CN105203929A - 一种固定式开关柜局部放电在线检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的技术方案公开了一种固定式开关柜局部放电在线检测装置及方法，在线监测装置包括信号变送系统，数据采集与处理系统，诊断和报警系统三个子系统。在硬件基础上开发与之适应的软件系统，一体化的设计实现了数据无线传输，信号有效去噪，短信即时报警等一系列功能，不仅能够完成对各开关柜是否发生局部放电的检测，还可以对某一气体浓度或气体相对产生速率超过阈值的开关柜进行迅速短信报警。
Description
技术领域
本发明属于高电压设备绝缘在线检测领域，具体涉及一种固定式开关柜局部放电在线检测装置，同时涉及一种基于固定式开关柜局部放电在线检测装置对多台开关柜局部放电的检测方法。
背景技术
首先，我国电力系统规模不断地发展，对系统运行的安全性和可靠性的要求越来越高。电力设备的安全稳定运行对于电力系统尤为关键。随着电网的日益扩大，电网结构的日趋复杂，变电站无人值班的管理模式和综合自动化的普及与推广，高压开关柜故障造成的停电事故给生产和生活带来的损失越来越大。高压开关柜是向用户供电的最直接的设备，其运行可靠性，直接关系到供电质量和供电可靠程度。
局部放电，是绝缘介质中的一种电气放电，这种放电仅限制在被测介质中一部分且只使导体间的绝缘局部桥接，这种放电可能发生或可能不发生于导体的邻近。电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质(特别是有机电介质)的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。
开关柜内部由于制造时出现毛刺、安装运输过程中部件松动或接触不良引起的电极电位浮动、局部过热、运行中绝缘老化和各种情况下可能出现金属微粒等原因产生早期绝缘缺陷，引起绝缘劣化，都可能导致不同程度的局部放电。长期的局部放电会使绝缘劣化损伤并逐步扩大，进而造成整个绝缘击穿或沿面闪络，进而对设备的安全运行造成威胁，导致设备在运行时出现故障，以至引起系统停电。
局部放电既是开关柜绝缘劣化的早期表现形式，又是绝缘进一步劣化的原因，对局部放电的监测与评价已经成为监测设备绝缘状况的重要手段。开关柜内部的局部放电不仅会产生电信号，而且往往伴随声信号和光信号，并会导致开关柜内部充盈的气体发生分解。局部放电的检测手段按其检测的物理量性质分为电测法和非电测法。根据局部放电过程中所产生的各种外在放电现象，相应的出现了脉冲电流法(ERA)、暂态地电压法(TEV)、超声波检测法、光测法、红外检测法、化学检测法等检测方法。但常用的检测方法如超声波检测法检测灵敏度低，暂态地电压法和特高频法容易受到电磁干扰，所以亟需寻找对开关柜检测局部放电进行检测的新方法。
国内外文献研究表明：开关柜内部缺陷导致空气放电分解，产生O3、NO、NO2、NO3、N2O5等空气放电分解组分，而固体绝缘介质(如聚烯烃、硅橡胶、环氧树脂等)受损后，会发生劣化分解过程，产生一氧化碳、二氧化碳等特征气体。开关柜中空气局部放电分解组分及固体绝缘介质劣化分解产生的气体的存在，为检测开关柜内部局部放电，分析开关柜内部绝缘状况提供了一种新方法。此外，化学检测法在检测过程中不受现场电磁干扰影响，现有化学传感器很容易检测到低于1ppm的气体浓度，确保了化学传感器应用于检测开关柜内部局部放电的可行性。
因此，对开关柜内部的局部放电进行实时在线检测能真实有效的反映出开关柜内部的绝缘状况，并能及时有效地发现其内部的绝缘缺陷与早期绝缘故障，以便采取有效措施，避免早期绝缘故障的进一步发展，避免因开关柜绝缘故障引起的大面积用户停电，减少因不必要的停电造成的负荷损失，并降低因停电操作带来的安全风险，对提高电力系统供电可靠性，具有重要的实用价值和现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对变电站中开关柜的密闭性高、肉眼观测难度大、巡检效率低，而现有的检测方法灵敏度低、检测结果受诸多因素干扰的现实状况，提出一种固定式局部放电在线检测装置，通过连续检测开关柜内部空气发生局部放电的分解产物来判断开关柜的在线运行状态，在保证检测准确度的前提下，对单位内开关柜进行远程监控，集中管理，电子智能巡检，大大降低了人力成本，提高了工作效率。
一种固定式开关柜局部放电在线检测装置，包括信号变送系统、数据采集与处理系统以及诊断与报警系统。
所述信号变送系统包括电磁阀1-1、电磁阀2-1、电磁阀3-1、电磁阀4-1、电磁阀5-1、可调速微型泵、气敏传感器检测腔体、电磁阀1-2、电磁阀2-2、电磁阀3-2、电磁阀4-2和电磁阀5-2。开关柜1取气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀1-1进气口通过导气管连通。开关柜2取气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀2-1进气口通过导气管连通。开关柜3取气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀3-1进气口通过导气管连通。开关柜4取气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀4-1进气口通过导气管连通。电磁阀5-1的进气口仅与导气管相连，即与大气连通。电磁阀1-1、电磁阀2-1、电磁阀3-1、电磁阀4-1和电磁阀5-1的出气口分别与共享气路1中5个支路气管的气口连通，共享气路1的主干气路出气口与可调速微型泵的进气口连通。可调速微型泵的出气口与气敏传感器检测腔体的进气口连通。气敏传感器检测腔体的出气口连接共享气路2的主干气路气口连通，共享气路2的支路气管5个气口分别与电磁阀1-2、电磁阀2-2、电磁阀3-2、电磁阀4-2和电磁阀5-2的进气口连通。每一开关柜连接两个电磁阀(比如：电磁阀1-1和电磁阀1-2)由同一功能驱动模块控制，保证气体在电磁阀所处一气路的通闭。电磁阀1-2的出气口与开关柜1的进气口连通，电磁阀2-2的出气口与开关柜2的进气口连通，电磁阀3-2的出气口与开关柜3的进气口连通，电磁阀4-2的出气口与开关柜4的进气口连通，电磁阀5-2的出气口不与任何器件连通，与大气连通。
所述气敏传感器阵列腔体是长方体结构，包括缓存气室、传感器池1、传感器池2和贯通气室，传感器池1和传感器池2并排放置后叠放在贯通气室上方，缓存气室放置在传感气池与贯通气室组合结构的端侧面。缓存气室跟传感气池与贯通气室组合结构存在重叠面，该重叠面的对称面设有进气口，与传感器池1和传感器池2重叠面分别设有通气孔，传感器池1和传感器池2与贯通气室的重叠面分别设有通气孔，贯通气室的端侧面设有出气口。
所述气敏传感器检测腔体内置设备包括：温湿度传感器、一氧化碳气体传感器、臭氧气体传感器、一氧化氮气体传感器、二氧化氮气体传感器和气体传感器配套的专用过滤器。
所述数据采集与处理系统包括C8051F005单片机、信号处理电路和功率驱动模块。信号处理电路信号输入端与气敏传感器检测腔体的输出接口连接，信号处理电路信号输出端与单片机的ADC端口连接。单片机的时钟接口与外部晶体相连。第一I/O接口与功能驱动模块相连，第二I/O接口与诊断与报警系统中的蓝牙模块相连。UART接口与诊断与报警系统中的MAX232芯片相连。
所述单片机通过第一I/O接口与功率驱动模块的输入端连接，功率驱动模块的输出端口与信号变送系统中的所有电磁阀的控制端和可调速微型泵的控制端通过导线连接，形成一个信号通路。单片机发送动作指令信号经过第一I/O接口传送至功率驱动模块，功率驱动模块根据接收到的信号对所有电磁阀开关动作进行控制。同时单片机检测可调速微型气泵的运转速度，并对微型气泵的运转速度控制调整。
所述诊断与报警系统包括MAX232芯片、TC35GSM模块、蓝牙模块和PC机。MAX232芯片与TC35GSM模块相连，蓝牙模块与PC机相连。
所述温湿度传感器、一氧化碳气体传感器、臭氧气体传感器、一氧化氮气体传感器和二氧化氮气体传感器检测得到的模拟信号传输至信号处理电路进行处理，处理后的信号通过单片机的ADC端口传输至单片机处理分析。单片机将数据通过第二I/O端口传输至蓝牙模块，蓝牙模块则通过无线通讯方式将处理好的数据传送至PC机，PC机的数据可通过互联网络形式将存储的数据上传至云端。
进一步所述装置，所述TC35GSM模块装有SIM卡，蓝牙模块与PC机相连是通过蓝牙USB适配器。
进一步所述装置，所述装置开关柜内气体组分浓度高于所设阈值，单片机通过UART端口给MAX232芯片发送报警信号，MAX232芯片则将信号通过TC35GSM模块发送至指定手机，实现定向报警。
进一步所述装置，单片机控制打开电磁阀1-1以及电磁阀1-2，对开关柜1内部的气体组分浓度检测后，所述的气体组分浓度检测完成，所测数据能够完整显示及存储，并将实测数值与所设阈值比较大小报警后单片机控制关闭电磁阀1-1的同时，打开电磁阀5-1进行气路冲洗。冲洗结束后，单片机跳转控制关闭电磁阀5-1和电磁阀1-2，打开电磁阀2-1和电磁阀2-2，对开关柜2的重复开关柜1的检测过程。对所有的开关柜内部的气体组分浓度检测后，单片机对控制开关柜取气口对应的电磁阀，同时打开电磁阀5-1进行气路冲洗。按照步骤依次对电磁阀1-1、电磁阀2-1、电磁阀3-1和电磁阀4-1进行控制开关。当对开关柜4内部的气体组分浓度检测完成后，单片机控制跳转至开关柜1的重复检测，如此实现对开关柜1、开关柜2、开关柜3和开关柜4不间断循环检测。
进一步基于固定式开关柜局部放电在线检测装置，实现的检测方法，包括以下步骤：
1)标定。所述单片机控制打开电磁阀5-1及电磁阀5-2，此时其他电磁阀均处于关闭状态，并启动可调速微型泵。同时，在共享气路预留的进气口处通入标准气体，按下气敏传感器检测腔体“标定”按钮，调取相关程序进行修正标定。
2)检测。单片机控制功能驱动模块打开电磁阀i-1以及电磁阀i-2，其他电磁阀均处于关闭状态。通过可调速微型气泵的动力将对应开关柜i内部气体通过导管导向气敏传感器检测腔体，同时控制可调速微型泵，配合检测所需气体的流速控制。i的初值为1。为避免各开关柜间的气体混合影响测量，每个开关柜检测完后均通入外界大气对共享气路进行冲洗。
3)信号传输。温湿度传感器、一氧化碳气体传感器、臭氧气体传感器、一氧化氮气体传感器和二氧化氮气体传感器将所需检测气体浓度和温湿度转化为标准的模拟电信号，同时将信号传输至信号处理电路。
4)信号处理。信号处理系统将原始电流信号变换为电压信号，对电压信号进行放大以及滤波处理。最终信号通过A\D端口传输至单片机，单片机中的ADC模块将信号进行模数转换，并使用中位值平均滤波算法将数据进行有效去噪提高数据精度。由于利用A\D转换器采样各组分气体浓度信号时,存在不可抑制的干扰。然而干扰一般只对个别采样数据产生影响,故该数据与其它采样数据相差较大,因此，采用滤波的方式对数据进行处理，有利于提高数据的真实性。最后，单片机对处理后的浓度数据进行相对产气速率的计算。其中ci1和ci2分别为第1和2次测量某气体的模拟过度，Δt为两次监测时间间隔中的实际运行时间。
5)数据存储和显示。包括通过单片机第二I/O串口与蓝牙模块相连。采用蓝牙技术将处理好的数据送入PC机，在PC机的应用窗口中进行开关柜i内浓度和温湿度数据、气体相对产生速率的显示，并将数据存入指定硬盘。
6)数据判断。单片机判断本次检测显示及存储的数据是否完整，由于在传感器检测腔体内，有多个不同的传感器，每个传感器的检测时间不一样，所以需要对所有传感器是否完成检测进行判断。若数据不完整，单片机则重复步骤步骤2、步骤3、步骤4和步骤5，直到检测数据完整。若检测数据完整，则单片机执行下一步。如果在这个过程中一直是检测未检测到完整的数据，在这个过程中也可以判断出传感器出现异常的问题。
7)短信报警。包括利用MAX232芯片进行电平转换，将处理的数据送入TC35GSM模块短信模块，并使用一张普通手机的SIM卡，若与该单片机接受到的开关柜内某一气体浓度或气体相对产生速率高于阈值，利用GPRS网络发送报警短信到指定手机端。
8)气路冲洗。开关柜检测后，单片机控制关闭电磁阀i-1的同时打开电磁阀5-1进行共享气路冲洗，冲洗结束后，单片机控制功能驱动模块关闭电磁阀5-1、电磁阀i-1以及电磁阀i-2。
8)条件判断。首先i＝i+1，单片机对i进行逻辑判断，判断i是否小于等于4。若是，单片机则重复步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6和步骤7，打开电磁阀i-1和电磁阀i-2，对开关柜i内部气体组分浓度进行检测。若i大于4，则令i＝1，并重复步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6和步骤7，对开关柜1、开关柜2、开关柜3和开关柜4进行新一轮内部气体组分浓度检测。
进一步，所述检测方法步骤，包括诊断系统建立。包括在PC机上通过互联网将数据上传至云端，建立每个开关柜的专属数据库和所有开关柜数据与现场情况对应的联合数据库，并结合专家系统，利用大数据对各开关柜的运行情况进行诊断与预测。
首先，将实时浓度数据与浓度阈值进行比较。然后，将计算所得产气率值与其对应预设阈值相比较。最后，将各数据送入专家系统进行综合诊断。专家系统的推理包括正向推理和反向推理两个过程。首先结合运行参数和检测参数及状态进行正向推理，得到设备状态评价，诊断系统回到监控状态并提出故障假设。反向推理，对故障部位及原因进行诊断，验证故障假设是否成立，如果成立，诊断系统回到监控状态；如果不成立，验证故障假设的唯一性，如果是唯一的，则进入下一个设备状态评价，得到新的故障假设；如果不是唯一的，则结合该假设提出另一个故障假设。
本发明的有益效果主要有以下几点：
(1)本发明的方法在硬件基础上开发与之适应的软件系统，一体化的设计实现了数据无限传输，信号有效去噪，短信即时报警等一系列功能，不仅能够完成对单位内各开关柜是否发生局部放电的检测，还可以对某一气体浓度或气体相对产生速率超过阈值的开关柜进行迅速短信报警，使工作人员有充足时间进行有效动作，对事故有效地防范。
(2)本发明的方法采用将实时数据传送至云端，基于各开关柜的大量历史数据建立故障诊断专家系统，对单位内各开关柜现有情况进行远程监控并集中管理，不但能及时有效地检测当前开关柜内的局部放电情况，而且还可以对开关柜设备进行有预见性、有针对性的管理及维护。
(3)固定式局部放电在线检测装置采用电化学传感器检测，相对于传统气相色谱检测法具有检测周期短、可进行连续监测、准确度高、可维护性高、便于对设备进行集中管理等优点，节约了人力成本，实现了对开关柜的电子智能巡检，大大提高了变电站的工作效率。
附图说明
图1固定式局部放电在线检测装置结构图；
图2信号变送系统结构示意图；
图3中位值平均滤波算法；
图4气敏传感器检测腔体；
图5专家系统推理流程图。
图2中：101－电磁阀1-1，102－电磁阀2-1，103－电磁阀3-1，104－电磁阀4-1，105－电磁阀5-1，106-可调速微型气泵，107－气敏传感器检测阵列腔体，111-电磁阀1-2，112-电磁阀2-2,113-电磁阀3-2，114-电磁阀4-2，115-电磁阀5-2。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例的基于电化学气体传感技术的在线式局部放电检测装置，基于电化学气体传感技术的固定式开关柜局部放电在线检测装置，包括信号变送系统1、数据采集与处理系统2和诊断与报警系统3。
所述信号变送系统1包括电磁阀1-1101、电磁阀2-1102、电磁阀3-1103、电磁阀4-1104、电磁阀5-1105、可调速微型泵106、气敏传感器检测腔体107、电磁阀1-2111、电磁阀2-2112、电磁阀3-2113、电磁阀4-2114和电磁阀5-2115。开关柜1进气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀1-1101进气口通过导气管连通。开关柜2进气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀2-1102进气口通过导气管连通。开关柜3进气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀3-1103进气口通过导气管连通。开关柜4进气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀4-1104进气口通过导气管连通。电磁阀5-1105的进气口不与任何器件连接，与大气连通。电磁阀1-1101、电磁阀2-1102、电磁阀3-1103、电磁阀4-1104和电磁阀5-1105的出气口与共享气路1中5个支路气管的气口连通，共享气路1的主干气路出气口与可调速微型泵106的进气口连通。可调速微型泵106的出气口与气敏传感器检测腔体107的进气口连通。气敏传感器检测腔体107的出气口连接共享气路2的主干气路连通，共享气路2的支路气管的5个气口分别与电磁阀1-2111、电磁阀2-2112、电磁阀3-2113、电磁阀4-2114和电磁阀5-2115的进气口连通。电磁阀1-2111的出气口与开关柜1的进气口连通，电磁阀2-2112的出气口与开关柜2的进气口连通，电磁阀3-2113的出气口与开关柜3的进气口连通，电磁阀4-2114的出气口与开关柜4的进气口连通，电磁阀5-2115的出气口不与任何器件连通，与大气连通。
所述气敏检测腔体如图4所示，包含缓存气室，贯通气室和若干传感器池。传感器池内分别装有CO气体传感器，O3气体传感器，NO气体传感器，NO2气体传感器，温湿度传感器。气敏传感器阵列腔体107是长方体结构，包括缓存气室、传感器池1、传感器池2和贯通气室，传感器池1和传感器池2并排放置后叠放在贯通气室上方，缓存气室放置在传感气池与贯通气室的组合结构的端侧面。缓存气室跟传感气池与贯通气室组合结构存在重叠面，该重叠面的对称面设有进气口，与传感器池1和传感器池2重叠面也分别设有通气孔，传感器池1和传感器池2与贯通气室的重叠面分别设有通气孔，贯通气室的端侧面设有出气口。
所述气敏传感器检测腔体107内置设备包括：温湿度传感器1071、一氧化碳气体传感器1072、臭氧气体传感器1073、一氧化氮气体传感器1074、二氧化氮气体传感器1075和气体传感器配套的专用过滤器1076。
所述数据采集与处理系统2包括C8051F005单片机201、信号处理电路202和功率驱动模块203。信号处理电路202信号输入端与气敏传感器检测腔体107的输出接口连接，信号处理电路202信号输出端与单片机201的ADC端口连接。单片机201的时钟接口与外部晶体相连。第一I/O接口与功能驱动模块203相连，第二I/O接口与诊断与报警系统3中的蓝牙模块303相连。UART接口与诊断与报警系统3中的MAX232芯片301相连。
所述单片机201通过第一I/O接口与功率驱动模块203的输入端连接，功率驱动模块203的输出端口与信号变送系统1中的所有电磁阀的控制端和可调速微型泵106的控制端利用导线连接形成一个信号通路。单片机201发送动作指令信号经过第一I/O接口传送至功率驱动模块203，功率驱动模块203根据信号控制所有电磁阀的开关动作。同时单片机201检测可调速微型气泵105的运转速度，并对微型气泵106的运转速度控制调整。
所述诊断与报警系统3包括MAX232芯片301、TC35GSM模块302、蓝牙模块303和PC机304。MAX232芯片301与TC35GSM模块302相连，蓝牙模块303与PC机304相连。
所述温湿度传感器1071、一氧化碳气体传感器1072、臭氧气体传感器1073、一氧化氮气体传感器1074和二氧化氮气体传感器1075检测得到的模拟信号传输至信号处理电路202进行处理，处理后的信号通过单片机201的ADC端口传输至单片机201处理分析。单片机201将数据通过第二I/O端口传输至蓝牙模块303，蓝牙模块303则通过无线通讯方式将处理好的数据传送至PC机304，PC机304的数据可通过互联网络形式将存储的数据上传至云端。
进一步所述装置，所述TC35GSM模块302装有SIM卡，蓝牙模块303与PC机304相连是通过蓝牙USB适配器。
进一步所述装置，所述装置开关柜内气体组分浓度高于所设阈值，单片机201通过UART端口给MAX232芯片301发送报警信号，MAX232芯片301则将信号通过TC35GSM模块302发送至指定手机，实现定向报警。
进一步所述装置，单片机201控制打开电磁阀1-1101以及电磁阀1-2111，对开关柜1内部的气体组分浓度检测后，单片机201控制关闭电磁阀1-1101的同时，打开电磁阀5-1105进行气路冲洗。冲洗结束后，单片机跳转控制关闭电磁阀5-1105和电磁阀1-2111，打开电磁阀2-1102和电磁阀2-2112，对开关柜2的重复开关柜1的检测过程。对所有的开关柜内部的气体组分浓度检测后，单片机对控制开关柜取气口对应的电磁阀，同时打开电磁阀5-1105进行气路冲洗。
如此依次对电磁阀1-1101、电磁阀2-1102、电磁阀3-1103和电磁阀4-1104进行控制开关。当对开关柜4内部的气体组分浓度检测完成后，单片机201控制跳转至开关柜1的重复检测，如此对开关柜1、开关柜2、开关柜3和开关柜4不间断循环检测。
实施例2：
基于电化学气体传感技术的固定式开关柜局部放电在线检测装置实现的检测方法，包括以下步骤：
1)标定。所述单片机201控制打开电磁阀5-1105及电磁阀5-2115，此时其他电磁阀均处于关闭状态，并启动可调速微型泵。同时，在共享气路预留的进气口处通入标准气体，按下气敏传感器检测腔体“标定”按钮，调取相关程序进行修正标定。
2)检测。单片机201控制功能驱动模块203打开电磁阀i-1以及电磁阀i-2，利用可调速微型气泵106的动力将对应开关柜i内部气体通过导管导向气敏传感器检测腔体107，同时控制可调速微型泵106，配合检测所需气体的流速控制。i的初值为1。
3)信号传输。温湿度传感器1071、一氧化碳气体传感器1072、臭氧气体传感器1073、一氧化氮气体传感器1074和二氧化氮气体传感器1075将所需检测气体浓度和温湿度转化为标准的模拟电信号，同时将信号传输至信号处理电路202。
4)信号处理。信号处理系统202将原始电流信号变换为电压信号，对电压信号进行放大以及滤波处理。最终信号通过A\D端口传输至单片机201，单片机201中的ADC模块将信号进行模数转换，并使用中位值平均滤波算法将数据进行有效去噪提高数据精度。最后，单片机201对处理后的浓度数据进行相对产气速率的计算。其中ci1和ci2分别为第1和2次测量某气体的模拟过度，Δt为两次监测时间间隔中的实际运行时间。
5)数据存储和显示。包括通过单片机201第二I/O串口与蓝牙模块303相连。采用蓝牙技术将处理好的数据送入PC机304，在PC机304的应用窗口中进行开关柜i内浓度和温湿度数据、气体相对产生速率的显示，并将数据存入指定硬盘。
6)数据判断。单片机201判断本次检测显示及存储的数据是否完整。若数据不完整，单片机201则重复步骤步骤2、步骤3、步骤4和步骤5，直到检测数据完整。若检测数据完整，则单片机201执行下一步。
7)短信报警。包括利用MAX232芯片301进行电平转换，将处理的数据送入TC35GSM模块302短信模块，并使用一张普通手机的SIM卡，若与该单片机接受到的开关柜内某一气体浓度或气体相对产生速率高于阈值，利用GPRS网络发送报警短信到指定手机端。
8)气路冲洗。开关柜检测后，单片机201控制关闭电磁阀i-1同时打开电磁阀5-1105进行共享气路冲洗，冲洗结束后，单片机201控制功能驱动模块203关闭电磁阀5-1105、电磁阀i-1以及电磁阀i-2。
8)条件判断。首先i＝i+1，单片机201对i进行逻辑判断，判断i是否小于等于4。若是，单片机201则重复步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6和步骤7，打开电磁阀i-1和电磁阀i-2，对开关柜i内部气体组分浓度进行检测。若i大于4，则令i＝1，并重复步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6和步骤7，对开关柜1、开关柜2、开关柜3和开关柜4进行新一轮内部气体组分浓度检测。
进一步所述基于检测装置的检测方法，包括诊断系统建立。包括在PC机304上通过互联网将数据上传至云端，建立每个开关柜的专属数据库和所有开关柜数据与现场情况对应的联合数据库，并结合专家系统，利用大数据对各开关柜的运行情况进行诊断与预测。
首先，将实时浓度数据与浓度阈值进行比较。然后，将计算所得产气率值与其对应预设阈值相比较。最后，将各数据送入专家系统进行综合诊断。专家系统的推理包括正向推理和反向推理两个过程；首先结合运行参数和检测参数及状态进行正向推理，得到设备状态评价，诊断系统回到监控状态并提出故障假设；反向推理，对故障部位及原因进行诊断，验证故障假设是否成立，如果成立，诊断系统回到监控状态；如果不成立，验证故障假设的唯一性，如果是唯一的，则进入下一个设备状态评价，得到新的故障假设；如果不是唯一的，则结合该假设提出另一个故障假设。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种固定式开关柜局部放电在线检测装置，其特征在于：包括信号变送系统(1)、数据采集与处理系统(2)和诊断与报警系统(3)；
所述信号变送系统(1)包括电磁阀1-1(101)、电磁阀2-1(102)、电磁阀3-1(103)、电磁阀4-1(104)、电磁阀5-1(105)、可调速微型泵(106)、气敏传感器检测腔体(107)、电磁阀1-2(111)、电磁阀2-2(112)、电磁阀3-2(113)、电磁阀4-2(114)和电磁阀5-2(115)；开关柜1取气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀1-1(101)进气口利用导气管连通；开关柜2取气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀2-1(102)进气口利用导气管连通；开关柜3取气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀3-1(103)进气口利用导气管连通；开关柜4取气口放置配套金属防尘过滤网后与电磁阀4-1(104)进气口利用导气管连通；电磁阀5-1(105)的进气口不与任何器件连接，与大气连通；电磁阀1-1(101)、电磁阀2-1(102)、电磁阀3-1(103)、电磁阀4-1(104)和电磁阀5-1(105)的出气口分别与共享气路1中5个支路气管的气口连通，共享气路1的主干气路出气口与可调速微型泵(106)的进气口连通；可调速微型泵(106)的出气口与气敏传感器检测腔体(107)的进气口连通；气敏传感器检测腔体(107)的出气口与共享气路2的主干气路的气口连通，共享气路2的支路气管5个气口分别与电磁阀1-2(111)、电磁阀2-2(112)、电磁阀3-2(113)、电磁阀4-2(114)和电磁阀5-2(115)的进气口连通；电磁阀1-2(111)的出气口与开关柜1的进气口连通，电磁阀2-2(112)的出气口与开关柜2的进气口连通，电磁阀3-2(113)的出气口与开关柜3的进气口连通，电磁阀4-2(114)的出气口与开关柜4的进气口连通，电磁阀5-2(115)的出气口不与任何器件连接，与大气连通；
所述气敏传感器阵列腔体(107)是长方体结构，包括缓存气室、传感器池1、传感器池2和贯通气室，传感器池1和传感器池2并排放置后叠放在贯通气室上方，缓存气室位于传感气池与贯通气室组合结构的端侧面；缓存气室跟传感气池与贯通气室组合结构存在重叠面，该重叠面的对称面设有进气口，与传感器池1和传感器池2重叠面分别设有通气孔，传感器池1和传感器池2与贯通气室的重叠面分别设有通气孔，贯通气室的端侧面设有出气口；
所述气敏传感器检测腔体(107)内置设备包括：温湿度传感器(1071)、一氧化碳气体传感器(1072)、臭氧气体传感器(1073)、一氧化氮气体传感器(1074)、二氧化氮气体传感器(1075)和气体传感器配套的专用过滤器(1076)；
所述数据采集与处理系统(2)包括C8051F005单片机(201)、信号处理电路(202)和功率驱动模块(203)；信号处理电路(202)信号输入端与气敏传感器检测腔体(107)的输出接口连接，信号处理电路(202)信号输出端与单片机(201)的ADC端口连接；单片机(201)的时钟接口与外部晶体相连；第一I/O接口与功能驱动模块(203)相连，第二I/O接口与诊断与报警系统(3)中的蓝牙模块(303)相连；UART接口与诊断与报警系统(3)中的MAX232芯片(301)相连；
所述单片机(201)通过第一I/O接口与功率驱动模块(203)的输入端连接，功率驱动模块(203)的输出端口与信号变送系统(1)中的所有电磁阀的控制端和可调速微型泵(106)的控制端利用导线连接形成一个信号通路；单片机(201)发送动作指令信号经过第一I/O接口传送至功率驱动模块(203)，功率驱动模块(203)根据接收到的信号对所有的电磁阀开关动作进行控制；同时单片机(201)检测可调速微型气泵(105)的运转速度，并对微型气泵(106)的运转速度控制调整；
所述诊断与报警系统(3)包括MAX232芯片(301)、TC35GSM模块(302)、蓝牙模块(303)和PC机(304)；MAX232芯片(301)与TC35GSM模块(302)相连，蓝牙模块(303)与PC机(304)相连；
所述温湿度传感器(1071)、一氧化碳气体传感器(1072)、臭氧气体传感器(1073)、一氧化氮气体传感器(1074)和二氧化氮气体传感器(1075)检测得到的模拟信号传输至信号处理电路(202)进行处理，处理后的信号通过单片机(201)的ADC端口传输至单片机(201)处理分析；单片机(201)将数据通过第二I/O端口传输至蓝牙模块(303)，蓝牙模块(303)则通过无线通讯方式将处理好的数据传送至PC机(304)，PC机(304)的数据可通过互联网络形式将存储的数据上传至云端。
2.权利要求1中所述一种固定式开关柜局部放电在线检测装置，其特征在于：
所述TC35GSM模块(302)装有SIM卡；蓝牙模块(303)与PC机(304)相连是通过蓝牙USB适配器。
3.权利要求1中所述一种固定式开关柜局部放电在线检测装置，其特征在于：
所述装置开关柜内气体组分浓度高于所设阈值，单片机(201)通过UART端口给MAX232芯片(301)发送报警信号，MAX232芯片(301)则将信号通过TC35GSM模块(302)发送至指定手机，实现定向报警。
4.权利要求1中所述一种固定式开关柜局部放电在线检测装置，其特征在于：
单片机(201)控制功率驱动模块(203)打开电磁阀1-1(101)以及电磁阀1-2(111)，对开关柜1内部的气体组分浓度检测后，单片机(201)控制关闭电磁阀1-1(101)的同时，打开电磁阀5-1(105)进行气路冲洗；冲洗结束后，单片机跳转控制关闭电磁阀5-1(105)和电磁阀1-2(111)，打开电磁阀2-1(102)和电磁阀2-2(112)，对开关柜2的重复开关柜1的检测过程；对所有的开关柜内部的气体组分浓度检测后，单片机对控制开关柜取气口对应的电磁阀，同时打开电磁阀5-1(105)进行气路冲洗。
5.所述1～4任一权利基于固定式开关柜局部放电在线检测装置实现的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)标定；所述单片机(201)控制打开电磁阀5-1(105)及电磁阀5-2(115)，此时其他电磁阀均处于关闭状态；在共享气路中电磁阀5-1(105)预留的进气口处通入标准气体，按下气敏传感器检测腔体“标定”按钮；
2)检测；单片机(201)控制功能驱动模块(203)打开电磁阀i-1以及电磁阀i-2，其他电磁阀均处于关闭状态；通过可调速微型气泵(106)的动力将对应开关柜i内部气体通过导管导向气敏传感器检测腔体(107)，同时控制可调速微型泵(106)，配合检测所需气体的流速控制；i的初值为1；
3)信号传输；温湿度传感器(1071)、一氧化碳气体传感器(1072)、臭氧气体传感器(1073)、一氧化氮气体传感器(1074)和二氧化氮气体传感器(1075)将所需检测气体浓度和温湿度转化为标准的模拟电信号，同时将信号传输至信号处理电路(202)；
4)信号处理；信号处理系统(202)将原始电流信号变换为电压信号，对电压信号进行放大以及滤波处理；最终信号通过A\D端口传输至单片机(201)，单片机(201)中的ADC模块将信号进行模数转换，并使用中位值平均滤波算法将数据进行有效去噪提高数据精度；最后，单片机(201)对处理后的浓度数据进行相对产气速率的计算；其中ci1和ci2分别为第1和2次测量某气体的模拟过度，Δt为两次监测时间间隔中的实际运行时间；
5)数据存储和显示；包括通过单片机(201)第二I/O串口与蓝牙模块(303)相连；采用蓝牙技术将处理好的数据送入PC机(304)，在PC机(304)的应用窗口中进行开关柜i内浓度和温湿度数据、气体相对产生速率的显示，并将数据存入指定硬盘；
6)数据判断；单片机(201)判断本次检测显示及存储的数据是否完整；若数据不完整，单片机(201)则重复步骤步骤2、步骤3、步骤4和步骤5，直到检测数据完整；若检测数据完整，则单片机(201)执行下一步；
7)短信报警；包括利用MAX232芯片(301)进行电平转换，将处理的数据送入TC35GSM模块(302)短信模块，并使用一张普通手机的SIM卡，若与该单片机接受到的开关柜内某一气体浓度或气体相对产生速率高于阈值，利用GPRS网络发送报警短信到指定手机端；
8)气路冲洗；开关柜检测后，单片机(201)控制关闭电磁阀i-1同时打开电磁阀5-1(105)进行共享气路冲洗，冲洗结束后，单片机(201)控制功能驱动模块(203)关闭电磁阀5-1(105)、电磁阀i-1以及电磁阀i-2；
8)条件判断；首先i＝i+1，单片机(201)对i进行逻辑判断，判断i是否小于等于4；若是，单片机(201)则重复步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6和步骤7，打开电磁阀i-1和电磁阀i-2，对开关柜i内部气体组分浓度进行检测；若i大于4，则令i＝1，并重复步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6和步骤7，对开关柜1、开关柜2、开关柜3和开关柜4进行新一轮内部气体组分浓度检测。
6.权利要求5所述的基于固定式开关柜局部放电在线检测装置，实现的检测方法步骤，其特征在于：
包括诊断系统建立；包括在PC机(304)上通过互联网将数据上传至云端，建立每个开关柜的专属数据库和所有开关柜数据与现场情况对应的联合数据库，并结合专家系统，利用大数据对各开关柜的运行情况进行诊断与预测；
专家系统的推理包括正向推理和反向推理两个过程；首先结合运行参数和检测参数及状态进行正向推理，得到设备状态评价，诊断系统回到监控状态并提出故障假设；反向推理，对故障部位及原因进行诊断，验证故障假设是否成立，如果成立，诊断系统回到监控状态；如果不成立，验证故障假设的唯一性，如果是唯一的，则进入下一个设备状态评价，得到新的故障假设；如果不是唯一的，则结合该假设提出另一个故障假设。
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