CN103454563A - 气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测系统及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于电气设备在线监测系统领域的一种气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测系统及定位方法。在气体绝缘组合电器内安装内置耦合器和N个超声波传感器，内置耦合器和N个超声波传感器分别与信号处理单元连接，各信号处理单元各自连接相应的数据采集器及电源，每个数据采集器都通过触发信号光纤、数据光纤汇集到数据汇聚模块，数据汇聚模块通过以太网口与计算机连接。在线监测及定位是通过在气体绝缘组合电器内安装内置耦合器和N个超声波传感器，采用内置耦合器与超声波传感器联合监测，实现对GIS内局部放电的在线监测及定位。本发明原理简单，准确度高。避免了外界干扰造成的误判，能有效提高监测结果的准确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电气设备在线监测系统领域，特别涉及一种气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测系统及定位方法。
背景技术
气体绝缘组合电器（GIS）具有占地面积小、可靠性高、安全性强、运行维护方便等优点，因此在我国电力系统中得到了广泛应用。尽管GIS设备的可靠性较高，但是在制作和装配过程中其内部很可能会出现一些小的缺陷，如金属突起、自由金属颗粒、盆式绝缘子上粘附金属粉末等，且在常规实验中很难被发现，一旦投运即发展成放电通道并引发事故。近年来电网接连发生多起GIS故障或事故，严重影响着系统的安全稳定运行，因此研究GIS设备的局部放电在线监测技术具有重要的现实意义。
目前GIS局部放电的监测方法主要有超高频法（UHF）、超声波法、高频接地电流法以及耦合电容法等。
超高频法（UHF）通过天线传感器接收局部放电过程中辐射的超高频电磁波（300MHz-3GHz），从而实现局部放电的检测。该方法检测灵敏度较高，但容易受到外界干扰，无法实现精确定位，且对信号处理单元的频带要求较高。
超声波法是通过接收局部放电产生的超声波信号实现对局部放电的检测。该方法在电气设备局部放电检测中的应用较早，但其灵敏度与超高频法相比有较大差距，目前只是作为一种辅助检测手段。该方法灵敏度较低，测量范围较小，但抗干扰能力较强，并且由于超声波具有很强的方向性，因此可以实现对局部放电的精确定位。
高频接地电流法：当GIS内部发生局部放电时，GIS接地线上会有高频电流流过，利用宽频带罗科夫斯基线圈监测此高频电流信号，从而实现局部放电的监测。该方法灵敏度较高，但抗干扰能力太差，目前应用较少。
耦合电容法又称为脉冲电流法，该方法是在法兰内部加装金属电极，该电极与外壳构成耦合电容，利用该耦合电容探测局部放电在导电杆上引起的电压变化。该方法结构简单，便于实现，灵敏度较高，但无法实现精确定位，且要求传感器内置。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测系统及定位方法，其特征在于，所述气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测系统组成：在气体绝缘组合电器内安装内置耦合器和N个超声波传感器，内置耦合器和N个超声波传感器分别与信号处理单元连接，各信号处理单元各自连接相应的数据采集器及电源，每个数据采集器都通过触发信号光纤、数据光纤汇集到数据汇聚模块，数据汇聚模块通过以太网口与计算机连接。
所述N个超声波传感器的N为1以上的正整数。
所述对气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测和定位方法，通过在气体绝缘组合电器内安装内置耦合器和N个超声波传感器，对GIS局部放电进行联合监测和定位，包括：
1）内置耦合器通过在GIS中内置金属电极耦合GIS内导电杆的电压变化，该耦合器输出的信号中既包含工频电压信号又包含局部放电信号，该两种信号由信号处理单元分成两路，分别由两个数据采集器采集后输送至数据汇聚模块，并通过以太网发送给计算机处理；
2）超声波传感器采用谐振式超声波传感器，将该传感器固定在GIS表面，当GIS内部发生局部放电时会产生超声波信号，超声波信号经过SF6气体传播至GIS腔体表面，产生超声振动，该超声振动经过压电陶瓷转换为电信号，该电信号分别由各自的信号处理单元处理、数据采集器采集后输送至数据汇聚模块，并通过以太网发送给计算机处理；
3）内置耦合器与超声波传感器联合监测，由于电磁波信号传输速度很快，因此把内置耦合器接收到的局部放电信号做为时间基准，通过比较超声波信号与内置耦合器信号之间的传输时延，再结合SF6气体中超声波的140m/s的传播速度，便求出局部放电处与超声波传感器的空间距离，实现对GIS内局部放电的准确监测和定位；避免了外界干扰造成的误判，以提高监测结果的准确性和可靠性。
所述超声波传感器在获得局部放电信号的同时还获得放电发生的相位信号，用于局部放电类型的模式识别。
本发明的有益效果是通过内置耦合器与超声波传感器的联合监测，实现对GIS内局部放电的监测和定位，原理简单，准确度高。该方法能有效提高GIS局部放电检测的准确度，避免了外界干扰造成的误判，以提高监测结果的准确性和可靠性。
附图说明
图1是GIS内局部放电的在线监测及定位系统结构示意图。
图2是测量GIS内局放源与超声波传感器之间的空间距离的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测系统和定位方法，下面结合附图，详细说明本发明。
图1给出了GIS内局部放电的在线监测及定位系统结构图，所述气体绝缘组合电器（GIS）内局部放电在线监测系统组成（以一个GIS间隔中的一相为例），局部放电在线监测系统主要包括一个内置耦合器、1-N个超声波传感器（N为1以上的正整数）以及信号处理单元、数据采集模块、数据汇聚模块、计算机和电源构成；具体结构是在气体绝缘组合电器内安装内置耦合器和N个超声波传感器（N为1以上的正整数），内置耦合器和N个超声波传感器分别与信号处理单元连接，各信号处理单元各自连接相应的数据采集器及电源，每个数据采集器都通过触发信号光纤、数据光纤汇集到数据汇聚模块，数据汇聚模块通过以太网口与计算机连接。
所述对气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测和定位方法，通过在气体绝缘组合电器内安装内置耦合器和N个超声波传感器，对GIS内局部放电进行联合监测和定位，具体说明如下：
（1）内置耦合器：内置耦合器通过在GIS中内置金属电极耦合GIS内导电杆的电压变化，该耦合器输出的信号中既包含工频电压信号又包含局部放电信号。
（2）超声波传感器：采用谐振式超声波传感器，将该传感器固定在GIS表面，当GIS内部发生局部放电时会产生超声波信号，超声波信号经过SF6气体传播至GIS腔体表面，产生超声振动，该超声振动经过压电陶瓷转换为电信号，该电信号分别由各自的信号处理单元进行处理；
（3）信号处理单元：对于内置耦合器，信号处理单元主要是对内置耦合器输出的信号分成两路，一路经过滤波放大、检波，输出局部放电信号，另一路经过滤波，输出工频电压信号。对于超声波传感器来说，信号处理单元主要是对超声波信号进行滤波放大，输出局部放电超声波信号。
（4）数据采集模块：能够正确解码数据汇聚模块发出的光触发信号，实现各数据采集模块的同步采集，能够将相关模拟量进行模数转换，并具备数据存储功能，能够将采集到数据通过光纤输出给数据汇聚模块。
（5）数据汇聚模块：通过触发信号光纤发送外部触发采样信号给数据采集模块，控制多个数据采集模块同步采集，通过数据光纤接收数据采集模块的串行数据，一个数据汇聚模块能够接收来自多路数据采集模块的带有时标信息的串行数据，并能够按照规定的格式将数据采集模块的采样数据通过网络转发给上层PC。
（6）计算机：软件系统的主要工作是进行设备控制、数据采集处理、数据存储、查询以及信息的远程发布等。采用模块化、分层分级的设计思想，分为图形系统、监测系统和信息查询系统。系统通过配置IEC61850规约转换模型，实现监测终端数据格式的映射和转换功能，将数据终端传输的数据规约转换为IEC61850标准通信规约，从而实现变电站中各种IED的管理以及设备间的互联、互操作，满足在变电站内实现统一的规约通信机制。
（7）电源：为数据采集模块及信号处理单元提供电源。
图2给出了测量GIS内局放电与超声波传感器之间的空间距离的示意图，图中，1表示工频电压信号；2表示内置耦合器局部放电信号；3表示超声波信号；由于电磁波在空气中近似于光速传播，因此相对于超声波信号，可认为接收到内置耦合器局部放电信号的时刻即为局放发生的时刻，然后以该信号作为时间基准，通过比较内置耦合器局部放电信号与超声波信号，得到超声波的传输时延。如图2所示，其中t0表示局放发生的时刻，t1表示超声传感器接收到信号的时刻，Δt即为超声传输时延。再根据超声波在SF6气体中的传播速度即可得出局放电源与超声波传感器之间的空间距离。另外由于内置耦合器还可以输出工频电压信号，因此可以获得局部放电发生的相位，有利于局部放电的模式识别。
Claims (4)
1.一种气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测系统，其特征在于，所述气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测系统组成：在气体绝缘组合电器内安装内置耦合器和N个超声波传感器，内置耦合器和N个超声波传感器分别与信号处理单元连接，各信号处理单元各自连接相应的数据采集器及电源，每个数据采集器都通过触发信号光纤、数据光纤汇集到数据汇聚模块，数据汇聚模块通过以太网口与计算机连接。
2.根据权利要求1所述气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测系统，其特征在于，所述N个超声波传感器的N为1以上的正整数。
3.一种对气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测和定位方法，其特征在于，通过在气体绝缘组合电器内安装内置耦合器和N个超声波传感器，对气体绝缘组合电器内局部放电进行联合监测和定位，包括如下步骤：
1）内置耦合器通过在GIS中内置金属电极耦合GIS内导电杆的电压变化，该耦合器输出的信号中既包含工频电压信号又包含局部放电信号，该两种信号由信号处理单元分成两路，分别由两个数据采集器采集后输送至数据汇聚模块，并通过以太网发送给计算机处理；
2）超声波传感器采用谐振式超声波传感器，将该传感器固定在GIS表面，当GIS内部发生局部放电时会产生超声波信号，超声波信号经过SF6气体传播至GIS腔体表面，产生超声振动，该超声振动经过压电陶瓷转换为电信号，该电信号分别由各自的信号处理单元处理、数据采集器采集后输送至数据汇聚模块，并通过以太网发送给计算机处理；
3）内置耦合器与超声波传感器联合监测，由于电磁波信号传输速度很快，因此把内置耦合器接收到的局部放电信号做为时间基准，通过比较超声波信号与内置耦合器信号之间的传输时延，再结合SF6气体中超声波的140m/s的传播速度，便求出局部放电处与超声波传感器的空间距离，实现对GIS内局部放电的准确监测和定位；避免了外界干扰造成的误判，以提高监测结果的准确性和可靠性。
4.根据权利要求3所述对气体绝缘组合电器内局部放电的在线监测和定位方法，其特征在于，所述超声波传感器在获得局部放电信号的同时还获得放电发生的相位信号，用于局部放电类型的模式识别。
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