在线局放屏蔽式传感器及其实施方法

摘要

本发明公开一种在线局放屏蔽式传感器及其实施方法，包括电容式传感器本体和半开合式屏蔽结构；所述半开合式屏蔽结构包括第一屏蔽件和第二屏蔽件；所述第一屏蔽件和第二屏蔽件在一端固定连接，另一端活动连接；所述第一屏蔽件包括自外向内依次设置的第一外支撑层、第一防水层、第一屏蔽层和第一内支撑层；所述第二屏蔽件包括自外向内依次设置的第二外支撑层、第二防水层、第二屏蔽层和第二内支撑层；所述第一屏蔽层与第二屏蔽层通过密封结构连接形成封闭腔体，所述电容式传感器本体置于封闭腔体内且环绕于电缆外护套外侧。本发明两个屏蔽件之间通过屏蔽层和密封结构的配合形成封闭屏蔽腔体，从而有效屏蔽局放干扰信号。

说明书

技术领域

本发明涉及局放检测技术领域，尤其涉及一种在线局放屏蔽式传感器及其实施方法。

背景技术

随着科技的发展，工业现场及电力系统输配电均朝着自动化、智能化的方向发展，现代电力系统输送容量越来越大、供电电压等级不断提高，对测量装置提出了与以往不同的要求，在准确性和适用性上的需求不断扩大，传统的计量、保护、监测传感器难以满足工程需要。电力电缆的局部放电检测技术是公认的发现电缆设备局部绝缘隐患、在电缆击穿前提供介入其寿命管理的有效技术。在线局放监测系统可以长时间实时监测电缆绝缘状态，越来越多的应用电缆运维监测中。与便携式局放检测不同，在线局放监测系统无环境传感器，对于单局放信号采集传感器的采集结果进行分析，因此对于传感器采集信息的筛选处理要求更高。且传感器长时间安装在电缆本体上，所处环境多为隧道、户外等，有潮湿、脏乱不可避免，时间一长，会对传感器的准确性和灵敏度造成影响。

局部放电机理复杂，其放电持续时间一般介于10-9-10-7s之间，是一个非周期波，脉冲宽度为ns级，对应的频域十分宽广，可达到1GHz，受现场噪声影响大。按时域特征可以将干扰分为周期性窄带干扰、白噪声和脉冲型干扰三大类，其中白噪声干扰包括各种随机噪声，如绕组热噪声、地网噪声、测量仪器的热噪声等。由于白噪声的频谱和局部放电信号频谱相似，因此传统的傅立叶分析方法很难将其滤除。

高压电缆接头局部放电量的变化能够体现高压电缆绝缘状况的情况，局部放电量的大小也反映出电缆绝缘的受损程度。但是由于局部放电脉冲频带宽，时间短，初期放电量小，因此很容易受到干扰。由于局部放电信号微弱，因而要求传感器有很高的灵敏度和良好的频率响应特性。传感器的形式、布置方式、其灵敏度和抗干扰能力都对于提高局放检测技术准确性非常重要。局放检测过程中的干扰信号来源主要有周围用电设备发出的电磁信号、环境中的干扰以及通过传感器进入检测系统的干扰。因此去掉周围用电设备和环境中的其他干扰，将大大增加局放检测的准确性。

电容式宽频传感器在电缆本体进行局部放电检测，优点是不影响整体电路的内部电场、安装方便，缺点则是抗干扰能力差，易受到外界干扰信号的影响，影响了传感器灵敏度。电容式传感器外面需要一个能够有效屏蔽外界杂散电磁场的屏蔽体。屏蔽结构结合有效的数字信号处理方法，有助于消除外界信号干扰，令传感器只精准捕捉电缆内部放电信号，从而提升局放检测技术的检测灵敏度。为了能很好的适应局部放电信号的检测要求，并且适合多种电缆，传感器应具有体积小巧、便于移动和布置的特点，并且其同时还应具有较高的检测灵敏度。

屏蔽结构的屏蔽原理是利用铁磁材料的高磁导率对磁场进行分路。磁屏蔽材料的导磁率比较高，比空气导磁率高出1至3个数量级。这也就意味着大部分的磁力线穿入磁屏蔽结构被被屏蔽腔吸收，只有少部分磁力线到达被屏蔽铁芯。屏蔽效应与屏蔽结构的材料选取和尺寸有关，当屏蔽结构的磁导率越高，或壁层越厚，磁分路作用愈加明显，屏蔽效能愈好。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种在线局放屏蔽式传感器及其实施方法，采用半开合式屏蔽结构，能够有效屏蔽局放干扰信号，提升局放检测的准确性。

根据本发明说明书的一方面，提供一种在线局放屏蔽式传感器，包括电容式传感器本体和半开合式屏蔽结构；所述半开合式屏蔽结构包括第一屏蔽件和第二屏蔽件；所述第一屏蔽件和第二屏蔽件在一端固定连接，另一端活动连接；所述第一屏蔽件包括自外向内依次设置的第一外支撑层、第一防水层、第一屏蔽层和第一内支撑层；所述第二屏蔽件包括自外向内依次设置的第二外支撑层、第二防水层、第二屏蔽层和第二内支撑层；所述第一屏蔽层与第二屏蔽层通过密封结构连接形成封闭腔体，所述电容式传感器本体置于封闭腔体内且环绕于电缆外护套外侧。

上述技术方案中，第一屏蔽件和第二屏蔽件通过一端固定一端活动的形式构成半开合式屏蔽结构；两个屏蔽件之间通过屏蔽层和密封结构的配合形成封闭屏蔽腔体，从而有效屏蔽局放干扰信号；其中，屏蔽结构由多层结构构成，通过内支撑层包覆电缆本体，通过屏蔽层形成密封屏蔽腔，通过防水层保证传感器和屏蔽层的长时间稳定运行，通过外支撑层支撑整个屏蔽结构，多层结构一体化设置，便于装卸。

作为进一步的技术方案，所述第一外支撑层的两端分别形成有第一外凸起部，所述第一内支撑层的两端分别形成有第一内凸起部，所述第一外凸起部与第一内凸起部之间形成第一弧形凹槽；所述第二外支撑层的两端分别形成有第二外凸起部，所述第二内支撑层的两端分别形成有第二内凸起部，所述第二外凸起部与第二内凸起部之间形成第二弧形凹槽；所述第一弧形凹槽与第二弧形凹槽相适配。

通过外凸起部与内凸起部之间形成的弧形凹槽，可用于放置柔性导电材料，使得第一屏蔽件与第二屏蔽件的连接处能够密封连接，进而形成封闭的屏蔽腔体。这样设置可增强屏蔽效果，避免因两个屏蔽件之间连接处的密封不紧密造成屏蔽效果差。

作为进一步的技术方案，所述第一屏蔽层、第二屏蔽层均包括金属屏蔽布和固定在金属屏蔽布一端的密封结构；所述金属屏蔽布包覆在内支撑层的外围，所述密封结构容置于弧形凹槽内。密封结构可以是柔性的柱形导电体，其大小与弧形凹槽相匹配，能够放置在弧形凹槽内，并且当两个屏蔽件的活动端闭合时，通过挤压密封结构能够使两个屏蔽件中的屏蔽层紧密相连，形成封闭的屏蔽腔体。

作为进一步的技术方案，所述第一弧形凹槽、第二弧形凹槽的内表面均包覆有金属屏蔽布。这样设置可避免因弧形凹槽的缝隙造成屏蔽效果不佳。

作为进一步的技术方案，所述第一屏蔽层、第二屏蔽层均由多层金属屏蔽布重叠构成，每层金属屏蔽布之间涂布导电胶。金属屏蔽布由100％金属铜、镍等纳米级材料的金属纤维组成，具有良好的抗电磁波功能，通过对电磁波的反射和吸收而形成屏蔽作用。而由高分子材料配制而成的单组份导电胶，具有良好的导电性能和操作性能。与金属、非金属、塑料等材料具有较好的粘结效果，形成良好的导电通道。

作为进一步的技术方案，所述第一屏蔽层、第二屏蔽层均由3层金属屏蔽布重叠构成，且每层中间均匀涂布导电胶。

作为进一步的技术方案，所述第一内支撑层、第二内支撑层和密封结构均为柔性导电材料；所述第一防水层、第二防水层均由绝缘橡胶组成。内支撑层采用柔性导电材料，利用其易变形和导电特点，可与电缆紧密贴合，形成完整的屏蔽腔。防水层由绝缘橡胶组成，可耐磨防滑，耐油耐温，防腐防水，充分保证传感器和屏蔽层的长时间稳定可靠运行。

作为进一步的技术方案，所述第一外支撑层、第二外支撑层依据电缆等级型号定制PVC模具；所述内支撑层、屏蔽层、防水层与外支撑层紧密贴合，形成一体化结构。

根据本发明说明书的一方面，提供一种在线局放屏蔽式传感器的实施方法，采用所述的传感器实现，包括：将局部放电信号源发出的波看成平行传输线其中一根的信号输人，而将电容式传感器看成平行传输线的另一根，当局部放电信号在主线中传输并产生电磁扰动时，在平行传输线另一根中也将产生感应信号；电容式传感器通过电容器中的参数变化来实现信号变换，传感器环绕于电缆外护套外侧，紧贴电缆表面，作为电容的一个电极，电缆的金属护套作为电容的另一个电极，利用形成的电容来耦合电缆内部的局部放电信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明针对电容式局放采集传感器，提供其专用屏蔽结构，采用多层高密度金属屏蔽网和导电胶聚合，有效屏蔽类局放脉冲型高频信号，对于特定频率的局放干扰信号屏蔽效果良好，提升了局放检测的准确性；且材料简单、造价便宜，有很好的屏蔽效果。

(2)本发明采用半开合式屏蔽结构安装，具有结构紧凑、稳定性强、安全可靠的优点。其一体化设置能够避免零部件相对位置因人工安装而与理论模型有误差的问题，同时避免因安装时间较长胶带失去粘性，需要重新固定，导致前后的局放测试数据存在很大的不一致性的问题；另外，当屏蔽结构发生形变破裂时，不会影响到局放传感器采集数据，对运行中电缆无安全性影响。

附图说明

图1为根据本发明实施例的在线局放屏蔽式传感器的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的在线局放屏蔽式传感器安装后的示意图；

图3为根据本发明实施例的在线局放屏蔽式传感器的剖面图。

图中：1、第一屏蔽件；101、第一外支撑层；1011、第一外凸起部；1012、第二外凸起部；102、第一防水层；103、第一屏蔽层；1031、密封结构；104、第一内支撑层；1041、第一内凸起部；1042、第二内凸起部；2、第二屏蔽件；201、第二外支撑层；202、第二防水层；203、第二屏蔽层；204、第二内支撑层；3、电缆；4、电容式传感器本体；5、传感器数据出线。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

根据本发明说明书的一方面，提供一种在线局放屏蔽式传感器，包括电容式传感器本体4和半开合式屏蔽结构；如图1所示，所述半开合式屏蔽结构包括第一屏蔽件1和第二屏蔽件2；所述第一屏蔽件1和第二屏蔽件2在一端固定连接，另一端活动连接；所述第一屏蔽件1包括自外向内依次设置的第一外支撑层101、第一防水层102、第一屏蔽层103和第一内支撑层104；所述第二屏蔽件2包括自外向内依次设置的第二外支撑层201、第二防水层202、第二屏蔽层203和第二内支撑层204；所述第一屏蔽层103与第二屏蔽层203通过密封结构1031连接形成封闭腔体，所述电容式传感器本体4置于封闭腔体内且环绕于电缆3外护套外侧。

第一屏蔽件1和第二屏蔽件2通过一端固定一端活动的形式构成半开合式屏蔽结构；两个屏蔽件之间通过屏蔽层和密封结构1031的配合形成封闭屏蔽腔体，从而有效屏蔽局放干扰信号；其中，屏蔽结构由多层结构构成，通过内支撑层包覆电缆3本体，通过屏蔽层形成密封屏蔽腔，通过防水层保证传感器和屏蔽层的长时间稳定运行，通过外支撑层支撑整个屏蔽结构，多层结构一体化设置，便于装卸。

为了达到更好的屏蔽效果，本发明通过第一屏蔽层103、第二屏蔽层203和密封结构1031形成封闭腔体，而为了使第一屏蔽层103与第二屏蔽层203的连接处密封性更好，将内、外支撑层设置为形成弧形凹槽来容置屏蔽层端部固定的密封结构1031，使得通过第一屏蔽层103与第二屏蔽层203连接固定时对密封结构1031的挤压能够形成封闭的屏蔽腔。具体为，所述第一外支撑层101的两端分别形成有第一外凸起部1011，所述第一内支撑层104的两端分别形成有第一内凸起部1041，所述第一外凸起部1011与第一内凸起部1041之间形成第一弧形凹槽；所述第二外支撑层201的两端分别形成有第二外凸起部1012，所述第二内支撑层204的两端分别形成有第二内凸起部1042，所述第二外凸起部1012与第二内凸起部1042之间形成第二弧形凹槽；所述第一弧形凹槽与第二弧形凹槽相适配。

通过外凸起部与内凸起部之间形成的弧形凹槽，可用于放置柔性导电材料制成的密封结构1031，使得第一屏蔽件1与第二屏蔽件2的连接处能够密封连接，进而形成封闭的屏蔽腔体。这样设置可增强屏蔽效果，避免因两个屏蔽件之间连接处的密封不紧密造成屏蔽效果差。

所述第一屏蔽层103、第二屏蔽层203均包括金属屏蔽布和固定在金属屏蔽布一端的密封结构1031；所述金属屏蔽布包覆在内支撑层的外围，所述密封结构1031容置于弧形凹槽内。密封结构1031可以是柔性的柱形导电体，其大小与弧形凹槽相匹配，能够放置在弧形凹槽内，并且当两个屏蔽件的活动端闭合时，通过挤压密封结构1031能够使两个屏蔽件中的屏蔽层紧密相连，形成封闭的屏蔽腔体。

为了进一步提高屏蔽层的屏蔽效果，可在所述第一弧形凹槽、第二弧形凹槽的内表面均包覆金属屏蔽布，避免因弧形凹槽的缝隙造成屏蔽效果不佳。

所述第一屏蔽层103、第二屏蔽层203均由多层金属屏蔽布重叠构成，每层金属屏蔽布之间涂布导电胶。金属屏蔽布由100％金属铜、镍等纳米级材料的金属纤维组成，具有良好的抗电磁波功能，通过对电磁波的反射和吸收而形成屏蔽作用。而由高分子材料配制而成的单组份导电胶，具有良好的导电性能和操作性能。与金属、非金属、塑料等材料具有较好的粘结效果，形成良好的导电通道。优选地，所述第一屏蔽层103、第二屏蔽层203均由3层金属屏蔽布重叠构成，且每层中间均匀涂布导电胶。

所述第一内支撑层104、第二内支撑层204和密封结构1031均为柔性导电材料；所述第一防水层102、第二防水层202均由绝缘橡胶组成。内支撑层采用柔性导电材料，利用其易变形和导电特点，可与电缆3紧密贴合，形成完整的屏蔽腔。防水层由绝缘橡胶组成，可耐磨防滑，耐油耐温，防腐防水，充分保证传感器和屏蔽层的长时间稳定可靠运行。

所述第一外支撑层101、第二外支撑层201依据电缆3等级型号定制PVC模具；所述内支撑层、屏蔽层、防水层与外支撑层紧密贴合，形成一体化结构。

根据本发明说明书的一方面，提供一种在线局放屏蔽式传感器的实施方法，采用所述的传感器实现，包括：将局部放电信号源发出的波看成平行传输线其中一根的信号输人，而将电容式传感器看成平行传输线的另一根，当局部放电信号在主线中传输并产生电磁扰动时，在平行传输线另一根中也将产生感应信号；电容式传感器通过电容器中的参数变化来实现信号变换，传感器环绕于电缆3外护套外侧，紧贴电缆3表面，作为电容的一个电极，电缆3的金属护套作为电容的另一个电极，利用形成的电容来耦合电缆3内部的局部放电信号。

实施例

如图2-3所示，本实施例提供一种在线局放屏蔽式传感器，包括电容式局放传感器和半开合式屏蔽结构。其中，所述半开合式屏蔽结构，屏蔽结构的基本物理结构有四层，包括内支撑层、屏蔽层、防水层和外支撑层，屏蔽结构整体由若干铁磁层和非铁磁层间隔铺叠而成。屏蔽层包括金属屏蔽布和密封结构1031，屏蔽层通过密封结构1031在屏蔽结构接口处内部形成通路，建立完整的屏蔽腔。

本实施例在电容式传感器外部安装半开合式屏蔽结构来去除电缆3本体外部噪声，其利用电磁屏蔽技术，屏蔽电缆3本体之外传输过来的电磁波，去除类局放信号干扰，采用多层屏蔽网来保护电容式传感器避免干扰，并在屏蔽网之间使用导电胶，令屏蔽网贴合紧密，增强屏蔽效能。

半开合式屏蔽结构的内支撑层和密封结构1031为柔性导电材料，具有易形变和导电特点，可与电缆3紧密贴合，形成完整的屏蔽腔。

半开合式屏蔽结构的屏蔽层为金属屏蔽布网纱，是由100％金属铜、镍等纳米级材料的金属纤维组成，具有良好的抗电磁波功能，通过对电磁波的反射和吸收而形成屏蔽作用。屏蔽频率范围为10MHz-30GHz，覆盖了局放信号的范围。屏蔽层由多层金属屏蔽网重叠，且每层之间涂布导电胶。其中，由高分子材料配制而成的单组份导电胶，具有良好的导电性能和操作性能。与金属、非金属、塑料等材料具有较好的粘结效果，形成良好的导电通道。为了更好的屏蔽效果，可将屏蔽层的金属屏蔽布折叠3层，并在每层中间均匀涂布导电胶，加强屏蔽效果。

半开合式屏蔽结构的防水层是由绝缘橡胶组成，可耐磨防滑，耐油耐温，防腐防水，充分保证传感器和屏蔽层的长时间稳定可靠运行。

半开合式屏蔽结构的外支撑层是根据电缆3等级型号定制PVC模具，可适用于不用电压等级的电缆3局放测试。外支撑层外部安装有锁扣，可令半开合式屏蔽结构在接口处紧密贴合。

屏蔽结构的四层物理结构紧密贴合，固定在外支撑层内，形成一体化结构。在线局放传感器安装时，首先在电缆3本体安装电容式传感器4，然后在传感器4安装处，安装屏蔽结构，令屏蔽结构在接头处紧密闭合，形成完整的屏蔽空间。传感器数据出线5从两个屏蔽件的连接处接出，由于密封结构的柔性特质，能在形成密封腔体时将数据出线5在连接处紧密贴合不产生缝隙。

作为一种实施方式，电容式传感器检测局放信号的方法是：将局部放电信号源发出的波看成平行传输线其中一根的信号输人，而将传感器看成平行传输线的另一根，当局部放电信号在主线中传输并产生电磁扰动时，在平行传输线另一根中也将产生感应信号。电容式传感器是通过电容器中的参数变化来实现信号变换的，传感器环绕于电缆3外护套外侧，紧贴电缆3表面，作为电容的一个电极，电缆3的金属护套作为电容的另一个电极，利用形成的电容来耦合电缆3内部的局部放电信号。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。