得到的局部放电信号示波图具体实施方式
本发明的一个实施例如图2所示，它采用双金属片(或记忆合金片)作为温控开关接点。在图2中，21是需要进行异常温升监测的高电压部件，温度传感器直接固定在该部件上。温度传感器有一个良好导电导热的底座22，底座上有小导体23，它由绝缘的支撑物24固定，形成悬浮电位的局部放电间隙25。小导体旁边有双金属片(或记忆合金片)26，固定在底座上。双金属片(或记忆合金片)的一端有接点27，可以和小导体23接触。被测部件21的热量通过底座22传导到双金属片(或记忆合金片)上。当双金属片(或记忆合金片)的温度低于设定阈值时，它的形状使得接点27能够接触到小导体23，使小导体和底座22等电位，局部放电间隙25不产生局部放电；当双金属片(或记忆合金片)的温度超过设定阈值时，它的形状使得接点27离开小导体，使小导体成为悬浮电位体，局部放电间隙产生局部放电。为了防止环境污秽的影响，传感器可安装一个绝缘外罩28。
本发明的另一个实施例如图3所示，它采用导电的金属熔断丝作为温控开关接点。在图3中，31是需要进行异常温升监测的高电压部件，温度传感器直接固定在该部件上。温度传感器有一个良好导电导热的底座32，底座上有小导体33，它由绝缘的支撑物34固定，形成悬浮电位的局部放电间隙35。小导体和底座之间用导电的熔断丝36连接，使小导体和底座等地位，局部放电间隙不产生局部放电。当被测部件的温度升高时，底座和熔断丝的温度也随之升高。当温度超过设定阈值时，熔断丝熔化，使小导体成为悬浮电位体，局部放电间隙产生局部放电。为了防止环境污秽的影响，传感器可安装一个绝缘外罩37。
本发明的另一个实施例如图4所示，它采用双金属片(或记忆合金片)作为温控开关接点。在图4中，41是需要进行异常温升监测的高电压部件，温度传感器直接固定在该部件上。温度传感器有一个良好导热的底座42，底座上有小导体43和44，它们由绝缘的支撑物45固定，形成悬浮电位的局部放电间隙46。小导体旁边有双金属片(或记忆合金片)47，固定在底座上。双金属片(或记忆合金片)可以同时和小导体43和44接触。被测部件41的热量通过底座42传导到双金属片(或记忆合金片)上。当双金属片(或记忆合金片)的温度低于设定阈值时，它的形状使得两个小导体43和44被短接，成为等电位，局部放电间隙46不产生局部放电；当双金属片(或记忆合金片)的温度超过设定阈值时，它的形状使得两个小导体被开路，成为悬浮电位体，局部放电间隙产生局部放电。为了防止环境污秽的影响，传感器可安装一个绝缘外罩48。
本发明的另一个实施例如图5所示，它采用双金属片(或记忆合金片)作为温控开关接点，同时也作为悬浮电位用的小导体。在图5中，51是需要进行异常温升监测的高电压部件，温度传感器直接固定在该部件上。温度传感器有一个能够良好导电导热的底座52，底座上有双金属片(或记忆合金片)53，它由绝缘但导热的支撑物54固定，构成局部放电间隙55。被测部件51的热量通过底座52和支撑物54传导到双金属片(或记忆合金)。当双金属片(或记忆合金)的温度低于设定阈值时，它的形状使得接点56能够接触到底座52，使双金属片(或记忆合金)和底座等电位，局部放电间隙55不产生局部放电；当双金属片(或记忆合金)的温度超过设定阈值时，它的形状使得接点56离开底座，双金属片(或记忆合金)成为悬浮电位体，局部放电间隙55产生局部放电。
图6所示是采用本发明的传感器构建一个电力设备温度异常在线监测系统的实施例。图中有N个高电压部件P1，P2，P3，……PN需要进行温度监测，因此安装N个传感器S1，S2，S3，……SN。任意一个部件出现温度异常时，该部件上的传感器都会产生局部放电。该系统采用天线61接收局部放电所产生的脉冲电磁波信号，通过仪器62进行信号放大、处理和识别，当确定为温度异常信号时进行报警。为了克服电磁干扰的影响，实现局部放电定位，可采用局部放电特高频(UHF)电磁波传感，此方法在电力行业为成熟的技术。
实验结果为了验证本发明的有效性，选择一台12kV高压开关柜(北京开关厂制造，型号KYN18A-10-118)进行实验。
在高压开关柜内的一母线压接连接处安装一个本发明的传感器。传感器结构如图7所示，底座71为正方形铜板，边长20mm，厚2mm；悬浮电位体72为一圆柱体，直径2mm，高5mm，由绝缘支撑物73固定；局部放电间隙74的距离为0.2mm；温控开关为双金属片75，宽2mm，长12mm，一端固定在底座71上，另一端设有接点76，接触在浮电位体72上。电力行业相关标准规定，空气中铜母线螺栓紧固连接的最大允许发热温度为90℃。调整双金属片75的位置，使传感器温度低于90℃时开关接点76接触悬浮电位体72，超过90℃时开关接点离开。
实验中，在高压开关柜的母线上施加12kV电压，然后采用电炉非接触地烘烤母线连接点，使温度缓慢升高。与此同时，观测母线连接点温度和检测局部放电信号。实验表明，当温度低于90℃时，无局部放电信号；当温度超过90℃时，传感器准确发出了局部放电信号，图8所示是特高频电磁波检测得到的局部放电信号示波图，图中显示每个工频半波放电3次。
权利要求
1.悬浮电位体式高压电力设备异常温升在线传感器，其特征在于，它含有一个处在被测高压导电部件电场中的、作悬浮电位体用的、与被测高压导电部件之间形成局部放电间隙的导体，以及一个连接在上述导体与被测高压导电部件之间的温控开关，此温控开关在被测高压导电部件温度正常时闭合，温度异常时断开。
2.悬浮电位体式高压电力设备异常温升在线传感器，其特征在于，它含有多个处在被测高压导电部件电场中的、作悬浮电位体用的、相互之间形成局部放电间隙的导体，以及连接在上述局部放电间隙两端导体之间的温控开关，此温控开关在被测高压部件温度正常时闭合，温度异常时断开。
全文摘要
悬浮电位体式高压电力设备温度异常在线传感器属于电力设备状态监测技术领域，其特征在于，它含有一个处在被测高压导电部件电场中的、作悬浮电位体用的、与被测高压导电部件之间形成局部放电间隙的导体，以及一个连接在上述导体与被测高压导电部件之间的温控开关，此温控开关在被测高压导电部件温度正常时闭合，温度异常时断开。其特征还在于，它含有多个处在被测高压导电部件电场中的、作悬浮电位体用的、相互之间形成局部放电间隙的导体，以及连接在上述局部放电间隙两端导体之间的温控开关，此温控开关在被测高压部件温度正常时闭合，温度异常时断开。此传感器以局部放电指示温度异常。所述温控开关可采用双金属片、记忆合金或金属熔断丝等。
文档编号G01K5/70GK1538152SQ20031010167
公开日2004年10月20日 申请日期2003年10月24日 优先权日2003年10月24日
发明者刘卫东 申请人:清华大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
