CN102353881A

CN102353881A - 基于局部放电监测的电容器在线监测系统

Info

Publication number: CN102353881A
Application number: CN2011101931736A
Authority: CN
Inventors: 叶小松; 刘国海; 吴振飞; 廖志凌; 邢鸣; 梅从立
Original assignee: Jiangsu Zhenan Power Equipment Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Zhenan Power Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明公开一种电容器局部放电在线监测系统，包括若干个传感器、放大器以及信号处理单元、AD转换单元、控制处理和显示单元，将传感信号做一系列的放大、滤波、跟随、AD转换、数据分析和处理并存储，检测出电容器故障时会启动自动报警，同时所有运行数据都将发送至远程监控计算机。本发明从局部放电的监测入手，集合了局部放电电检测法和声检测法两种检测方法的优势，提出了一种局部放电声电联合检测的系统，可以连续监测电容器运行工况，及时诊断早期异常，保证了电力系统的供电安全可靠。

Description

基于局部放电监测的电容器在线监测系统

技术领域

本专利涉及电力设备在线监测技术领域，尤其是一种用于在线监测电压等级为35kV以下变电站的电容器的在线监测系统。

背景技术

在现代电力工业中，为了减少线路损耗，提高功率因数和稳定线路末端电压，城乡电力网和用电较多的工业企业的变电所都设有大量的补偿电容器。并联电容器在系统中的装设量可达到装机总容量的一半左右。因此并联电容器的安全运行对于整个电力系统的稳定、正常供电起着至关重要的作用。

相关统计表明，电力设备运行中的70％左右的故障是由绝缘故障引起的，为确保运行安全，须对设备进行检修。长期以来，传统的停电预防性试验一直作为对电容设备进行故障检测的主要手段，已有的电力电容器在线诊断技术则集中于对电容量、介质损耗角等的测量。停电状态下进行的实验通常有电压低、周期长的特点，结果不能十分真实地反映设备的故障状况，而且无论是可以观测到的故障现象还是测量所得的电容量的变化和介质损耗角的变化都是故障积累到一定程度以后，产生的滞后的结果。常规停电预防试验会使电力部门的正常运转受到影响，造成不必要的浪费。有专家对电力电容器常见故障做了现场运行和诊断实践统计，除外部连接不良外，认为内部故障主要包括受潮、绝缘老化、支架放电、漏油、连接片脱焊、浸渍不良等集中类型。由若干种故障原因分析汇总，可知故障初期通常会伴随局部放电现象发生。因此认为局部放电现象是电力电容器普遍事故的初征兆。采用直接对放电现象的监测，能够更早，更及时的发现和防范事故的发生，更符合在线要求。

局部放电电检测法是根据局部放电时引起电极间电荷的转移和短持续时间的放电脉冲产生的高频电磁信号而产生的。常见的电检测方法有脉冲电流法、无线电干扰电压法和超高频检测法等。脉冲电流法灵敏度高，但极容易受干扰；超高频检测法抗干扰性强，可有效地实现噪声抑制；无线电干扰电压法常用射频传感器检测放电，故又叫射频检测法，采用罗氏线圈传感器抗干扰性强、在高频信号下铁耗小、线性度高且测试频带较宽，检测设备不改变电力系统的运行方式。

非电量检测法则是基于局部放电时产生声波、发光、发热以及出现新的生成物而产生的局部放电检测技术，包括光测法、声测法、红外热测法、油色谱分析法等。声测法在复杂设备放电源定位方面有独到的优点，对电磁干扰不敏感，但声波在传播途径中衰减、畸变严重，声测法基本不能反映放电量的大小，这使得实际中一般不独立使用声测法而将声测法和电测法结合起来使用。

发明内容

本发明通过集合局部放电电检测法和声检测法两种检测方法的优势，提出了一种局部放电声电联合检测的系统，即射频检测法与超声波检测法相结合。主要将射频检测法应用于局放在线检测，超声波检测则作为主要的辅助测量手段用于定性判断局放信号的有无，以及结合电脉冲信号或直接利用超声信号对局放源进行物理定位。

本发明是通过以下技术方案实现的：

高压电力电容器局部放电在线监测系统，基本构成包括前置传感和放大单元、信号处理单元、AD转换单元、控制处理和显示单元，以及远程监控计算机。控制处理和显示单元里又包含主板指令控制、DSP信号处理、信号发送、报警等单元。控制处理和显示单元负责整个系统的协调与管理。

所述的前置传感和放大单元包括接于整个电容设备的接地线(因为整个电容设备电位最低处位于它的接地线或末屏上，因此，表面放电或内部放电大多信号都应该通过该地线游走)的罗可夫斯基线圈传感器、紧帖在电容器外壁上的四个超声波传感器，射频放大器和超声放大器。射频传感器和超声波传感器分别与射频放大器和超声波放大器相连接以输出射频传感信号和超声波传感信号，射频放大器对接收到的射频传感信号进行脉冲展宽和对数放大并输出至前端信号处理单元，超声放大器对接收到的超声传感信号进行100倍或1000倍放大并输出至前端信号处理单元。

信号处理单位对前级经放大器放大后的射频信号和超声信号进行信号分配并传感器识别后输出至AD采集单元。由AD采集单元输出至控制处理和显示单元作数据处理分析。控制处理和显示单元有专业的软件对数据进行处理。得到放电信号的持续时间、幅值、发生时刻、频谱，放电强度等特征参数。与数据库中的规范频谱分析数据进行比较，当超出预设的参数阈值时，将会由报警单元发出声光显示。

控制处理和显示单元处理后的全部数据通过GPRS通信网络发送给远程监控计算机和技术人员做数据存储、进一步诊断、决策和控制。

本发明集合了射频检测法和超声波检测法的优势，对电容器故障的初征兆局部放电现象在线监测，同时还及时诊断和发出报警信号，保证了电力系统的供电安全可靠。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

具体实施方式

如图1所示，高压电力电容器局部放电在线监测系统，传感器包括电容器接地端接有的罗可夫斯基线圈传感器和电容器外壁上紧贴的4个超声波传感器，还有包括前置放大单元、信号处理单元、AD转换单元以及控制处理和显示单元。还包括一个远程监控计算机。

关于罗可夫斯基传感线圈。把一个空芯的螺线管线圈的两头对接并环绕在一个载流导体上，就构成一个罗可夫斯基线圈。由于测量端子接地引出线上的对地电位很低，电容器任何部位的闪络放电信号都会通过它流向大地。将罗可夫斯基线圈绕制在此接地线上，可以准确测量放电信号。罗可夫斯基线圈的频率响应较宽(最高测量频率可达30MHZ)，适于在线采集各种高压设备的放电信号。

射频放大器对接收到的射频传感信号进行脉冲展宽和对数放大输出至信号处理单元、超声波放大器对接收到的超声传感信号进行100倍或1000倍放大输出至信号处理单元。

信号处理单位对前级经放大器放大后的射频信号和超声信号进行信号分配并传感器识别后输出至AD采集单元。以上各部分电路均可选用标准的集成电路芯片。

经过一系列的滤波、跟随、AD转换后，送入控制处理和显示单元进行数据分析处理。由于局部放电信号比较微弱，而现场干扰信号却非常的强，因此必须对监测的数据进行数据处理。基于时空滤波的局部放电数据预处理方法可以大大提高信噪比，而且无需预定义滤波器系数；ADT算法则克服了小波消噪算法中小波基难以选取的问题，完全基于信号局部特征进行自适应的处理，具有很好的自适应能力，并可进一步的抑制噪声干扰。将二种方法结合起来的软件用于对局部放电信号进行提取与频谱分析，得到放电信号的持续时间、幅值、发生时刻、频谱，放电强度等特征参数。由于干扰、内部和外部放电信号频率差异较大，与数据库中的规范频谱分析数据进行比较，可判定是否电容器放电，放电强度如何。

电力电容器在线监测局部放电的主要内容包括：1.测量记录电容器局部放电的起始电压和熄灭电压：2.测量记录电容器在规定电压下局部放电量的大小，发生时间。3.与规定预设的标准比较检查电容器在规定电压下是否发生规定值的局部放电。4.与数据库中的规范频谱分析数据进行比较，当超出预设的参数阈值时，将会由控制处理和显示单元中的报警单元发出声光显示。所说的报警装置由声光显示器等构成。由控制处理和显示单元对数据进行计算分析后，将计算所得的各电容器单元的参数与投运之前的原始参数进行逐一比对，并对照预先设定的允许偏离阀值，判断电容器单元是否存在故障。每次数据处理的结果均可存储、显示。最后，判定的故障信号送到报警装置，由报警装置发出声光显示。

控制处理和显示单元将所有运行数据通过GPRS通信网络发送至远程监控计算机，供进一步故障诊断分析和数据存储用。系统发生报警的同时通过GPRS通信将故障信息以手机短信方式发送到技术人员的手机上，以确保对故障的及时维修。

Claims

1.一种基于局部放电监测的电容器在线监测系统，包括若干个传感器、放大单元以及信号处理单元、AD转换单元、控制处理和显示单元。若干个传感器将传感信号分别输出至放大单元、信号处理单元、AD转换单元，控制处理和显示单元负责协调整个系统的工作。所有信号数据经控制处理和显示单元后均发送到远程监控计算机。

2.根据权利要求1所述的基于局部放电监测的电容器在线监测系统，其特征是：所述的传感器包括射频传感器和超声波传感器，其中射频传感器采用罗可夫斯基线圈传感器，接于电容器的接地端(或末屏)位置；超声波传感器的数量为4个，分别紧贴在电容器外壁。放大单元中，射频放大器对接收到的射频传感信号进行脉冲展宽和对数放大并输出至前端信号处理单元，超声放大器对接收到的超声传感信号进行100倍或1000倍放大并输出至前端信号处理单元。

3.根据权利要求1所述的基于局部放电监测的电容器在线监测系统，其特征是：控制处理和显示单元里又包含主板指令控制、DSP信号处理、信号发送、报警等单元。

4.根据权利要求1和3所述的基于局部放电监测的电容器在线监测系统，其特征是：控制处理和显示单元中应设有基于ADT算法的软件对局部放电信号进行处理，同时还应设有存储器对信号进行存储；信号发送单元能将全部运行数据实时发送至远程监控计算机，所述远程监控计算机设有专用在线监测数据分析软件；报警单元包括显示屏或声光显示器。

5.根据权利要求1所述的基于局部放电监测的电容器在线监测系统，其特征是：各个单元之间的信号传输媒介均是带屏蔽的同轴电缆，与远程监控计算机之间的传输通过GPRS通信网络。