CN104459490A - 电力系统中gis击穿定位用的超声波分析装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置及系统，该装置包括超声波传感器、信号放大处理器、数据分析模块、显示器、键盘和信号指示灯，所述超声波传感器与信号放大处理器连接，信号放大处理器与数据分析模块相连接，所述的显示器、键盘、信号指示灯均与数据分析模块相连接，所述的超声波传感器用于接收电力系统中GIS击穿放电所产生的超声波信号，通过信号放大处理器进行多级放大和滤波整定后传输给数据分析模块；所述的数据分析模块通过对数据进行分析获得击穿数据，从而捕获到GIS击穿时所对应的数据值和时刻。该装置能够对GIS设备的击穿放电部位进行检测。本发明同时公开了包含多个独立的超声波分析装置组成的系统。

Description

电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置及系统

技术领域

本发明涉及电力系统中电气设备的检测分析设备，具体是指电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置及系统。

背景技术

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)具有绝缘度高、结构紧凑、占地面积小、适应性广、可靠性高的特点，在电力系统的发电厂以及高压变电站中得到了广泛的应用。然而，GIS设备在制造和装配过程中，往往由于工艺等问题会使GIS内部留下一些小的缺陷，如金属微粒、绝缘气隙等，这些缺陷在GIS运行过程可能会引起局部放电并进一步引发绝缘事故。

尽管GIS在出厂时必须逐一通过严格的例行试验项目，但在现场仍需把各有关的运输单元连接起来，这就可能出现连接不当或错误装配的情况，安装时容器或绝缘隔板受到异物污染，如空气中的尘埃、潮气、化学烟雾、金属粉末，装配时连接件上的金属切削丝等，都是影响GIS绝缘性能的隐患。

因此有些工厂控制尘埃降落量小于每天10mg/m’，温度18～28℃。在现场安装时也要采取措施，严格控制尘埃、异物的污染。GIS在工厂装配后，必须作200次正常操作试验，此时因机械震动、磨擦所产生的金属微粒是不可避免的。设计已经考虑允许一定量的金属微粒存在于箱体或管道的底部。问题在于试验方法和标准，必须能够鉴别是否有超过规定数量和粒度的导电微粒存在。此外，运输中的意外碰撞，造成外壳或绝缘件受损，元件移位或脱落，将是更为严重的。为检查总体装配的绝缘性能是否良好，以防止意外因素导致的内部故障，应在安装后的现场交流耐压试验。部分GIS还需要进行雷电冲击试验。

试验过程中，若GIS发生击穿放电的现象，可以根据GIS放电量和放电引起的声、光、电、化学等各种效应进行判断，找出击穿放电位置。若GIS分段后进行耐压试验的进出线和间隔较多，在试验过程中发生非自恢复性放电或击穿，仅靠人耳的监听以判断故障发生的确切部位将比较困难，且容易发生误判断而浪费人力、物力和对设备造成不必要的损害。

目前国内外一般采用基于耐压试验过程中放电产生的冲击波而引起外壳的振动波的原理研制的故障定位仪，以确定放电间隔或进一步精确到放电气室。每次耐压试验前，将探头分别安装在被试部分，特别是断路器、隔离开关、母线与各连接部位绝缘子附近的外壳上，进行监听放电的情况。

发明内容

本发明的目的之一是提供电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置，该装置能够对GIS设备的击穿放电部位进行检测。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置，其特征在于：所述的装置包括超声波传感器、信号放大处理器、数据分析模块、显示器、键盘和信号指示灯，所述超声波传感器的输出端与信号放大处理器的输入端连接，信号放大处理器的输出端与数据分析模块相连接，所述的显示器、键盘、信号指示灯均与数据分析模块相连接，所述的超声波传感器用于接收电力系统中GIS击穿放电所产生的超声波信号，并将接收的超声波信号通过模数转换为电信号输出，传输给所述的信号放大处理器，所述的信号放大处理器将接收的电信号进行多级放大和滤波整定，获得处理后的电信号；所述的数据分析模块存储该处理后的电信号并且对处理后的电信号进行分析，获得每1秒内电信号的最大值数据作为秒级最大值数据，同时记录秒级最大值数据相应的信号幅值和信号出现的时刻，然后将整个时间段内的所有秒级最大值数据进行存储和比较，获得最大的数据即为击穿数据，从而捕获到GIS击穿时所对应的数据值和时刻，所述的显示器用于显示数据分析模块存储的电信号，所述的键盘用于参数设置，所述的信号指示灯为多个，用于显示数据分析模块存储的电信号的强度，所述信号指示灯在数据分析模块存储的电信号达到或超过设定的强度后点亮，信号指示灯点亮的数量与电信号的强度成正比。

本发明中，所述显示器为LCD显示器。

本发明中，所述的信号放大处理器采用三级放大，第一级100倍差分放大，第二级采用1倍或10倍两种可选择其一的共模放大方式，第三级采用1倍或10倍两种可选择其一的共模放大方式对接收的电信号进行三级放大，最小可对接收的电信号进行100倍的放大，最大可对接收的电信号进行10000倍的放大。

本发明中，所述的信号放大处理器采用10KHz的高通滤波和100KHz的低通滤波组成的带通滤波器对接收的电信号进行滤波整定。

本发明中，所述的信号指示灯为8个。

本发明的目的之二是提供电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置的系统，该系统有多个独立的超声波分析装置组成，能够实现GIS击穿定位的多点检测，从而对GIS设备的击穿放电部位进行精确定位。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：包含上述电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置的系统，其特征在于：所述系统包括多个所述装置，每一个装置均安装到待测GIS中可能发生击穿放电的部位，通过比较多个装置最强电信号的幅值和发生时刻，最终确定电信号幅值最大的装置所处部位或附近就是GIS击穿放电的位置。

在采用对时功能时，以时间最早优先，但击穿点发出的超声波有时经过空气传播快于内部GIS传播，会在附近气室的传感器上出现干扰信号，所以一般先看相邻气室幅值的大小，在幅值相近时再看时间；由于现场操作不方便，有时不会使用对时功能，时间会有误差，所以以幅值优先，确定电信号幅值最大的装置所处部位或附近就是GIS击穿放电的位置。

该系统在使用的具体步骤：

启动系统后，通过有线方式对多个装置进行对时；

选择参数配置模式对各装置进行设置，根据现场情况确定参数(如试验时长、增益、启动时间等)。在试验的GIS设备的不同位置安装击穿定位装置；

当试验中发生击穿现象时，首先观察各击穿定位装置的信号灯点亮个数，缩小击穿点的查找范围；

然后比较各个采集到信号的定位装置LCD显示器上的信号强度、发生时间，对击穿进行精确定位。距离击穿部位近的定位装置击穿信号较强，时间较早，距离击穿部位远的定位装置由于超声波在GIS内部的衰减会随着距离而逐渐减弱，时间较晚。

与现有技术相比，本发明提供的超声波局部放电装置和系统，没有接收主机，避免了主机和各测量装置的数据交换过程中产生的故障和干扰，最大程度上简化了定位系统，只需多个集成了所有必要功能的击穿定位装置，通过对各个装置接收信号的强度和时间进行判别，就可以对GIS耐压试验和雷电冲击试验进行精确的击穿定位；超声波传感器集成在装置后部，没有连接线，有效避免了连接线带来的感应电干扰，可应用于特高压的雷电冲击试验，最大试验电压达2400kV。这样大大减小了误判断和漏测的可能性，节约了大量的检测成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明超声波分析装置的结构示意图；

图2是本发明超声波分析装置的整体框图；

图3是本发明超声波分析装置击穿信号数据处理流程图；

图4是本发明超声波分析系统击穿信号定位测定流程图。

附图标记说明

1、超声波传感器； 2、信号放大处理器； 3、数据分析模块；

4、显示器； 5、键盘； 6、信号指示灯

具体实施方式

如图1、图2所示电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置，该装置包括超声波传感器1、信号放大处理器2、数据分析模块3、显示器4、键盘5和信号指示灯6，超声波传感器1的输出端与信号放大处理器2的输入端连接，信号放大处理器2的输出端与数据分析模块3相连接，显示器4、键盘5、信号指示灯6均与数据分析模块3相连接。

超声波传感器1用于接收电力系统中GIS在耐压试验或雷电冲击试验中或者运行过程中击穿放电所产生的超声波信号，并将接收的超声波信号通过模数转换为电信号输出，传输给信号放大处理器2，信号放大处理器2将接收的电信号进行三级放大和高、低通滤波整定，获得处理后的电信号；数据分析模块3存储该处理后的电信号并且对处理后的电信号进行分析，获得每1秒内电信号的最大值数据作为秒级最大值数据，同时记录秒级最大值数据相应的信号幅值和信号出现的时刻，然后将整个时间段内的所有秒级最大值数据进行存储和比较，获得最大的数据即为击穿数据，从而捕获到GIS击穿时所对应的数据值和时刻。该击穿数据即为数据分析模块3所捕获的特征值。

本实施例的三级放大，第一级100倍差分放大，第二级采用1倍的共模放大方式，第三级采用10倍的共模放大方式，对接收的电信号进行1000倍的放大。高、低通滤波整定具体采用10KHz的高通滤波和100KHz的低通滤波组成的带通滤波器对接收的电信号进行滤波整定。

显示器4采用LCD显示器，显示器4用于显示数据分析模块3存储的电信号，键盘5用于参数设置，信号指示灯6为八个，用于显示数据分析模块3存储的电信号的强度，信号指示灯6在数据分析模块3存储的电信号达到或超过设定的强度后点亮，设定的强度由工作人员根据具体工况环境而定，并且通过键盘5预先输入，信号指示灯6点亮的数量与电信号的强度成正比，电信号强度越大，信号指示灯6点亮的数量越多。

作为本实施例的变换，所述的三级放大，第一级100倍差分放大，第二级采用1倍或10倍的共模放大方式，第三级采用1倍或10倍的共模放大方式对接收的电信号进行三级放大，最小可对接收的电信号进行100倍的放大，最大可对接收的电信号进行10000倍的放大。具体放大情况根据实际需要选取。本实施例中，数据分析模块存储该处理后的电信号并且对处理后的电信号进行分析，对击穿数据处理的流程如图3所示，具体过程如下：

200kHz采样率，采集数据的时间达到1000微秒时，可采集到200个数据，在这200个数据中找出最大值和对应的时刻；

当采集数据的时间达到下一个1000微秒时，又可采集到新的200个数据，再在这200个数据中找出最大值和对应的时刻进行保存；

如此连续不间断采集，每隔1000微秒便保存一个最大值数据和对应的时刻，当采集时间到达1秒(1000000微秒)时，便可以获得1000个最大值数据和对应的信号产生的时刻，在这1000个最大值数据再找出一个最大值数据作为秒级最大值数据，同时记录相应的信号幅值和信号出现的时刻；

把秒级最大值数据进行显示、保存和比较，便可以捕获到击穿时的数据幅值和对应的标准时间。

本实施例还提供了包含上述超声波分析装置的系统，该系统有多个独立的定位装置组成，能够实现GIS击穿定位的多点检测，从而对GIS设备的击穿放电部位进行精确定位。

该系统包括多个装置，每一个装置均安装到待测GIS中可能发生击穿放电的部位，通过比较多个装置最强电信号的幅值和发生时刻，最终确定电信号幅值最大的装置所处部位或附近就是GIS击穿放电的位置。

图4是本系统利用多个超声波分析装置进行精确击穿定位的测定流程图；首先对所有参与试验的定位装置进行对时，根据现场试验要求设置参数(如试验时长、增益、启动时间等)，然后将定位装置安装到待测GIS的各个部位，在耐压试验或雷电冲击试验开始前启动定位装置进入测量模式。在试验中如发生击穿现象，首先查看信号指示灯，找出信号灯点亮数量最多的一个或几个定位装置，以缩小查找范围，然后停止定位装置的测量模式，查看显示器上的最强信号的幅值和发生时间，最后确定信号幅值最大、发生时间最早的定位装置所处部位或附近就是击穿放电的位置。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置，其特征在于：所述的装置包括超声波传感器、信号放大处理器、数据分析模块、显示器、键盘和信号指示灯，所述超声波传感器的输出端与信号放大处理器的输入端连接，信号放大处理器的输出端与数据分析模块相连接，所述的显示器、键盘、信号指示灯均与数据分析模块相连接，所述的超声波传感器用于接收电力系统中GIS击穿放电所产生的超声波信号，并将接收的超声波信号通过模数转换为电信号输出，传输给所述的信号放大处理器，所述的信号放大处理器将接收的电信号进行多级放大和滤波整定，获得处理后的电信号；所述的数据分析模块存储该处理后的电信号并且对处理后的电信号进行分析，获得每1秒内电信号的最大值数据作为秒级最大值数据，同时记录秒级最大值数据相应的信号幅值和信号出现的时刻，然后将整个时间段内的所有秒级最大值数据进行存储和比较，获得最大的数据即为击穿数据，从而捕获到GIS击穿时所对应的数据值和时刻，所述的显示器用于显示数据分析模块存储的电信号，所述的键盘用于参数设置，所述的信号指示灯为多个，用于显示数据分析模块存储的电信号的强度，所述信号指示灯在数据分析模块存储的电信号达到或超过设定的强度后点亮，信号指示灯点亮的数量与电信号的强度成正比。

2.根据权利要求1所述的电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置，其特征在于：所述显示器为LCD显示器。

3.根据权利要求1所述的电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置，其特征在于：所述的信号放大处理器将接收的电信号进行的多级放大为三级放大，第一级100倍差分放大，第二级采用1倍或10倍的共模放大方式，第三级采用1倍或10倍的共模放大方式，最小可对接收的电信号进行100倍的放大，最大可对接收的电信号进行10000倍的放大。

4.根据权利要求1所述的电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置，其特征在于：所述的信号放大处理器将接收的电信号进行的滤波整定为高、低通滤波整定，采用10KHz的高通滤波和100KHz的低通滤波对接收的电信号进行滤波整定。

5.根据权利要求1所述的电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置，其特征在于：所述的信号指示灯为8个。

6.包含上述权利要求1至5任一项所述的电力系统中GIS击穿定位用的超声波分析装置的系统，其特征在于：所述系统包括多个所述装置，每一个装置均安装到待测GIS中可能发生击穿放电的部位，通过比较多个装置最强电信号的幅值和发生时刻，最终确定电信号幅值最大的装置所处部位或附近就是GIS击穿放电的位置。