CN104267320A - 一种基于超高频电磁波检测的高压开关柜局部放电监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超高频电磁波检测的高压开关柜局部放电监测系统。该系统由高频传感器模块、模拟信号处理模块、A/D转换模块、微机处理单元、短信模块、手机组成。本发明具有以下优点：1.本发明使用先进的电磁波传感器，寿命长，更加易于安装。2.本发明是一种非侵入无损检测方法，具有明显的带电检测优势，大大提高了系统对局放脉冲信号的检出率和可靠性。3.本发明具有极强的抗干扰能力和较高的灵敏度。4.检测期间开关柜无需停电，大大提高了效率。

Description

一种基于超高频电磁波检测的高压开关柜局部放电监测系统

技术领域

本发明属于智能电网在线监测及其应用领域，特别是涉及高压开关柜局部放电在线监测中局部放电领域，具体是一种基于超高频电磁波检测的高压开关柜局部放电监测系统。

背景技术

高压开关柜是电力系统非常重要的电气设备，绝缘件表面污秽、受潮和凝露；高压母线连接处及断路器触头接触不良；导体、柜体内表面上有金属突起，导致毛刺且较尖；柜体内有可以移动的金属微粒，它有积累电荷的能力，当靠近高压导体且并未接触时，放电最可能发生，高压开关柜故障的潜伏期都会产生放电现象。为了监测高压开关柜的绝缘状态，人们开发了一系列高压开关柜局放监测装置。

当前，应用较为广泛的高压开关柜局放监测技术可以分为二类：

1、局部放电电磁波检测技术(刘云鹏,王会斌,王娟,律方成.高压开关柜局部放电UHF在线监测系统的研究[A].高压电器,2009(2):15-17.将庆云.电力变压器局部放电超高频检测技术的研究[D].保定：华北电力大学，2006.单平.变压器局部放电超高频模式识别系统的研究[D].西安：西安交通大学，2003)。

2、局部放电臭氧检测技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超高频电磁波检测的高压开关柜局部放电监测系统，通过接收柜体内部放电产生的电磁波，实现局放的检测和模式的识别。它只需将高频传感器固定在开关柜高压设备附近，并对设备状况进行实时动态监测，该系统具有极强的抗干扰能力和较高的灵敏度。

本发明解决上述的技术问题的技术方案是：

一种基于超高频电磁波检测的高压开关柜局部放电监测系统，采用超高频传感器采用阿基米德双臂螺旋天线，能实现带宽10～100MHz的局部放电信号检测。它是一种非频变天线，其电性能与频率无关，具有宽频带、圆极化、尺寸小、效率高及可嵌装等优点。放大器增益设计为2.1dB，滤波器采用贝塞尔型有源带通滤波器。局部放电超高频检测通常仅关心信号的峰值及其出现的相位，采用包络检波技术可得到局部放电产生的超高频信号的包络曲线。处理单元将从超高频传感器获取的信号数字化，并进行局放信号的筛选、分析并完成局放脉冲数值记录、监测局放量发展状况等，并将数据储存在短信模块中的普通数据采集卡，从而大大降低了数据采集系统的要求和数据量。如果局放达到危险值将报警，通过短信模块将局放位置、脉冲数值等发送到运行人员手机上，这样就可以解决数据通过电缆接入PC机要长距离布线的麻烦。

一种基于超高频电磁波检测的高压开关柜局部放电监测系统由高频传感器模块、模拟信号处理模块、A/D转换模块、微机处理单元、短信模块、手机构成。

1)各部件结构：

1.1)所述高频传感器模块1由高频射频天线、信号接收器、供电模块组成，高频射频天线与信号接收器连接，供电模块与信号接收器连接，局放信号通过高频射频天线穿入到信号接收器。

1.2)所述模拟信号处理电路内含信号转换电路和放大滤波电路，信号转换电路的出口端与放大滤波电路的进口端连接。

1.3)所述A/D转换电路模块由模数转换电路和A/D参考模块构成，模数转换电路设有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口，模数转换电路的Ⅱ接口与A/D参考模块连接；模数转换电路将模拟电压信号采样为数字信号；通过A/D参考模块修改A/D芯片的偏移量和工作区间，使釆样芯片始终工作于线性度最佳的区间。

1.4)所述微机处理器单元由单片机ARM7、光提示模块、旋钮输入模块、通讯模块构成；以单片机ARM7为核心，单片机ARM7设有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口，Ⅰ接口与光提示模块连接，Ⅱ接口与旋钮输入模块连接，Ⅲ接口与通讯模块连接；单片机ARM7的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口协调仪器各部分的工作；光提示模块提示高频传感器的工作状态和参数，对局放等异常等情况进行提示；旋钮输入设备是仪器面板的唯一输入设备，操作简单；通讯模块4-4包含RS232通讯协议和物理接口，同时提供0-2.5V、4-20mA模拟输出接口。

1.5)所述短信模块由串口接口、MCU信令转换、GSM信道单元模块、SIM卡模块、电源模块构成；

1.6)手机；

2)各部件的连接关系：

所述高频传感器模块的信号接收器出口与模拟信号处理模块的信号转换电路进口连接；模拟信号处理模块的放大滤波电路出口与A/D转换模块的模数转换电路的I接口相连；A/D转换模块的模数转换电路的III接口与微机处理单元的单片机ARM7的进口相连；微处理单元模块的通讯模块的出口与短信模块的串口接口相连；最后通过短信模块的GSM信道单元模块发送到手机；

系统的工作流程为利用高频传感器模块所采集的电磁波信号，通过模拟信号处理模块的信号放大滤波模块将原始电磁波信号过滤成只包含局放的信号传给A/D转换模块，然后经A/D转换模块通过模数转换电路将局放信号由模拟信号转换成数字信号传给微处理模块的单片机ARM7,单片机ARM7对检测后的数据进行处理，并通过光提示模块来提示检测结果，以及通过通讯模块的RS-232接口电路将局放数据报警结果送到短信模块，最后经由短信模块通过GSM信号发送到手机。

与高压开关柜无线测温技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明使用先进的电磁波传感器，寿命长，更加易于安装。

2.本发明是一种非侵入无损检测方法，具有明显的带电检测优势，大大提高了系统对局放脉冲信号的检出率和可靠性。

3.本发明具有极强的抗干扰能力和较高的灵敏度。

4.检测期间开关柜无需停电，大大提高了效率。

附图说明

图1是发明一种基于超高频电磁波检测的高压开关柜局部放电监测系统结构示意图。

图中，高频传感器模块1、模拟信号处理模块2、A/D转换模块3、模数转换电路3-1、A/D参考模块3-2、微机处理单元4、单片机ARM74-1、光提示模块4-2、旋钮输入模块4-3、通讯模块4-4、短信模块5、手机6。

图2高频传感器模块结构示意图。

图中，高频传感器模块1、高频射频天线1-1、信号接收器1-2、供电模块1-3。

图3模拟信号处理电路结构示意图。

图中，模拟信号处理模块2、信号转换电路2-1、放大滤波电路2-2。

图4是短信模块结构示意图。

图中，短信模块5、串口接口5-1、MCU信令转换5-2、GSM信道单元模块5-3、SIM卡模块5-4、电源模块5-5。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作详细说明。

一种基于超高频电磁波检测的高压开关柜局部放电监测系统结构如图1所示，该系统高频传感器模块1、模拟信号处理模块2、A/D转换模块3、微机处理单元4、短信模块5、手机6组成。

1)各部件结构：

1.1)所述高频传感器模块1由高频射频天线1-1、信号接收器1-2、供电模块1-3组成，高频射频天线1-1与信号接收器1-2连接，供电模块1-3与信号接收器1-2连接，局放信号通过高频射频天线1-1穿入到信号接收器1-2；

1.2)所述模拟信号处理电路2内含信号转换电路2-1和放大滤波电路2-2，信号转换电路2-1的出口端与放大滤波电路2-2的进口端连接。

1.3)所述A/D转换电路模块3由模数转换电路3-1和A/D参考模块3-2构成，模数转换电路3-1设有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口，模数转换电路3-1的Ⅱ接口与A/D参考模块3-2连接；模数转换电路3-1将模拟电压信号采样为数字信号；通过A/D参考模块3-2修改A/D芯片的偏移量和工作区间，使釆样芯片始终工作于线性度最佳的区间；

1.4)所述微机处理器单元4由单片机ARM74-1、光提示模块4-2、旋钮输入模块4-3、通讯模块4-4构成；以单片机ARM74-1为核心，单片机ARM7设有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口，Ⅰ接口与光提示模块4-2连接，Ⅱ接口与旋钮输入模块4-3连接，Ⅲ接口与通讯模块4-4连接；单片机ARM74-1的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口协调仪器各部分的工作；光提示模块4-2提示高频传感器的工作状态和参数，对局放等异常等情况进行提示；旋钮输入设备4-3是仪器面板的唯一输入设备，操作简单；通讯模块4-4包含RS232通讯协议和物理接口，同时提供0-2.5V、4-20mA模拟输出接口；

1.5)所述短信模块5由串口接口5-1、MCU信令转换5-2、GSM信道单元模块5-3、SIM卡模块5-4、电源模块5-5构成；

1.6)手机；

2)各部件的连接关系：

所述高频传感器模块1的信号接收器1-2出口与模拟信号处理模块2的信号转换电路2-1进口连接；模拟信号处理模块2的放大滤波电路2-2出口与A/D转换模块3的模数转换电路3-1的I接口相连；A/D转换模块3的模数转换电路3-1的III接口与微机处理单元4的单片机ARM74-1的进口相连；微处理单元模块4的通讯模块4-4的出口与短信模块5的串口接口5-1相连；最后通过短信模块5的GSM信道单元模块5-3发送到手机6；

系统的工作流程为利用高频传感器模块1所采集的电磁波信号，通过模拟信号处理模块2的信号放大滤波模块2-2将原始电磁波信号过滤成只包含局放的信号传给A/D转换模块3，然后经A/D转换模块3通过模数转换电路3-1将局放信号由模拟信号转换成数字信号传给微处理模块4的单片机ARM74-1,单片机ARM74-1对检测后的数据进行处理，并通过光提示模块4-2来提示检测结果，以及通过通讯模块4-4的RS-232接口电路将局放数据报警结果送到短信模块5，最后经由短信模块5通过GSM信号发送到手机6。

一条典型的数据行

通过在高压开关柜绝缘子法兰位置注入模拟PD信号，100mV模拟PD信号注入可以在综合处理单元MS上观测到5-10pC的信号图谱，800mV模拟PD信号注入可以在综合处理单元MS上观测到100pC的信号图谱，试验结果表明，数据采集系统能够有效地采集到局放信号，表明该系统具有较强抗干扰能力。通过接入短信模块，可以将局放脉冲报警值、报警位置(用户根据现场设置)以短信的方式发送到运行人员所持手机中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例子而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于超高频电磁波检测的高压开关柜局部放电监测系统，其特征在于：高频传感器模块(1)、模拟信号处理模块(2)、A/D转换模块(3)、微机处理单元(4)、短信模块(5)、手机(6)构成，

1)各部件结构：

1.1)所述高频传感器模块(1)由高频射频天线(1-1)、信号接收器(1-2)、供电模块(1-3)组成，高频射频天线(1-1)与信号接收器(1-2)连接，供电模块(1-3)与信号接收器(1-2)连接，局放信号通过高频射频天线(1-1)穿入到信号接收器(1-2)；

1.2)所述模拟信号处理电路(2)内含信号转换电路(2-1)和放大滤波电路(2-2)，信号转换电路(2-1)的出口端与放大滤波电路(2-2)的进口端连接；

1.3)所述A/D转换电路模块(3)由模数转换电路(3-1)和A/D参考模块(3-2)构成，模数转换电路(3-1)设有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口，模数转换电路(3-1)的Ⅱ接口与A/D参考模块(3-2)连接；模数转换电路(3-1)将模拟电压信号采样为数字信号；通过A/D参考模块(3-2)修改A/D芯片的偏移量和工作区间，使釆样芯片始终工作于线性度最佳的区间；

1.4)所述微机处理器单元(4)由单片机ARM7(4-1)、光提示模块(4-2)、旋钮输入模块(4-3)、通讯模块(4-4)构成；以单片机ARM7(4-1)为核心，单片机ARM7设有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口，Ⅰ接口与光提示模块(4-2)连接，Ⅱ接口与旋钮输入模块(4-3)连接，Ⅲ接口与通讯模块(4-4)连接；单片机ARM7(4-1)的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口协调仪器各部分的工作；光提示模块(4-2)提示高频传感器的工作状态和参数，对局放等异常等情况进行提示；旋钮输入设备(4-3)是仪器面板的唯一输入设备，操作简单；通讯模块(4-4)包含RS232通讯协议和物理接口，同时提供0-2.5V、4-20mA模拟输出接口；

1.5)所述短信模块(5)由串口接口(5-1)、MCU信令转换(5-2)、GSM信道单元模块(5-3)、SIM卡模块(5-4)、电源模块(5-5)构成；

1.6)手机；

2)各部件的连接关系：

所述高频传感器模块(1)的信号接收器(1-2)出口与模拟信号处理模块(2)的信号转换电路(2-1)进口连接；模拟信号处理模块(2)的放大滤波电路(2-2)出口与A/D转换模块(3)的模数转换电路(3-1)的I接口相连；A/D转换模块(3)的模数转换电路(3-1)的III接口与微机处理单元(4)的单片机ARM7(4-1)的进口相连；微处理单元模块(4)的通讯模块(4-4)的出口与短信模块(5)的串口接口(5-1)相连；最后通过短信模块(5)的GSM信道单元模块(5-3)发送到手机(6)；

系统的工作流程为利用高频传感器模块(1)所采集的电磁波信号，通过模拟信号处理模块(2)的信号放大滤波模块(2-2)将原始电磁波信号过滤成只包含局放的信号传给A/D转换模块(3)，然后经A/D转换模块(3)通过模数转换电路(3-1)将局放信号由模拟信号转换成数字信号传给微处理模块(4)的单片机ARM7(4-1),单片机ARM7(4-1)对检测后的数据进行处理，并通过光提示模块(4-2)来提示检测结果，以及通过通讯模块(4-4)的RS-232接口电路将局放数据报警结果送到短信模块(5)，最后经由短信模块(5)通过GSM信号发送到手机(6)。