CN104749489A - 一种基于振动信号的高压gis设备击穿性放电定位系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于振动信号的高压GIS设备击穿性放电定位系统，包括：无线振动检测仪，控制与接收器和上位机。其中，振动检测仪通过压电加速度传感器捕获放电瞬间GIS外壳的振动信号并通过zigbee无线模块将数据传给控制与接收器；控制与接收器可以通过按键控制振动检测仪的启动、数据采集和发送功能，并在液晶屏上显示各个终端的振动信号峰值与累加值；上位机完成对采集波形的显示和进一步分析、历史数据的调用等功能。通过该检测系统，可以快速准确地判别GIS耐压试验时贯穿性放电的故障发生位置，大大提高GIS制造企业产品的试验效率。

Description

一种基于振动信号的高压GIS设备击穿性放电定位系统
技术领域
本发明涉及电力系统开关设备的贯穿性放电故障定位领域，具体一种基于振动信号检测与分析的高压GIS设备贯穿性放电定位系统。
背景技术
高压GIS设备是将母线、断路器、隔离开关、接地开关、避雷器、互感器等电气设备全部组合装配在一个封闭的金属外壳里的电力设备，因其结构紧凑、占地空间小、运行可靠性高等明显的优点，在输变电系统中应用越来越广泛。目前高压GIS设备绝缘性能出厂检测主要通过工频耐压实验，但有可能会因为高压GIS设备装配、产品零部件制造、加工等问题，导致产品的绝缘性能不达标，无法顺利通过工频耐压实验。高压GIS设备最通常的电气故障特征是在绝缘完全击穿或闪络前发生放电。放电可能来自不良绝缘件、不良电接触联结以及散落的金属屑等。通过对高压GIS设备的放电进行检测，可以发现GIS内存在的绝缘缺陷，减少产品使用后的绝缘故障率。
目前许多国家研究用电气法测量放电量；用化学分析法分析由于放电所引起的气体分解成份；用埋入设备内部的光传感器检测由于电弧产生的光强度等等。这些方法对绝缘故障检测和确定内部故障点位置都有一定效果。但由于测试装置较复杂等原因，使其使用不甚方便。另外，相关装置的成本也高，不利于推广应用。
发明内容
根据现有领域存在的以上问题，本发明提出了一种基于振动信号检测与分析的高压GIS设备贯穿性放电定位系统；所述系统包括无线振动检测仪、控制与接收器和上位机；
所述无线振动检测仪分别贴附于高压GIS设备外壳的不同位置上，用于捕获高压GIS设备产生的振动信号，并将振动信号发送给控制与接收器；所述无线振动检测仪还用于接收控制与接收器发出的控制命令；
所述控制与接收器用于接收和显示无线振动检测仪检测到的振动信号并对无线振动检测仪的工作状态信息进行显示，同时对无线振动检测仪发送控制命令；
所述上位机与控制与接收器进行通信，完成对振动信号的进一步分析以判断GIS设备是否发生击穿性放电。
附图说明
图1是根据本发明具体实施的基于振动信号检测与分析的高压GIS设备贯穿性放电定位系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示：在一个实施例中，本发明公开了一种基于振动信号的高压GIS设备击穿性放电定位系统，所述系统包括无线振动检测仪、控制与接收器和上位机；
所述无线振动检测仪分别贴附于高压GIS设备外壳的不同位置上，用于捕获高压GIS设备产生的振动信号，并将振动信号发送给控制与接收器；所述无线振动检测仪还用于接收控制与接收器发出的控制命令；
所述控制与接收器用于接收和显示无线振动检测仪检测到的振动信号并对无线振动检测仪的工作状态信息进行显示，同时对无线振动检测仪发送控制命令；
所述上位机与控制与接收器进行通信，完成对振动信号的进一步分析以判断GIS设备是否发生击穿性放电。
在另外一个实施例中，所述无线振动检测仪包括压电式加速度传感器、放大和绝对值电路和无线通信模块；所述无线振动检测仪利用压电式传感器采集高压GIS设备外壳上的振动信号，并将所述振动信号依次通过放大和绝对值电路进行处理，由于采集的振动信号及其微弱，需要经过放大电路以便于采集；传感器输出的信号是双极性的电压信号，但模数转换器只能接收正输入电压，所以需要再通过绝对值电路才能送入ADC(即模数转换器)；最后将处理过的振动信号通过无线通信模块发送给控制与接收器。
更优的，所述压电式加速度传感器为具有0.1％的线性度和7～11mV/g的灵敏度的压电式加速度传感器，所述无线通信模块符合zigbee标准。
在例外一个实施例中，所述系统包括多个无线振动检测仪，所述每个振动检测仪都包括一个射频芯片作为微控制器，用于暂存检测到的振动信号；所述不同的振动检测仪在向控制与接收器发送振动信号时会附带发送一个特定的报文ID，用于身份识别，从而判定数据的具体来源(即从哪一个传感器采集得到)。
在例外一个实施例中，所述控制与接收器为一种带有显示屏幕的由现场人员手持的设备；包括存储器，所述存储器用于存储多个无线振动检测仪发送的振动信号。
在另外一个实施例中，所述控制与接收器包括有一个内部具备射频功能的芯片；所述芯片用于实现对多个无线振动检测仪发送控制命令；所述控制命令包括多个或单个无线振动检测仪的启动、振动信号的采集和发送功能。
更优的，所述控制与接收器内部嵌入一款Microchip公司的控制芯片，该芯片内部具备射频功能，搭载符合zigbee通信协议的收发器就可以组建zigbee无线网络，控制与接收器负责该无线网络的搭建。然后各个振动检测仪上电后会自动加入该无线网络，进而接受控制与接收器的控制命令。所有的数据通信全部通过zigbee无线局域网完成。具体控制方法，该控制器可以通过按键启动各个无线振动检测仪的数据采集动作、数据发送动作、剩余电量及设备状态发送动作等。
在另外一个实施例中，所述控制与接收器通过USB转串口芯片实现和上位机的通信。
在另外一个实施例中，所述上位机通过USB接口接收所述控制与接收器传输的数据，所述上位机对振动信号的进一步分析包括对振动信号的图形化显示、振动信号的振动节点能量的计算、历史数据的存储和回调。
更优的，由于控制与接收器是现场工作人员的手持设备，具有一款液晶屏作为人机交互的输出界面，显然没有电脑显示屏更好的观看体验，而且电脑也有着控制与接收器难以比拟的运算与存储能力。所以将数据上传至电脑上位机，可以将各个传感器的采集波形图形化显示，并且对放电发生位置(该系统中认定采集到最强的振动信号的传感器位置距离放电发生位置最近)予以标定。并且所有数据可以在电脑上位机存放下来，以便于后期研究。后期可以通过数据进行故障分类工作。
在另外一个实施例中，所述控制与接收器还用于对多个无线振动检测仪的工作状态信息的显示和计算每个振动检测仪所发送的振动信号的峰值、累加值并在屏幕上予以显示。
更优的，当某个无线振动检测仪发送的振动信号的峰值大于阈值时，认为高压GIS设备发生击穿性放电；所述系统通过短时能量算法计算振动信号振动节点的能量，所述振动信号振动节点的能量反映每个振动传感器安装位置处振动的剧烈程度，从而确定出放电位置。
在另外一个实施例中，放电位置的判别则需要比较所有振动检测仪检测到的振动信号能量，振动最强的位置距离放电发生位置最近。(如果两个检测仪输出了相同的振动能量，且都是最大的，则认为振动发生两个检测仪中间位置)。
综上所述，本发明所述的基于振动信号检测与分析的高压GIS设备贯穿性放电定位系统具有以下优点：
(1)本发明提出一种基于振动信号检测与分析的高压GIS设备放电定位系统，通过分析振动信号的时、频域信息，可以方便地判断放电位置；
(2)信号的采集通过高达0.1％的线性度和7～11mV/g的灵敏度的压电式加速度传感器捕获外壳振动，不涉及高低压电位隔离，抗干扰能力强；
(3)信号传输采用基于zigbee无线协议的解决方案，安装与操作简便；
(4)控制与接收器通过按键、液晶屏等实现良好的人机交互；
(5)上位机可以存放历史数据，并对每次的振动信号进行分析，使故障诊断工作进一步展开。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种基于振动信号的高压GIS设备击穿性放电定位系统，其特征在于：所述系统包括无线振动检测仪、控制与接收器和上位机；
所述无线振动检测仪贴附于高压GIS设备外壳的不同位置上，用于捕获高压GIS设备产生的振动信号，并将振动信号发送给控制与接收器；所述无线振动检测仪还用于接收控制与接收器发出的控制命令；
所述控制与接收器用于接收和显示无线振动检测仪检测到的振动信号并对无线振动检测仪的工作状态信息进行显示，同时对无线振动检测仪发送控制命令；
所述上位机与控制与接收器进行通信，完成对振动信号的进一步分析以判断GIS设备是否发生击穿性放电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：优选的，所述无线振动检测仪包括压电式加速度传感器、放大和绝对值电路和无线通信模块；所述无线振动检测仪利用压电式传感器采集高压GIS设备外壳上的振动信号，并将所述振动信号依次通过放大和绝对值电路进行处理，并将处理过的振动信号通过无线通信模块发送给控制与接收器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述系统包括多个无线振动检测仪，所述每个振动检测仪都包括一个射频芯片作为微控制器，用于暂存检测到的振动信号；所述不同的振动检测仪在向控制与接收器发送振动信号时会附带发送一个特定的报文ID，用于身份识别。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述控制与接收器为一种带有显示屏幕的由现场人员手持的设备；包括存储器，所述存储器用于存储多个无线振动检测仪发送的振动信号。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述控制与接收器包括一个内部具备射频功能的芯片；所述芯片用于实现对多个无线振动检测仪发送控制命令；所述控制命令包括多个或单个无线振动检测仪的启动、振动信号的采集和发送功能。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述控制与接收器通过USB转串口芯片实现和上位机的通信。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述上位机通过USB接口接收所述控制与接收器传输的数据，所述上位机对振动信号的进一步分析包括对振动信号的图形化显示、振动信号的振动节点能量的计算、历史数据的存储和回调。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述压电式加速度传感器为具有0.1％的线性度和7～11mV/g的灵敏度的压电式加速度传感器，所述无线通信模块符合zigbee标准。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述控制与接收器还用于对多个无线振动检测仪的工作状态信息的显示和计算每个振动检测仪所发送的振动信号的峰值、累加值并在屏幕上予以显示。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：当某个无线振动检测仪发送的振动信号的峰值大于阈值时，认为高压GIS设备发生击穿性放电；所述系统通过短时能量算法计算振动信号振动节点的能量，所述振动信号振动节点的能量反映GIS设备上每个振动传感器安装位置处振动的剧烈程度，利用振动的剧烈程度确定出GIS设备放电位置。
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