[发明专利]用于高压套管的主动监测系统及其相关方法

说明书

本发明公开了用于测量电气系统中的绝缘部件的完整性的系统和方法。在优选实施例中，主动传感器耦合到套管的测试抽头，主动传感器具有电耦合到测试抽头的电路，并且其中电路包括将电路分成高频总线和工频总线的高通滤波器。接地高频电压经由频率总线电路被注入测试抽头。可以测量所得到的电压和电流，并将其与参考电压进行比较，以确定套管的内部和外部部分的电容和功率因数。一旦已知套管的电容和功率因数，就可以注入接地和不接地的高频电压，以确定连接的变压器或电抗器的电容和功率因数。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年12月1日提交的美国临时申请No.62/123,860的优先权的权益，通过引用将该美国临时申请的全部内容并入本文。

技术领域

本专利文献涉及用于高压套管的主动监测系统及其相关方法。特别地，本专利文献涉及用于多个变压器、多个电抗器和多个电容器式套管的主动监测系统以及制造和使用该主动监测系统的方法。本文描述的实施例可以用于配备有测试抽头的任何套管。

背景技术

在电力领域中，套管是绝缘装置，其允许电导体安全地通过(通常)接地的导电屏障，诸如变压器、断路器或电抗器的外壁。电容器套管是其中金属或非金属导电层布置在绝缘材料内的套管，以用于通过电容分级在轴向和径向上控制套管的电场分布的目的。在许多情况下，套管可能以非常高的电压使用，使得套管中的故障可能导致电弧作用和附接的装置的灾难性故障。因此，套管的测试和监测是非常有利的。

在线变压器监测的当前解决方案是被动系统，其只能为通电套管的内部电容器部分提供套管电容和功率因数值。变压器和通电套管的外部电容器部分的电容和功率因数值不能被测量。本文描述的实施例是本领域中解决或至少改善现有技术的一些缺点的显著改进。

图1示出了包括电容器式套管10、被动传感器20和监测处理器30的套管监测系统的现有设计。高压电容器式套管10可以被设计成各种各样的构造，并且本文的描述不旨在描述所有可能的设计类型。然而，目前制造的大部分高压电容器式套管10被构造有被称为C1的内部电容式电容器部分12和被称为C2的外部电容式电容器部分14。这些套管部分C1和C2围绕套管的中心导体11径向缠绕。内部C1部分12包括总电容器13的大部分。电容器13的外部C2部分14通常仅包含完整电容器13中的总层数的5％至10％。该类型的套管10通常配备有外部抽头连接件16，其耦合到内部C1部分12和外部C2部分14之间的箔层。抽头16可以由几个不同的名称引用，诸如测试抽头、电容抽头、电压抽头、功率因数抽头或其它命名。为了本文的目的，我们将把抽头16称为测试抽头。

套管电容器13的内部C1部分12提供电容结构，其旨在从通电内部导体11到内部C1部分12的外层提供一致的电压应力梯度。当套管10在使用时，内部C1部分12的外层通常连接到地18。内部C1部分12的接地通常通过将盖部附接到测试抽头16来实现。盖部将测试抽头16电连接到套管的接地金属凸缘。

在许多电容器设计中，外部C2部分14的外层也是接地的。在这样的实施例中，套管10的外部C2部分14的外层可以包括连接到套管10的接地金属凸缘的导电箔。当该类型的套管10在使用中并且测试抽头盖部被安装时，C2电容器部分14在内层和外层上直接或有效地接地。然而，在一些套管中，通常在被设计用于较低电压的套管中，外层可以是不接地的，并且通过绝缘流体或电介质与套管10的接地金属凸缘分开。

通常，C1和C2套管电容器部分12和14具有皮法拉范围内的电容值，这导致通过电容器13的高阻抗和低泄漏电流。通常，由于电容器13中的低功率损耗，C1和C2电容器部分12和14也具有通常在0.2％至0.5％范围内的低功率因数值。