[发明专利]用于测量绝缘体的损耗因数的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量绝缘体的损耗因数的仪器和方法。

更具体地，本发明涉及用于测量中等电压或高电压的绝缘体(也称为套筒)的损耗因数的仪器和方法，该绝缘体配有抽头适配器，该抽头适配器形成用于拾取电信号的点。

更具体地，本发明涉及用于测量中等电压或高电压变压器的绝缘体的损耗因数的仪器和方法，也就是说，该绝缘体被设计成使从变压器引出的导体相对于变压器自身的壳体(或在三相器件的情形下相对于其它导体)绝缘。

损耗因数——也已知为损耗角或tan△——是实际电容器(或真实绝缘系统)的电气行为相对于完美系统的电气行为的偏离的测量值。

实际上，流过对其施加交流电压(可通过矢量在一平面内表示)的完美电容器的电流相对于该电压是正交的，也就是说，其对应于与电压矢量成90°位移的矢量。

另一方面，在真实电容器中包括不完美的介电材料(其电导性因此不为零)，电压和电流以小于90°的角度发生位移，并且在90°和真实位移角之间的差就是被表示为Δ的角度。

损耗因数(或者说是tanΔ、功率因数、损耗角)是角Δ的正切。

总地来说，抽头适配器包括位于绝缘体内的端子，用以提供指示流过绝缘体的涡(或泄漏或损耗)电流的信号；常见地，抽头适配器(也称电容性抽头)具有受屏蔽的输出，例如在同轴电缆中。

背景技术

对于通过测量与损耗因数关联的量来监测三相高电压变压器，现有技术中已知有若干方案，这些方案将在下面予以简单描述。

文件US4914382描述一种传感器，该传感器在抽头适配器和地面之间具有电阻器(通过测量变压器耦合至捕获仪器)。

这种方案仅允许测量与流过绝缘部的电流相关的信号，而指示施加于绝缘部的电压的量则无法被测量。

除了这个限制外，该技术方案具有与电感耦合(即测量变压器)存在相联系的一些缺陷，包括引入不想要的位移的风险，由于所使用的附加电阻器件而降低测量精度，以及使传感器的检测带宽变窄。

文件US6927562描述了一种传感器，该传感器包括跨抽头适配器和地面连接的基准电容器。由此，电压测量发生在与抽头适配器连接的电容器电极上，用以检测指示被施加于基准电容器的电压的信号。

然而，这种方案同样无法避免这样的缺陷，即仅允许测量沿绝缘部与电压相关的信号，而不允许检测任何指示绝缘部中行进的电流的信号。

文件US4757263描述一种传感器，该传感器配有电容分压器，用以检测指示被施加于基准电容器的电压的信号。此外，文件US4757263中的器件被配置成与基准源作出比较。

然而，这种器件的缺点在于，它不允许检测指示流过绝缘部的电流的任何信号。

应当注意到，通常，在用于检测与中等电压或高电压绝缘体中的tanΔ关联的信号的器件的领域内，也感觉到有必要使通带最大化以检测一信号，该信号既有益于估算tanΔ(在这种情形下需要检测低频下的分量)又有益于检测与出现在绝缘部中的局部放电(如果有的话)相关的电流脉冲(在这种情形下需要检测高频下的分量)。

实际上，已知估算损耗因数和分析局部放电是两种不同的、并在某些方面互补的用于诊断绝缘系统的技术，并且在许多情形下，需要组合地使用这两种技术。

有鉴于此，应当注意专利文件US6433557描述一种电路，该电路用于拾取来自抽头适配器的信号并包括跨抽头适配器和地面连接的基准电容器以及耦合至由该基准电容器形成的电路引脚的电感耦合(即信号变压器)。

该系统被设计成同时测量指示施加于绝缘体的电压(仅具有低频分量)的信号以及指示高频电流脉冲的信号。

然而，这种方案的缺点在于，它不允许检测指示绝缘部中流过并具有用于tanΔ的低频分量的电流的信号。

该电路还具有下列缺点，即需要存在信号变压器(即存在电感耦合)、导致位移问题、使用附加电阻器件以及带宽限制(这与前面结合文件US4914382描述的情况相似)。

更具体地说，应当注意前面提到的器件具有以下局限性。

借助这些器件不可能直接对足以直接推导出(即通过计算估计)tanΔ的一组数据进行检测。实际上应当注意，为了执行真实的伏安测量，需要测量被施加于绝缘部的高电压，但由于一旦涉及高电压电平(到使用抽头适配器的程度)之后将带来的额外风险和缺陷，这种测量无法执行。