CN104515938A - 用于检测电气部件中的局部放电的系统和方法 - Google Patents

用于检测电气部件中的局部放电的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于检测电气部件中的局部放电的系统和方法。用于检测在电气部件中的局部放电的系统可以包括可以操作工业自动化系统中的驱动器的控制系统。工业自动化系统可以包括针对局部放电被分析的电气部件。系统还可以包括可以检测在电气部件中的至少一个内所生成的一个或更多个声波波形的一个或更多个声学传感器。系统还可以包括监视系统,该监视系统可以从声学传感器接收声波波形并且基于声波波形来确定一个电气部件是否正在经历局部放电。然后,当一个电气部件被确定为正在经历局部放电时,监视系统可以向控制系统发送通知,使得该通知指示所述一个电气部件正在经历局部放电。

Description

用于检测电气部件中的局部放电的系统和方法
技术领域
本公开的实施例一般地涉及用于预测工业自动化系统中的电气部件何时会变为不可操作的系统和方法。更具体地,本公开涉及检测在工业自动化系统中所使用的电气部件中的局部放电。
背景技术
工业自动化系统可以采用各种类型的电子器件,诸如向工业自动化系统内的各种装置提供可控制的交流(AC)电压的交流驱动器。交流驱动器可以从交流电压源接收交流电压并且使用整流器将所接收到的交流电压转换成直流(DC)电压。然后,交流驱动器可以使用逆变器将直流电压转换成可控制的交流电压。在一些情况下,再生式交流驱动器可以将再生的电力从逆变器提供回电网或交流电压源。
除了交流驱动器之外,工业自动化系统还可以包括电气部件,诸如电感器-电容器-电感器(LCL)滤波器、线路电容器、变压器等,以使得工业自动化系统能够进行操作。不幸的是,随着贯穿工业自动化系统的使用寿命来使用电气部件,现在意识到认电气部件在变为不可操作之前几乎不显示出劣化特性。因此,现在意识到需要下述改进的系统和方法:该改进的系统和方法用于在电气部件实际地变为不可操作之前检测其何时会变为不可操作。
发明内容
在一个实施例中,一种用于检测电气部件中的局部放电的系统可以包括控制系统,该控制系统可以操作工业自动化系统中的驱动器。工业自动化系统可以包括针对局部放电被分析的电气部件。电气部件可以包括可以电耦接至驱动器的任何电气设备。系统还可以包括一个或更多个声学传感器,该一个或更多个声学传感器可以检测在电气部件中的至少一个内所生成的一个或更多个声波波形。系统还可以包括监视系统,该监视系统可以从声学传感器接收声波波形并且基于声波波形来确定一个电气部件是否正在经历局部放电。然后,当一个电气部件被确定为正在经历局部放电时,监视系统可以向控制系统发送通知,使得该通知指示一个电气部件正在经历局部放电。
在另一实施例中,一种用于保护工业自动化系统中的设备的方法可以包括:接收第一信号,该第一信号指示与驱动器相关联的一个或更多个输入端被通电。然后,该方法可以包括:当在输入端处的一个或更多个瞬态电压稳定之后,从物理地布置在电气部件上的一个或更多个声学传感器接收一个或更多个声波波形。在此,电气部件可以直接地或间接地电耦接至驱动器。然后,该方法可以包括:基于声波波形来确定电气部件是否正在经历局部放电,并且当电气部件正在经历局部放电时向一个或更多个控制系统发送第二信号。第二信号可以使得工业自动化系统中的一个或更多个电气部件与驱动器电断开。
在又一实施例中,一种监视控制系统可以包括:通信部件,该通信部件可以与耦接至工业自动化系统中的电气部件的一个或更多个声学传感器以及可以操作工业自动化系统中的驱动器的驱动器控制系统进行通信。监视控制系统还可以包括处理器,该处理器可以从声学传感器接收一个或更多个声波波形并且基于声波波形来确定电气部件是否正在经历局部放电。然后,当电气部件被确定为正在经历局部放电时,监视控制系统可以向驱动器控制系统发送通知。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时,本发明的这些特征、方面以及优点和其他特征、方面以及优点将变为更好理解,贯穿附图之中,相同的附图标记代表相同的部分,其中:
图1示出了根据本文中所提出的实施例的局部放电(PD)检测系统的框图;
图2示出了根据本文中所提出的实施例的、可以为图1的局部放电检测系统的一部分的局部放电监视系统的框图;
图3示出了根据本文中所提出的实施例的、耦接至三相电容器的声学传感器的透视图;
图4示出了根据本文中所提出的实施例的、图3的三相电容器的电路图;
图5示出了根据本文中所提出的实施例的、采用图1的局部放电检测系统的示例性三相工业自动化驱动器系统的框图;
图6示出了根据本文中所提出的实施例的、用于使用图1的局部放电检测系统来确定工业自动化系统中的部件是否正在经历局部放电的方法的流程图;以及
图7示出了根据本文中所提出的实施例的、用于在安排维护时间使用图1的局部放电检测系统来确定电气部件是否正在经历局部放电的方法的流程图。
具体实施方式
下面将描述一个或更多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简要说明,在说明书中未描述实际实现的所有特征。应当理解的是,在任何这样的实际实现的开发中,如同在任何工程或设计项目中一样,必须做出许多实现所特有的决定(诸如遵守系统相关和商业相关的约束)以实现开发者的特定目标,上述实现所特有的决定随着实现不同而不同。此外,应当理解的是,这样的开发成果可能是复杂的并且耗时的,但是无论如何,对受益于本公开的本领域普通技术人员来说,这是设计、加工以及制造的例行任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时,冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”旨在意味着存在一个或更多个元件。术语“包括”、“包含”以及“具有”旨在为包含性的,并且意味着除了所列元件之外还可以存在另外的元件。
本公开的实施例一般地针对可以使用声学传感器来预测电气部件何时会变为不可操作的局部放电(PD)检测系统。在一个实施例中,一个或更多个声学传感器可以布置在诸如电容器的电气部件的壳体上以监视在电气部件内所生成的声波波形。即,当电气部件以其标称电压或额定电压被通电时,一个或更多个声学传感器可以接收从电气部件内产生的声波波形。在某些实施例中,局部放电(PD)监视系统则可以接收声波波形并且基于该声波波形来确定电气部件是否正在经历局部放电。
如果局部放电监视系统在电气部件内检测到局部放电,则局部放电监视系统可以向工业自动化驱动器控制系统发送指示电气部件正在经历局部放电并且会很快变为不可操作的消息。当从局部放电监视系统接收到此消息时,工业自动化驱动器控制系统可以基于电气部件很快变为不可操作来执行各种动作。例如,工业自动化驱动器控制系统可以向下游设备发送信号以断电或将它们自身与工业自动化系统的其余部分电隔离,向合适的人员发送指示电气部件会很快变为不可操作的消息,向各种信号器发送信号以请求对工业自动化系统进行维护等。通过在电气部件被安装在工业自动化系统内时监视局部放电的存在,工业自动化驱动器控制系统可以通过防止当电气部件变为不可操作(即,失效)时工业自动化系统在线来确保工业自动化系统有效地并且安全地进行操作。
通过介绍,图1示出了局部放电(PD)检测系统10的框图。局部放电检测系统10可以包括一个或更多个声学传感器12、局部放电(PD)监视系统14、工业自动化驱动器16以及驱动器控制系统18。如图1所示,在某些实施例中,声学传感器12、由声学传感器12所监视的电子部件以及局部放电监视系统14可以整合到驱动器16。即,声学传感器12、由声学传感器12所监视的电子部件以及局部放电监视系统14可以物理地装入在驱动器16的壁或外壳内。然而,应当注意的是,声学传感器12、由声学传感器12所监视的电子部件以及局部放电监视系统14还可以位于驱动器16的外壳的外部。
声学传感器12可以是能够检测到原始声学数据(即,声波波形)的任何类型的传感器。例如,声学传感器12可以包括能够检测到高达至少300kHz频率的声波波形的超声传感器。在某些实施例中,声学传感器12可以物理地耦接至电气部件,诸如变压器、电容器等。在一个实施例中,声学传感器12可以在电气部件的平坦表面的中部物理地耦接至该电气部件。声学传感器12还可以放置在电气部件的具有最大表面面积的表面上。无论声学传感器12放置在何处,在声波波形从局部放电的源行进至声学传感器12之后,该同一声学传感器12都可以检测到或感测到从电气部件内所产生的声波波形。通过将声学传感器12放置在表面的中心,声学传感器12可以更加有效地检测到可从电气部件的任何角落所产生的声波波形。在一个实施例中,声学传感器12可以经由磁性支架附接至电气部件。
一般地,在任何电气部件中均不应该存在局部放电。电气部件中任何局部放电的存在通常指示电气部件内绝缘体的介电击穿。此外,一旦在电气部件中变为存在局部放电,则电气部件通常在此后不久失效或变为不可操作。正因如此,电气部件制造商通常在完成电气部件的制造处理之前执行局部放电测试。
传统的局部放电测试技术包括电气局部放电测试,这会涉及:将高电压源耦接到被隔离(即,未耦接至任何其他部件)的电气部件,并且确定是否出现任何发生电弧放电、是否检测到任何泄漏电流等。然而,一旦电气部件电耦接至另一部件或系统(诸如工业自动化驱动器16),则针对局部放电对电气部件进行的电气测试变为越来越困难。即,因为当电气部件耦接至另一部件或系统时该电气部件不再是隔离的,所以电气局部放电测试技术变得困难,这是因为针对测试所提供的高压将被耦接至另一部件或系统而不是仅仅被耦接至单个电气部件。
考虑到上述情况,声学传感器12基于其检测或感测到的声波波形,即使当电气部件电耦接至另一设备、系统等时,也可以检测到电气部件中的局部放电。即,如果声学传感器12检测或感测到从电气部件内所生成的声波波形,则声学传感器12可以向局部放电监视系统14发送包括所检测到的声波波形的原始声学数据。正因如此,局部放电监视系统14可以经由有线或无线连接来通信地耦接至声学传感器12。在接收到原始声学数据之后,局部放电监视系统14可以分析原始声学数据以确定原始声学数据是否指示物理地耦接至声学传感器12的电气部件正在经历局部放电。
一般地,在电气部件内的绝缘劣化使得两个导体之间的间隔不可以足以防止电弧放电等之后,在电气部件内部发生局部放电。在局部放电事件期间,由于局部放电会释放一些能量。此能量释放可以是由声学传感器12所检测到的并且由局部放电监视系统14所分析的声波波形的源。在一个实施例中,局部放电监视系统14可以通过分析在20kHz与300kHz之间的频率范围中的声波波形来确定所检测到的声波波形是否指示电气部件正在经历局部放电。
除了接收所检测到的声波波形之外,局部放电监视系统14还可以接收与被施加到电气部件的电压信号相对应的信号。使用可以是交流(AC)正弦波的电压信号,局部放电监视系统14可以确定声波波形的性质是否为周期性的。即,局部放电监视系统14可以确定所检测到的声波波形是否与被施加到电气部件的电压信号的峰值同步。在某些实施例中,局部放电可以是周期性的并且会更有可能在被施加到所监视的电气部件的电压信号的峰值电压水平期间发生。正因如此,局部放电监视系统14可以一起使用电压信号和所检测到的声波波形来确定所监视的电气部件是否正在经历局部放电。
在确定所检测到的声波波形是否指示电气部件正在经历局部放电之后,局部放电监视系统14可以向工业自动化驱动器16发送指示相同内容的通知等。在一个实施例中,局部放电监视系统14可以向驱动器控制系统18发送通知。一般地,驱动器控制系统18可以包括可以控制驱动器16的操作的某些逻辑或计算机可执行代码。正因如此,驱动器控制系统18可以监视与驱动器16相关联的各种状况,并且可以基于所监视的状况来执行各种动作。例如,在驱动器控制系统18接收到指示电气部件正在经历局部放电的通知之后,驱动器控制系统18可以将局部放电情形通知给用户,停止操作驱动器16,向上游或下游设备发送一个或更多个信号以断电等。下面将参照图6和图7来更加详细地讨论关于可以由驱动器控制系统18所采取的动作的另外的细节。
为了能够使得局部放电监视系统14和驱动器控制系统18有效地执行上述操作,局部放电监视系统14和驱动器控制系统18可以包括可以接收数据、处理数据、传达数据、存储数据等的各种部件。图2描绘了局部放电监视系统14和可以使得局部放电监视系统能够执行在此所描述的技术的一些部件的详细框图20。尽管图2示出了可以是局部放电监视系统14的一部分的部件,但是应当注意的是,驱动器控制系统18也可以包括图2所描绘部件。如图所示,局部放电监视系统14可以包括通信部件22、处理器24、存储器26、存储设备28、输入/输出(I/O)端口30等。通信部件22可以是可以便于在声学传感器12、驱动器控制系统18、其他控制系统等之间进行通信的无线或有线的通信部件。处理器24可以是能够执行计算机可执行代码的任何类型的计算机处理器或微处理器。存储器26和存储设备28可以是可以用作用于存储处理器可执行代码、数据等的介质的任何合适的制品。这些制品可以代表可以存储由处理器24确定电气部件是否物理地耦接至声学传感器12所使用的处理器可执行代码的永久计算机可读介质(即,任何合适形式的存储器或存储设备),其中,永久的仅指示介质是有形的而非信号。
在一个实施例中,声学传感器12可以物理地附接至诸如电容器的电气部件。例如,图3示出了物理地耦接至三相电容器42的表面的声学传感器12的立体图40。如图3所示,声学传感器12可以物理地布置在三相电容器42的具有最大表面面积44的一侧上。一般地,声学传感器12当被放置在相应的表面面积的中心时可以更有效地监视三相电容器42内的声波波形。一旦声学传感器12接收到从三相电容器42内所生成的声波波形,则声学传感器12可以向局部放电监视系统14发送相对应的原始声学数据。然后,局部放电监视系统14可以如上所述地分析原始声学数据。在分析了原始声学数据之后,局部放电监视系统14可以向驱动器控制系统18发送分析结果,驱动器控制系统18可以基于该结果执行各种动作。
三相电容器42可以包括四个端子46、48、50、52,使得端子中的三个端子(例如,46、48、50)可以电耦接至相应的电容器,而第四端子(例如,52)可以电耦接至中性点,在中性点处,端子中的三个端子(例如,46、48、50)的相对端子可以电耦接在一起。为了更好地说明三相电容器42中的三个电容器的电连接,图4示出了与以上所述的三相电容器42相对应的电路图60。如图4所示,三相电容器42可以包括可以分别地电耦接至端子46、48、50的三个电容器62、64、66。此外,每个电容器62、64、66还可以电耦接在一起以形成中性点68,该中性点68可以电耦接至第四端子52。尽管图3和图4描绘了由声学传感器12所监视的三相电容器42,但是应当注意的是,三相电容器42是作为一个示例而提供的,并且由声学传感器12所监视的电气部件可以包括任何类型的电气部件,诸如变压器、电感器等。
在某些实施例中,三相电容器42可以在三相工业自动化驱动器系统中使用作为线路电容器、电感器-电容器-电感器(LCL)滤波器、电感器-电容器(LC)滤波器等的一部分。图5示出了可以使用局部放电监视系统14来确定三相工业自动化驱动器系统80内的电气部件是否正在经历局部放电的示例性三相工业自动化驱动器系统80。现在参照图5,三相工业自动化驱动器系统80可以包括三相交流电源82、若干三相电容器42、声学传感器12、局部放电监视系统14、驱动器16以及驱动器控制系统18。在一个实施例中,每个三相电容器42可以具有物理地布置在相应的三相电容器42的表面上的一个或更多个声学传感器12。正因如此,声学传感器12可以接收可能源自相应的三相电容器42内的声波波形。如上所述,声学传感器12可以向局部放电监视系统14发送原始声学数据以确定原始声学数据是否指示在相应的三相电容器42内发生局部放电。在一个实施例中,除了原始声学数据之外,声学传感器12还可以发送识别信息,使得局部放电监视系统14可以识别哪个三相电容器42与所接收到的原始声学数据相对应。一旦局部放电监视系统14确定了在三相工业自动化驱动器系统80的三相电容器42中的一个或更多个中是否发生局部放电,则局部放电监视系统14可以向驱动器控制系统18发送指示在相应的三相电容器42内发生局部放电的消息或通知。
在某些实施例中,驱动器控制系统18可以启动用于确定诸如三相电容器42的电气部件是否正在经历局部放电的处理。例如,驱动器控制系统18可以向局部放电监视系统14发送命令或信号以启动用于确定工业自动化系统中的电气部件是否正在经历局部放电的处理。图6示出了此处理(即,方法90)的流程图,当电气部件为工业自动化系统的一部分或耦接至工业自动化系统时,局部放电监视系统14可以采用该处理以用于确定工业自动化系统中的电气部件是否正在经历局部放电。
现在参考图6,在框92处,局部放电监视系统14可以接收指示驱动器16的输入端已被以标称电压通电的信号。在一个实施例中,当驱动器16在就绪模式下操作时,可以执行方法90。当驱动器16的输入端被通电但是驱动器16尚未开始将电力传导至其负载时,驱动器16可以在就绪模式下操作。正因如此,指示驱动器16的输入端已被通电的信号还可以包括与被施加到驱动器16的输入端的电压相对应的电压波形。
在框94处,局部放电监视系统14可以确定驱动器16的输入端的瞬态电压是否已经稳定。即,局部放电监视系统14可以分析与被施加到驱动器16的输入端的电压相对应的电压波形以确定电压波形中的瞬态是否已经稳定。如果瞬态电压尚未稳定,则局部放电监视系统14可以返回到框94并且继续监视瞬态电压直到其稳定为止。在瞬态电压稳定之后,局部放电监视系统14可以继续进行至框96并且从声学传感器12接收原始声学数据,该声学传感器12可以物理地耦接至被测试的电气部件。
在框98处,局部放电监视系统14可以确定在原始声学数据中是否存在局部放电。局部放电监视系统14可以通过分析原始声学数据中的声波波形以确定声波波形是否包括与局部放电相对应的声学特征(signature),来确定在原始声学数据中是否存在局部放电。如上所述,局部放电监视系统14可以基于声波波形是否存在于20kHz与300kHz之间来确定所检测到的声波波形是否指示电气部件正在经历局部放电。另外,局部放电监视系统14可以确定声波波形的性质是否为周期性的以及声波波形是否与被施加到电气部件的输入电压的峰值同步。
如果在框98处局部放电监视系统14确定在电气部件中不存在局部放电,则局部放电监视系统14可以继续进行至框100,并且向驱动器控制系统18发送指示在电气部件中未检测到局部放电的信号。然而,如果在框98处局部放电监视系统14确定在电气部件中存在局部放电,则局部放电监视系统14可以继续进行至框102。
在框102处,局部放电监视系统14可以确定所检测到的声波波形的幅值是否大于一定阈值。替选地,局部放电监视系统14可以确定所检测到的声波波形的上升斜率是否大于一定阈值。如果幅值或上升斜率不大于阈值,则局部放电监视系统14可以继续进行至框104并且向驱动器控制系统18发送警告通知。警告通知可以指示被监视的电气部件可能正在经历局部放电和电子部件会在将来某个时候变为不可操作。
然而,如果在框102处局部放电监视系统14确定声波波形的幅值或上升斜率大于阈值,则局部放电监视系统14可以向驱动器控制系统18发送断路信号。断路信号可以指示电气部件正在经历局部放电并且可能很快变为不可操作。正因如此,断路信号可以使得驱动器控制系统18停止操作驱动器16,向一个或更多个上游或下游设备发送信号以与系统断开或断电等。参照回框98,在某些实施例中,如果局部放电监视系统14确定在电气部件中存在局部放电,则局部放电监视系统14可以继续进行至框106,并且如上所述地向驱动器控制系统18发送断路信号。正因如此,局部放电监视系统14可以放弃向驱动器控制系统18发送警告通知。
在一个实施例中,方法90可以被周期性地执行以确定电气部件是否将会在不久的将来变为不可操作。正因如此,驱动器控制系统18可以连续地监视工业自动化系统中的若干电子部件的完整性。
除了当驱动器16处于就绪模式时执行针对局部放电的测试之外,驱动器控制系统18还可以以安排的维护间隔来测试电气部件是否正在经历局部放电。例如,图7示出了方法110的流程图,方法110用于在安排的维护时间确定诸如三相电容器42的电气部件是否正在经历局部放电。
参照图7,在框112处,驱动器控制系统18可以接收维护安排,该维护安排具有在其处工业自动化系统中的各种部件可以被安排进行检查、者维修等的一个或更多个时间。在接收到维护安排之后,在框114处,驱动器控制系统18可以根据维护安排在每个安排的时间向局部放电监视系统14发送信号。信号可以指令局部放电监视系统14监视由物理地布置在电气部件上的声学传感器12所接收到的声波波形。一旦局部放电监视系统14接收到信号,则局部放电监视系统14可以使用以上所讨论的技术来确定从声学传感器12所接收到的声波波形是否指示电气部件正在经历局部放电。如果局部放电监视系统14确定电气部件正在经历局部放电,则局部放电监视系统14可以向驱动器控制系统18发送指示在电气部件中发生局部放电的通知。
考虑到这种情况,在框116处,驱动器控制系统18可以确定其是否接收到指示在电气部件中发生局部放电的通知。如果驱动器控制系统18接收到该通知,则驱动器控制系统18可以继续进行至框118。在框118处,驱动器控制系统18向驱动器控制系统18的用户发送指示电气部件正在经历局部放电的通知。在另一实施例中,如果驱动器控制系统18接收到通知,则驱动器控制系统18可以继续进行至框120并且向上游和/或下游部件发送断路信号。如上所述地,断路信号可以使得上游和/或下游部件断电或从工业自动化系统中移除,从而将其与经历局部放电的电子部件隔离。在一个实施例中,如果驱动器控制系统18接收到通知,则驱动器控制系统18可以断电或将自身与工业自动化系统电隔离以保护工业自动化系统中的其他部件。
参照回框116,如果驱动器控制系统18未接收到指示在电气部件中发生局部放电的通知,则驱动器控制系统18可以返回至框112并且重复方法110。通过以安排的维护间隔针对局部放电来测试电气部件,驱动器控制系统18可以预见何时电气部件会很快失效。正因如此,驱动器控制系统18可以通知合适的人员以确保更换故障电气部件,使得工业自动化系统可以更有效地进行操作。
尽管在此示出和描述了本发明的仅某些特征,但是对于本领域技术人员将会发生许多修改和改变。因此,应理解的是,所附的权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神之内的所有这样的修改和改变。

Claims (20)

1.一种系统,包括:
控制系统,所述控制系统配置成操作工业自动化系统中的驱动器,其中,所述工业自动化系统包括电耦接至所述驱动器的一个或更多个电气部件;
一个或更多个声学传感器,所述一个或更多个声学传感器配置成检测在所述电气部件中的至少一个内所生成的一个或更多个声波波形;
监视系统,所述监视系统配置成:
从所述声学传感器接收所述声波波形;
基于所述声波波形来确定所述电气部件中的所述至少一个是否正在经历局部放电;以及
当所述电气部件中的所述至少一个被确定为正在经历局部放电时,向所述控制系统发送通知,其中,所述通知指示所述电气部件中的所述至少一个正在经历局部放电。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述一个或更多个声学传感器包括一个或更多个超声传感器。
3.根据权利要求1所述的系统,其中,所述一个或更多个声学传感器配置成检测在高达至少300kHz频率处的声波波形。
4.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电气部件中的所述至少一个包括电容器或变压器。
5.根据权利要求1所述的系统,其中,所述一个或更多个声学传感器物理地耦接至所述电气部件中的所述至少一个的表面,其中,所述表面与所述电气部件中的所述至少一个的最大表面面积相对应。
6.根据权利要求1所述的系统,其中,所述监视系统配置成通过分析在20kHz与300kHz之间的频率范围中的声波波形来确定所述电气部件中的所述至少一个是否正在经历局部放电。
7.根据权利要求1所述的系统,其中,所述监视系统配置成通过下述来确定所述电气部件中的所述至少一个是否正在经历局部放电:
接收与被施加到所述电气部件中的所述至少一个的电压相对应的电压信号;以及
当所述声波波形与所述电压信号的峰值同步时,确定所述电气部件中的所述至少一个正在经历局部放电。
8.根据权利要求1所述的系统,其中,所述控制系统配置成在接收到所述通知之后停止对所述驱动器的操作。
9.根据权利要求1所述的系统,其中,所述控制系统配置成向耦接在所述驱动器的上游或下游的一个或更多个设备发送断路信号。
10.一种方法,包括:
接收第一信号,所述第一信号指示与驱动器相关联的一个或更多个输入端被通电;
当在所述输入端处的一个或更多个瞬态电压稳定之后,从物理地布置在电气部件上的一个或更多个声学传感器接收一个或更多个声波波形,其中,所述电气部件电耦接至所述驱动器;
基于所述声波波形来确定所述电气部件是否正在经历局部放电;以及
当所述电气部件正在经历局部放电时向一个或更多个控制系统发送第二信号,其中,所述第二信号配置成使得耦接至工业自动化系统的一个或更多个电气部件与所述驱动器电断开。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,发送所述第二信号包括:
确定所述一个或更多个声波波形的一个或更多个幅值是否大于阈值;以及
当所述一个或更多个幅值大于所述阈值时,发送所述第二信号。
12.根据权利要求10所述的方法,其中,基于所述声波波形来确定所述电气部件是否正在经历局部放电包括确定所述声波波形存在于20kHz与300kHz之间的频率范围中。
13.根据权利要求10所述的方法,其中,基于所述声波波形来确定所述电气部件是否正在经历局部放电包括:
确定所述声波波形存在于20kHz与300kHz之间的频率范围中;以及
确定所述声波波形是周期性的。
14.根据权利要求10所述的方法,其中,基于所述声波波形来确定所述电气部件是否正在经历局部放电包括:
接收与被施加到所述电气部件的电压相对应的电压信号;
确定所述声波波形存在于20kHz与300kHz之间的频率范围中;以及
确定所述声波波形相对于所述电压信号的每个峰值是周期性的。
15.一种配置成检测电气部件中的局部放电的监视控制系统,其中,所述监视控制系统包括:
通信部件,所述通信部件配置成与耦接至工业自动化系统中的电气部件的一个或更多个声学传感器以及配置成操作所述工业自动化系统中的驱动器的驱动器控制系统进行通信;以及
处理器,所述处理器配置成:
从所述声学传感器接收一个或更多个声波波形;
基于所述声波波形来确定所述电气部件是否正在经历局部放电;以及
当所述电气部件被确定为正在经历局部放电时,向所述驱动器控制系统发送通知。
16.根据权利要求15所述的监视控制系统,其中,所述通信部件配置成经由一个或更多个有线或无线连接与所述声学传感器以及所述驱动器控制系统进行通信。
17.根据权利要求15所述的监视控制系统,其中,所述声学传感器物理地布置在所述电气部件上。
18.根据权利要求15所述的监视控制系统,其中,所述声学传感器中的至少一个物理地布置在所述电气部件的表面的中部。
19.根据权利要求18所述的监视控制系统,其中,所述表面与所述电气部件的最大表面面积相对应。
20.根据权利要求15所述的监视控制系统,其中,所述处理器配置成当所述驱动器处于就绪模式时接收所述声波波形。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109884483A (zh) * 2019-03-04 2019-06-14 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 绝缘管型母线局部放电声学在线监测方法及装置

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3051373B1 (de) * 2015-02-02 2019-05-08 Siemens Aktiengesellschaft Auswechseln einer defekten Anlagenkomponente in einer Automatisierungsanlage
KR101787901B1 (ko) * 2016-06-14 2017-11-15 엘에스산전 주식회사 전력설비 진단장치
US11143687B2 (en) 2019-01-15 2021-10-12 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Discharge event monitoring device
US10978863B2 (en) 2019-01-15 2021-04-13 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Power line sag monitoring device
US11038384B2 (en) 2019-06-10 2021-06-15 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Monitoring of power systems using unmanned vehicle
US11573257B2 (en) * 2019-06-20 2023-02-07 The Boeing Company Systems and methods for acoustically detecting dielectric breakdown and partial discharge events in electrical devices
US11211788B2 (en) 2020-02-25 2021-12-28 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Fire risk mitigation in electric power systems
EP4270024A1 (de) 2022-04-27 2023-11-01 Siemens Aktiengesellschaft Sensorsystem für eine elektrische maschine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6340890B1 (en) * 1994-12-05 2002-01-22 Abb Research, Ltd. Method and device for locating partial discharges in an electric high-voltage apparatus
US6774639B1 (en) * 1999-09-02 2004-08-10 Transgrid Partial discharge monitoring system for transformers
US20050243649A1 (en) * 2004-04-13 2005-11-03 Areva T&D Sa Method of detecting and locating a source of partial discharge in an electrical apparatus
CN201725003U (zh) * 2010-04-20 2011-01-26 浙江亚东电器制造有限公司 开关柜在柜式母线局放实时检测装置
CN201893011U (zh) * 2010-07-29 2011-07-06 大连世有电力科技有限公司 变压器局部放电信号无线传输在线监测装置
US8149587B2 (en) * 2007-11-13 2012-04-03 Rockwell Automation Technologies, Inc. Drive modularity
CN103197215A (zh) * 2013-04-09 2013-07-10 国家电网公司 Gis交流耐压试验放电故障定位系统及方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3728619A (en) * 1971-06-21 1973-04-17 Westinghouse Electric Corp Acoustical corona locator having rotatable and pivotable transducers
JPS5780572A (en) 1980-11-07 1982-05-20 Fuji Electric Co Ltd Inner abnormality monitor for oil-filled electric apparatus
JPS60211812A (ja) 1984-04-05 1985-10-24 Toshiba Corp 変圧器の部分放電監視装置
JPS62194475A (ja) 1985-08-22 1987-08-26 Mitsubishi Electric Corp 静止誘導機器の内部放電監視装置
JPH01145585A (ja) 1987-12-01 1989-06-07 Mitsubishi Electric Corp 部分放電発生位置標定方法
DD270760A1 (de) 1988-04-19 1989-08-09 Inst Energieversorgung Schaltungsanordnung zur akustischen teilentladungsdetektion
WO1994028566A1 (en) 1993-05-20 1994-12-08 University Of Technology, Sydney Partial discharge passive monitor
US5530366A (en) 1994-11-01 1996-06-25 Abb Power T&D Company Inc. Acoustic optical system for partial discharge detection and location
JPH08320356A (ja) 1995-05-26 1996-12-03 Toshiba Corp 部分放電検出装置
AU1469197A (en) * 1995-12-27 1997-07-28 Quiet Power Systems, Inc. Method and apparatus for locating partial discharge in electrical transformers
JP4505565B2 (ja) 1996-05-08 2010-07-21 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴイ 特定の第1サンプリング周波数を持つデジタル情報信号の送信
AUPQ975100A0 (en) 2000-08-29 2000-09-21 Siemensindustrial Services Ltd Re-locatable partial discharge transducer head
NO20015325A (no) 2001-10-31 2002-12-09 Sintef Energiforskning As Fremgangsmåte og anordning for akustisk deteksjon og lokalisering av lydgenererende defekter
US7462999B2 (en) 2006-03-29 2008-12-09 Mitchell Electronics, Inc Brushless servo motor tester
JP2008051566A (ja) 2006-08-23 2008-03-06 Meidensha Corp Aeセンサによるモールド型計器用変成器の部分放電測定方法
DE102006042038B3 (de) * 2006-09-07 2008-02-07 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur sicheren Drehmomentbegrenzung
US20150120218A1 (en) 2010-05-31 2015-04-30 Universidad Politecnica De Madrid Novel method for real time tests and diagnosis of partial discharge sources in high voltage equipment and installations, which are in service or out of service, and physical system for the practical use of the method
US20140172327A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Eaton Corporation Underground transformer electrical fault detection using acoustic sensing technology
US9304159B2 (en) * 2013-01-08 2016-04-05 Eaton Corporation Detection and location of electrical connections having a micro-interface abnormality in an electrical system
US20140340054A1 (en) 2013-05-16 2014-11-20 Rockwell Automation Technologies, Inc. Self-discharging capacitor
KR101486995B1 (ko) * 2013-09-30 2015-01-29 한국전력공사 변압기 결함 검출 장치 및 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6340890B1 (en) * 1994-12-05 2002-01-22 Abb Research, Ltd. Method and device for locating partial discharges in an electric high-voltage apparatus
US6774639B1 (en) * 1999-09-02 2004-08-10 Transgrid Partial discharge monitoring system for transformers
US20050243649A1 (en) * 2004-04-13 2005-11-03 Areva T&D Sa Method of detecting and locating a source of partial discharge in an electrical apparatus
US8149587B2 (en) * 2007-11-13 2012-04-03 Rockwell Automation Technologies, Inc. Drive modularity
CN201725003U (zh) * 2010-04-20 2011-01-26 浙江亚东电器制造有限公司 开关柜在柜式母线局放实时检测装置
CN201893011U (zh) * 2010-07-29 2011-07-06 大连世有电力科技有限公司 变压器局部放电信号无线传输在线监测装置
CN103197215A (zh) * 2013-04-09 2013-07-10 国家电网公司 Gis交流耐压试验放电故障定位系统及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109884483A (zh) * 2019-03-04 2019-06-14 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 绝缘管型母线局部放电声学在线监测方法及装置

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Publication number Publication date
BR102014024546B1 (pt) 2022-02-01
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