CN102565640A - 一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，属于电力电子技术领域。光电传感器模块(2)将电力电子阀体表面局部放电产生的光信号转换为电信号，并通过模拟信号调理模块(3)对该电信号依次进行放大、滤波和模数转换；转换后的数字信号通过数字信号处理模块(4)进行运算分析后的信息经由通信模块(6)传至上位机(8)进行在线监测，并存储于放电信息存储模块(7)中；通过电源发生模块(1)对其他各模块进行供电。本发明体积小，成本低，实时性好，使用部件较少，安装位置灵活性强，放电检测精度高，检测精度可以达到50pC，而且易于移动与安装；抗干扰能力较好，灵敏度和工作可靠性高；兼顾经济性与实用性，具有较好的应用前景。

Description

一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置。

背景技术

随着电力设备电压等级的提高和各种有机绝缘材料的广泛应用，电力电子阀体的局部放电问题越来越突出。特别是复杂结构电力电子阀体及特殊的应用场合对设备绝缘结构及运行的可靠性提出更高的要求。电力电子阀体中某些绝缘薄弱部分在强电场的不断作用下容易发生局部放电，进而造成绝缘失效、设备损坏。局部放电现象包含着丰富的特征信息，这些信息能用于检测高压设备绝缘性能，为系统或装置在线监测提供重要参考依据，减少事故发生几率。目前，局部放电在线监测系统面临的主要问题是如何在强电磁干扰环境下提取局部放电现象的特征信息。绝缘体各区域承受的电场一般是不均匀的，而电介质本身通常也是不均匀的，有的是由不同材料组成的复合绝缘体，如气体—固体复合绝缘、液体—固体复合绝缘以及固体—固体复合绝缘等。有的虽是单一的材料，但是在制造或使用过程中会残留一些气泡或其他杂质，于是在绝缘体内部或表面就会出现某些区域的电场强度高于平均电场强度，或某些区域的击穿场强低于平均击穿场强，因此在某些区域就会先发生放电，而其他区域仍然保持绝缘特性。这种在电场作用下，导体间绝缘仅部分区域被击穿的电气放电现象称为局部放电。对于被气体包围的导体附近发生的局部放电，可称之为电晕。局部放电可能发生在导体边缘，也可能发生在绝缘体的表面或内部，发生在表面的称为表面局部放电，发生在内部的称为内部局部放电。实践证明局部放电是造成电力电子设备最终发生绝缘击穿的主要原因，故对电气设备局部放电的监测尤为重要。这其中就包括绝缘体表面局部放电，也就是本装置所要检测的放电信息。

局部放电测量的方法很多，主要是根据放电过程中发生的物理化学效应，通过测量局部放电所产生的电荷交换、能量的损耗、发射的电磁波、声音和光以及生成的新物质来表征局部放电的状态。常见的检测方法有：脉冲电流法、色谱分析法、超高频局部放电检测技术、介质损耗分析法、红外热成像法、超声波法和紫外成像法等。

①脉冲电流法

脉冲电流法是目前在局部放电测量中应用最为广泛的一种方法。放电电流脉冲信息含量丰富，可通过电流脉冲的统计特征和实际的波形来判定放电的严重程度，进而运用其他分析手段了解绝缘劣化的状况及发展趋势。同时，该方法对于突变信号反应灵敏，易于定量，能准确及时地发现故障。国际电工技术委员会(IEC)专门对此方法制定了相关标准(IEC-60270)。这种方法可以对放电量进行定量测量，灵敏度高。但此种方法测量频率低、频带窄、信息量少、易受外界干扰噪声(f＜10MHz)影响，抗干扰能力差。这种方法需借助专用仪器并且无法对放电点位置进行定位。

②色谱分析法

色谱分析法适用于绝缘介质为有机油的场合，通过分析油中溶解气体的成分和浓度，以判断局部放电的状态。该方法简单、经济、有效，但检测周期长，不能反映突发性故障，不能定量分析。

③超高频(UHF)局部放电检测技术

超高频法检测频带可达300MHz-3GHz，由于检测信号频率很高，所以受外界干扰影响小，有较高的灵敏度和可靠性。超高频检测法的局限性在于系统成本高且难以实现放电量的直接核准，即放电量的准确标定。

④介质损耗分析法(DLA)

由于亚辉光放电不产生放电脉冲信号，而亚辉光放电的脉冲上升沿时间太长，普通的脉冲电流法检测装置难以检测，介损法特别适用于测量低气压中存在的辉光或亚辉光放电。但是该方法只能定性的检测局部放电是否发生，不能检测局部放电量的大小。

⑤红外热成像技术

红外热成像技术是一种波长转换技术，即把红外辐射图像转换为可视图像的技术。它是利用目标内有较大的温度梯度或背景与目标有较大热对比度的特点，使得可视目标很容易在红外图像中看到。对于复杂的绝缘结构，借助计算机辅助计算红外热像法可以得到一定的量化关系。在使用过程中人们发现以下环节制约着红外技术的效果：不同的目标有不同的光谱特性，目标和探测间的环境和距离影响探测系统的性能；大气中水汽、二氧化碳等各种气体分子导致各个大气窗口中传输的红外辐射也有相当大的衰减；对于电晕放电，如果看到红外图像时，电气设备放电已经很严重。这也是红外热成像技术的主要缺点。

⑥超声波法

超声波法是通过检测局放产生的超声波信号来测量局部放电的大小和位置。由于超声波可以向所有方向传递和辐射，声音会通过大多数绝缘材料进行传递，所以声能的衰减程度将与频率呈近似指数的关系。可将绝缘材料看成是声能的低级滤波器。声波的初始频率和幅度主要取决于放电源的性质。因此，声频率和声能幅度必然随着放电源的距离增大而降低，局部放电声波定位便是基于这一原理。但是该方法也有一定局限性，当放电源位于绝缘体表面时测试是有效的，当放电源位于绝缘体深部时，信号将很难收到。对于同时出现的多点放电，如何判断超声信号的大小、区分超声信号，仍需要做进一步的工作。这种方法不能精确定位，信号容易受到干扰。

⑦紫外成像法

使用紫外成像仪把被检测装置的局部放电图像实时捕捉并传输给上位机显示。与传统的检测方法相比，这种方法借助专业仪器定位准确可以做到不停电、不改变系统的运行状态，从而监测设备在运行状态下的真实状态信息。由于紫外检测基于探测对象自身发射的紫外线，不需另备辅助信号源和各种检测装置。因此，此种检测方法手段单一、操作方便。除了以上优点，紫外成像仪成本很高，经济性上不具有优势。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，由于放电时将伴随紫外光的产生，本装置采用非接触式光检测法对运行中的电力电子设备表面局部放电现象进行监测。为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，所述装置包括电源发生模块1、光电传感器模块2、模拟信号调理模块3、数字信号处理模块4、通信模块6、放电信息存储模块7和上位机8；所述光电传感器模块2将电力电子阀体表面局部放电产生的光信号转换为电信号，并通过所述模拟信号调理模块3对该电信号依次进行放大、滤波和模数转换；转换后的数字信号通过所述数字信号处理模块4进行运算分析后的信息经由通信模块6传至上位机8进行在线监测，并存储于放电信息存储模块7中；通过所述电源发生模块1对其他各模块进行供电。

所述光电传感器模块2包括紫外光滤光镜和紫外传感器，所述紫外光滤光镜滤除非特征波长的紫外光，特征波长的紫外光则通过紫外传感器转换为电信号，所述紫外传感器将所述电信号送入所述信号模拟调理模块3进行调理。

所述模拟信号调理模块3设置有滤波电路。

所述装置包括人机界面显示模块5，所述数字信号处理模块4将放电信息实时传输给人机界面显示模块5。

所述模拟信号调理模块3包括信号放大模块、信号滤波模块和模数转换模块。

所述通信模块6采用无线GPRS、232串口通讯、485串口通讯、CAN总线通讯或工业以太网与所述上位机8实现通信。

所述放电信息包括放电时间和放电量。

所述数字信号处理模块4中通过编程实现所述放电量计算参数表。

所述放电信息存储模块7对放电信息进行存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.体积小，成本低，实时性好，不需要紫外成像仪这样的高成本设备；

2.使用部件较少，安装位置灵活性强，放电检测精度高，检测精度可以达到50pC，而且易于移动与安装；

3.抗干扰能力较好，灵敏度和工作可靠性高；兼顾经济性与实用性，具有较好的应用前景；

4.适合用于运行中的电力电子阀体表面局部放电信息的检测，这些放电信息供工作人员分析检查，及时更换绝缘装置，防止发生长时间局部放电而产生绝缘老化损坏最终导致介质击穿，提高电力电子装置的运行可靠性及稳定性；

5.适用于包括：TCSC(可控串补)阀体、SVC(静止无功补偿器)阀体、CSR(可控并联电抗器)阀体、电力电子融冰阀体、STATCOM(静止同步补偿器)换流装置、SSSC(静止同步串联补偿器)换流装置、UPFC(统一潮流控制器)换流装置、高压直流换流阀、轻型直流输电换流装置、变频器、风电变流器、光伏变流器、DVR(动态电压恢复器)换流装置、SSTS(固态转换开关)阀体、APF(有源电力滤波器)等运行中的电力电子阀体。

附图说明

图1是用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置实施例结构图；

图2是用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置另一实施例结构图；

图3是用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1，一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，所述装置包括电源发生模块1、光电传感器模块2、模拟信号调理模块3、数字信号处理模块4、通信模块6、放电信息存储模块7和上位机8；所述光电传感器模块2将电力电子阀体表面局部放电产生的光信号转换为电信号，并通过所述模拟信号调理模块3对该电信号依次进行放大、滤波和模数转换；转换后的数字信号通过所述数字信号处理模块4进行运算分析后的信息经由通信模块6传至上位机8进行在线监测，并存储于放电信息存储模块7中；通过所述电源发生模块1对其他各模块进行供电。

如图2，所述光电传感器模块2包括紫外光滤光镜和紫外传感器，所述紫外光滤光镜滤除非特征波长的紫外光，特征波长的紫外光则通过紫外传感器转换为电信号，所述紫外传感器将所述电信号送入所述信号模拟调理模块3进行调理。

所述模拟信号调理模块3设置有滤波电路。

所述装置包括人机界面显示模块5，所述数字信号处理模块4将放电信息实时传输给人机界面显示模块5。

所述模拟信号调理模块3包括信号放大模块、信号滤波模块和模数转换模块。

所述通信模块6采用无线GPRS、232串口通讯、485串口通讯、CAN总线通讯或工业以太网与所述上位机8实现通信。

所述放电信息包括放电时间和放电量。

所述数字信号处理模块4中通过编程实现所述放电量计算参数表。

所述放电信息存储模块7对放电信息进行存储。

装置的工作流程如附图3所示，首先通过上位机或者人机界面上的启动按键，启动整个装置的放电检测工作程序。程序启动后装置的各个模块先后上电启动。光电传感器模块2采集紫外光，但这些波长的紫外光不全是由于表面局部放电产生的，光电传感器模块2采集不同波长的紫外光，把这些不同波长的光信号交由模拟信号处理模块3转换为不同频率的电信号，之后对这些不同频率的模拟电信号进行滤波，得到波长在280-400nm范围内所对应的有效电信号，并对其进行AD转换得到供数字处理模块4分析运算的数字信号。通过上面的方法可以将有效的放电检测数字信号传给数字信号处理模块4，而数字信号处理模块4对这些对应这特征波长光信号的数字电信号进行运算和分析，判断是否有表面局部放电发生，并计算局部放电量。这一逻辑判断是需要通过一个信息查表过程来实现，在数字信号处理器中编程植入一个逻辑判断表，针对不同波长的紫外线都对应一个判定值，当数字信号处理器的某频率电信号幅值超过此判定值时，则认为发生表面局部放电。放电量的计算也是通过查表实现，不同频率的放电信号有不同的计算参数。放电量的计算精度可以达到50pC。随后，将判定及计算结果传给人机界面显示模块5，并通过通信模块6传给上位机8，同时在放电信息存储模块7中记录放电信息。

Claims (9)

1.一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，其特征在于：所述装置包括电源发生模块(1)、光电传感器模块(2)、模拟信号调理模块(3)、数字信号处理模块(4)、通信模块(6)、放电信息存储模块(7)和上位机(8)；所述光电传感器模块(2)将电力电子阀体表面局部放电产生的光信号转换为电信号，并通过所述模拟信号调理模块(3)对该电信号依次进行放大、滤波和模数转换；转换后的数字信号通过所述数字信号处理模块(4)进行运算分析后的信息经由通信模块(6)传至上位机(8)进行在线监测，并存储于放电信息存储模块(7)中；通过所述电源发生模块(1)对其他各模块进行供电。

2.如权利要求1所述的一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，其特征在于：所述光电传感器模块(2)包括紫外光滤光镜和紫外传感器，所述紫外光滤光镜滤除非特征波长的紫外光，特征波长的紫外光则通过紫外传感器转换为电信号，所述紫外传感器将所述电信号送入所述信号模拟调理模块(3)进行调理。

3.如权利要求1所述的一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，其特征在于：所述模拟信号调理模块(3)设置有滤波电路。

4.如权利要求2或3所述的一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，其特征在于：所述装置包括人机界面显示模块(5)，所述数字信号处理模块(4)将放电信息实时传输给人机界面显示模块(5)。

5.根据权利要求2或3所述的一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，其特征在于：所述模拟信号调理模块(3)包括信号放大模块、信号滤波模块和模数转换模块。

6.根据权利要求2或3所述的一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，其特征在于：所述通信模块(6)采用无线GPRS、232串口通讯、485串口通讯、CAN总线通讯或工业以太网与所述上位机(8)实现通信。

7.根据权利要求2或3所述的一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，其特征在于：所述放电信息包括放电时间和放电量。

8.根据权利要求2或3所述的一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，其特征在于：所述数字信号处理模块(4)中通过编程实现所述放电量计算参数表。

9.根据权利要求2或3所述的一种用于电力电子阀体的局部放电在线监测装置，其特征在于：所述放电信息存储模块(7)对放电信息进行存储。

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