CN105242180A - 一种用于gil/gis的放电源进行检测和定位的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置及方法，对GIL/GIS在耐压试验或运行中出现的放电故障进行检测和定位。该装置包括固定在GIL/GIS壳体上的振动传感器、检测终端和上位机。振动传感器和检测终端布置在待测设备的各个气室，当GIL/GIS发生放电时，振动传感器接收放电激发的振动信号，检测终端对放电信号进行放大、滤波和采集处理，上位机通过无线网络对各终端的采集进行同步并接收采集数据，进而实现对放电信号的准确分析和定位。

Description

一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置及方法

技术领域

本发明涉及电力设备绝缘状态检测技术及其应用领域，具体涉及一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置及方法。

背景技术

气体绝缘金属封闭组合电器(gas-insulatedmetal-enclosedswitchgear，GIS)和气体绝缘输电线路(gas-insulatedline，GIL)具有占地面积少、体积小、可靠性高及维护简单等优点，被广泛应用于城市电网、发电厂和大型厂矿企业等高压输变电系统中。目前GIS与GIL已成为电力系统中的重要设备，其自身可靠性关系到整个电力网络的稳定、安全运行。

在GIS/GIL的制造、现场安装调试和运行过程中有时会引入一些绝缘缺陷，在设备带电后这些缺陷点就会产生局部放电，严重者将直接产生贯穿性放电，导致停电事故的发生。GIS内部集成有断路器、隔离开关、互感器等各类开关设备，其结构复杂，发生放电时难以排查。而GIL的长度较长，发生放电如果不能及时定位出放电源的位置，检修时需要将设备全部解体，将耗费大量的人力、物力和检修时间。

目前在GIS的现场交接试验中，有采用振动或超声信号监测的方法来定位放电位置。然而，现有的检测装置在实际应用中还存在若干技术问题尚待解决：1)部分装置的各检测终端模块与上位机之间的数据通讯由光纤线缆连接，此种方式能够实现数据的实时传输与高压隔离，但其在现场使用时的安装和接线较为困难，不适用于对距离较长的GIL进行测试；2)对于采用无线网络通讯的放电定位装置，各采集终端间缺少有效的时间同步方法，而若采用硬件对时模块，其系统结构复杂，且成本也增加。因此，如何设计和制作一种简单、便携、高效的放电定位装置，解决目前在GIS及GIL设备放电监测系统开发方面所面临的现实问题，实属当前业界的重要研究课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，且具有结构简单、便携性强、易于操作等特点，以克服现有技术在GIS/GIL放电检测实践中技术方面存在的不足和困难，实现对GIL/GIS设备放电源的准确定位。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，该装置包括布置在待测设备各个气室外的振动传感器和检测终端，以及与检测终端连接的上位机，在每个所述气室处，所述振动传感器与检测终端相连；所述上位机通过无线网络与每个气室的检测终端连接；检测时，各个检测终端同时开始采集数据，当GIL/GIS发生放电时，振动传感器接收放电激发的振动信号，检测终端对该信号进行采集后上传至上位机，当任一检测终端的采集信号超过设定阈值时，振动传感器停止采集数据。

所述振动传感器通过胶粘方式安装在GIL/GIS壳体的外表面，检测终端靠近传感器布置，并通过紧固带固定在待测设备的壳体上。

所述的检测终端包括用于给检测终端供电的电源电路(U21)，所述的电源电路分别与放大电路(U22)、滤波电路(U23)、主控芯片(U24)、无线通讯模块(U25)相连接，所述的放大电路(U22)的输出端与滤波电路(U23)的输入端连接，所述的滤波电路(U23)的输出端与主控芯片(U24)的输入端相连接，所述的主控芯片(U24)的输出端还连接有存储器(U26)、状态指示模块(U27)，以及无线通讯模块(U25)，所述无线通讯模块通过无线网络与上位机进行通讯。

所述检测终端内部装有独立电源，用于对检测终端的各电路模块供电。

所述滤波电路的通带频率在2kHz～70kHz之间，且其上、下限截止频率独立可调。

所述滤波电路(U23)由高增益带宽的运算放大器实现，通带频率在2kHz～70kHz之间，使用两个运放芯片分别设计成低通和高通电路级联实现，以保证滤波电路的上、下限截止频率独立可调，以适应不同的现场环境。

所述振动传感器(S1)选用自屏蔽压电薄膜传感器。

所述的上位机通过Zigbee无线网络与各检测终端连接。

一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的方法，包括如下步骤：1)上位机统一发送启动命令启动各个检测终端；2)各个检测终端同时刻开始对传感器的检测信号进行采集并对采集到的信号进行连续存储和监测；3)当任一检测终端检测的信号超过设定阈值时，该检测终端向上位机发送放电提示信号；4)上位机收到放电提示信号后，向各个检测终端统一发送停止采集命令，接收并处理各检测终端存储器中的数据，从而确定放电位置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明所述的一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，包括布置在待测设备各个气室外的振动传感器和检测终端，以及与检测终端连接的上位机，在每个所述气室处，所述振动传感器与检测终端相连；所述上位机通过无线网络与每个气室的检测终端连接；检测时，各个检测终端同时开始采集数据，当GIL/GIS发生放电时，振动传感器接收放电激发的振动信号，检测终端对该信号进行采集后上传至上位机，当任一检测终端的采集信号超过设定阈值时，振动传感器停止采集数据。本发明装置上位机通过无线网络对各检测终端的采集时刻进行同步，避免了采用光纤或线缆连接的众多不便；同时相较于简单的单次阈值采集技术，由于对各检测终端引入了同步技术，其定位效果更佳；安装于壳体上的检测终端和传感器通过无线网络与上位机通讯，保证了试验人员能够远离一次设备本体进行试验，可避免对人身造成伤害。

检测终端的滤波电路通带的上、下限频率独立可调，增强了设备的适用性，可依据实际的现场噪声情形开展选频测试，提高检测定位结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图对实施例作简单地介绍。

图1是本发明一种用于GIL/GIS的放电源检测定位装置的结构示意图。

图2为本发明中检测终端的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合附图和具体实施例作进一步的详细描述。

如图1所示，是本发明一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置的系统结构示意图。该装置主要包括：若干个振动传感器S1、与振动传感器数量相等的检测终端U1、上位机C1。整个装置的工作原理为：测试前，在待测设备G1的每个气室的壳体外部，分别安装并固定一个振动传感器，用于对壳体G1内部因放电所激发的信号进行检测；在每个振动传感器S1附近安装一个检测终端U1，使用紧固带将检测终端固定在待测设备的壳体G1上，并通过测试电缆与振动传感器S1相连，用于对振动传感器采集的信号进行调理、采集并向上位机C1传送数据；便携式上位机C1，通过无线网络与各检测终端U1通讯，用于对检测信号进行定位。

在一个实施例中，振动传感器S1选用自屏蔽压电薄膜传感器，并使用粘合剂固定在GIS/GIL的壳体上；上位机C1由便携式笔记本电脑连接无线通讯模块构成；各检测终端和上位机之间采用覆盖范围较广的Zigbee无线网络进行通讯。上位机C1通过Zigbee无线网络对各检测终端U1的采集时刻进行同步，具体步骤如下：

1)上位机C1通过Zigbee网络向检测终端统一发送启动采集命令；

2)各个检测终端U1同时刻开始对振动传感器信号进行采集，并将存储器U26设置为双缓冲模式对采集的信号进行连续存储；

3)测试过程中，检测终端的主控芯片U24对采集到的振动信号进行监测，当任一检测终端的测试信号超过设定阈值时，立即向上位机C1发送有效捕获放电的提示信号；

4)上位机C1收到提示信号后，向各检测终端统一发送停止采集命令，并通过Zigbee网络依次接收各检测终端内存储器中的数据，进而通过对应检测终端的位置对放电源的位置进行定位。

如图2所示，为本发明一个实施例中检测终端的结构示意图，所述的检测终端U1包括用于给检测终端U1供电的电源电路U21，所述的电源电路U21分别与放大电路U22、滤波电路U23、主控芯片U24、无线通讯模块U25相连接，所述的放大电路U22的输出端与滤波电路U23的输入端连接，所述的滤波电路U23的输出端与主控芯片U24的输入端相连接，所述的主控芯片U24的输出端进一步连接有存储器U26、状态指示模块U27，以及无线通讯模块U25；所述的检测终端U1通过无线通讯模块U25与上位机C1连接来传送数据，检测终端U1的放大电路U22与振动传感器S1的输出端连接来接收S1的检测信号。

放大电路、滤波电路对传感器输入的振动信号进行调理，然后由主控芯片U24进行采集和处理并实时存入存储器中，并由状态指示模块显示信号的实时幅值信息，待采集完成后再通过无线通讯模块将数据传送到上位机进行定位。

在一个实施例中，检测终端内部可装有额定输出3.7V的可充电锂电池，电源电路U21可采用DC/DC电源芯片，对电池的输出电压进行调整和稳压，并向检测终端内部的其他电路供电；放大电路U22采用差分放大电路以抑制振动传感器信号的共模干扰，放大倍数100倍；滤波电路U23由高增益带宽的运算放大器实现，通带频率在2kHz～70kHz之间，可使用两个运放芯片分别设计成低通和高通电路级联实现，保证滤波电路的上、下限截止频率独立可调，以适应不同的现场环境；主控芯片U24选用STM32F40X系列的ARM控制器，并使用其内部集成有的数模转换模块进行数据采集；无线通讯模块U25选用兼容Zigbee2007协议的CC2530芯片实现，可有效覆盖实际中GIS/GIL的安装范围；存储器U26选用1M字节的CMOS芯片；状态指示模块U27可采用数个LED灯或数码管，从而对监测信号的幅值信息进行直观显示。

采用上述技术方案的本发明结构简单，操作方便，装置内的各检测终端能够实现同步GIL/GIS设备内部产生的放电情况，上位机通过无线网络接收各传感器的振动信号，进而通过采集信号的到达时间及幅值大小对放电源的位置进行定位。

以上所揭露的仅是本发明的较佳实施例而已，然不能以此来限定本发明的权利范围；本领域技术人员利用上述揭露的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，其特征在于，该装置主要包含布置在待测设备各个气室外的振动传感器(S1)和检测终端(U1)，以及与检测终端连接的上位机(C1)，

所述振动传感器与检测终端相连；所述上位机(C1)通过无线网络与每个气室的检测终端连接；检测时，各个检测终端同时开始采集数据，当GIL/GIS发生放电时，振动传感器接收放电激发的振动信号，检测终端对该信号进行采集后上传至上位机，当任一检测终端的采集信号超过设定阈值时，振动传感器停止采集数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，其特征在于，所述振动传感器通过胶粘方式安装在GIL/GIS壳体的外表面，检测终端靠近传感器布置，并通过紧固带固定在待测设备的壳体上。

3.根据权利要求1所述的一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，其特征在于，所述的检测终端包括用于给检测终端供电的电源电路(U21)，所述的电源电路分别与放大电路(U22)、滤波电路(U23)、主控芯片(U24)、无线通讯模块(U25)相连接，所述的放大电路(U22)的输出端与滤波电路(U23)的输入端连接，所述的滤波电路(U23)的输出端与主控芯片(U24)的输入端相连接，所述的主控芯片(U24)的输出端还连接有存储器(U26)、状态指示模块(U27)，以及无线通讯模块(U25)，所述无线通讯模块通过无线网络与上位机进行通讯。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，其特征在于，所述检测终端内部装有独立电源，用于对检测终端的各电路模块供电。

5.根据权利要求3所述的一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，其特征在于，所述滤波电路的通带频率在2kHz～70kHz之间，且其上、下限截止频率独立可调。

6.根据权利要求3或5所述的一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，其特征在于，所述滤波电路(U23)由高增益带宽的运算放大器实现，通带频率在2kHz～70kHz之间，使用两个运放芯片分别设计成低通和高通电路级联实现，以保证滤波电路的上、下限截止频率独立可调，以适应不同的现场环境。

7.根据权利要求1所述的一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，其特征在于，所述振动传感器(S1)选用自屏蔽压电薄膜传感器。

8.根据权利要求1所述的一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的装置，其特征在于，所述的上位机通过Zigbee无线网络与各检测终端连接。

9.一种用于GIL/GIS的放电源进行检测和定位的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)上位机统一发送启动命令启动各个检测终端；

2)各个检测终端同时刻开始对传感器的检测信号进行采集并对采集到的信号进行连续存储和监测；

3)当任一检测终端监测的信号超过设定阈值时，该检测终端向上位机发送放电提示信号；

4)上位机收到放电提示信号后，向各个检测终端统一发送停止采集命令，接收并处理各检测终端存储器中的数据，从而确定放电位置。