CN105425129B - 一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，此装置主要由缝隙电磁波测量单元、滤波放大电路及数据采集和分析模块组成。其中，缝隙电磁波的测量单元是由两个非均匀电流分布的环形结构组成，分别通过两根同轴电缆和滤波放大电路相连。测量单元接收到的信号经过滤波和放大电路处理后传输到数据采集与分析模块，完成高压开关柜绝缘状态的评估。实测时，两个缝隙电磁波测量单元放置在开关柜缝隙对称的位置上。根据电磁场的理论，从缝隙辐射出来的电磁场在对称位置上磁场极性相反，和外部干扰源的磁场特征完全不同，因此本发明具有很高的抗噪声的能力。本发明对信号处理模块的采样频率要求较低，且结构简单、成本较低，易于操作，在高压开关柜局部放电监测和智能传感器研发领域具有广泛的应用前景。

Description

一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置
【技术领域】
本发明专利涉及高压开关柜状态监测的技术，特别涉及一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置。
【背景技术】
高压开关柜和环网柜是配电网中重要的设备，目前已得到了广泛应用。其能否安全运行直接关系着供电的质量和可靠性。据统计，在6-10kV开关柜事故中，有超过50％是由于绝缘失效引起的。因此，高效、准确地对高压开关柜的绝缘状态进行监测具有重要意义。
目前，国内外电力部门大都采用暂态对地电压(TEV)法和超声波法对高压柜和环网柜进行绝缘状态监测。现在广泛应用的手持式开关柜超声地电波局部放电检测仪，集暂态地电压和超声波两种局部放电检测方法于一体，在实际应用中可以有效地对开关柜进行绝缘状态监测。
但上述手持式开关柜超声地电波局部放电检测仪存在以下不足之处：
1)抗干扰能力较弱，当环境背景噪声较大时，局部放电信号会被淹没在背景噪声里，容易出现误判、漏判的情况。
2)受测量位置的影响较大。当高压开关柜或环网柜内部放电源的位置一定时，不同位置的测量信号的差异会给进一步确定局部放电强度增加难度。
3)对信号处理模块的要求较高。当数据采集卡的采样频率达不到要求时，会直接影响结果的精度。因此，研制一种抗干扰能力强，能够高效、准确监测高压开关柜和环网柜的绝缘状态的测量装置具有重要的意义。
鉴于以上缺陷，实有必要提供一种改进的技术方案以解决上述技术问题。
【发明内容】
本发明提供一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，可以在线监测并诊断高压开关柜中由于绝缘缺陷引起的局部放电。装置结构简单，成本低、抗干扰能力强、在智能开关柜的研究、设计和应用领域都具有应用前景。
本发明采用以下技术方案：
一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，包括测量单元、滤波放大电路和数据采集和处理模块，测量单元为一对，分别位于高压开关柜缝隙的对称位置，通过捕捉缝隙辐射出来的信号在对称位置上的磁场来评估放电信号，从而对开关柜绝缘状态进行评估。
进一步地，测量单元采用非均匀电流分布的环形结构。
进一步地，测量单元主要由环形绕组、BNC同轴连接器和阻抗匹配器组成，测量单元通过BNC同轴连接器与滤波放大电路相连。
进一步地，环形绕组的轴线与缝隙平行设置。
进一步地，环形绕组由漆包线绕成环形结构，并且由平行双线馈电结构22对其进行供电。
进一步地，环形绕组漆包线的直径为2mm，平行双线结构的间隙不大于1mm，长度不大于5mm。
进一步地，BNC同轴连接器采用带法兰结构的BNC-50KF，阻抗匹配器的匹配电阻是50Ω。
进一步地，滤波放大电路由主要由放大模块、带通滤波器、和屏蔽外壳组成，放大模块的输出端连接带通滤波器的输入，二者安装在屏蔽外壳内。
进一步地，滤波放大电路主要由电容电阻和高速运算放大器构成，放大倍数不低于10倍，带通滤波器通带低频截止频率不低于30MHz，不高于100MHz，高频截止频率不低于2GHz，不高于5GHz。
进一步地，数据采集和处理模块主要由数据采集卡和处理模块组成。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明测量的是开关柜缝隙中辐射出来的电磁场，从缝隙辐射出来的信号在对称位置上磁场极性相反，易于识别判断，使得本发明具有很强的抗干扰能力，实现了对开关柜绝缘状态高效、准确地评估。另外，本发明的测量没有和开关柜中高压部分接触，可以保证操作人员的安全。
【附图说明】
以上所述仅是本发明方案概述，为了更清楚说明本发明的测试方法，以下结合附图与具体实施方式对作详细说明。
图1为本发明一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置的构成图。
图2为本发明一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置缝隙电磁波测量单元结构示意图。
图3为本发明的一个使用状态图。
【具体实施方式】
如图1和图2所示，本发明提供了一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，此装置主要由缝隙电磁波测量单元100、滤波放大电路200及数据采集和处理模块300组成。其中，缝隙电磁波测量单元100主要由两个非均匀电流分布的环形结构组成，分别通过两根同轴电缆和滤波放大电路200相连。测量单元100接收到的信号经过滤波放大电路200处理后传输到数据采集与处理模块300，完成高压开关柜绝缘状态的评估。
实测时，两个缝隙电磁波测量单元100放置在开关柜缝隙对称的位置上。根据电磁场的理论，从缝隙辐射出来的电磁场在对称位置上磁场极性相反，和外部干扰源的磁场特征完全不同，因此，本发明具有很高的抗噪声的能力。
另外，本发明对信号处理模块的采样频率要求较低，且结构简单、成本较低，易于操作，在高压开关柜局部放电监测和智能传感器研发领域具有广泛的应用前景。
缝隙电磁波测量单元包括环形绕组11、平行双线12、阻抗匹配器13。测量时，环形绕组11放置在高压开关柜缝隙辐射对称位置，环形绕组11的轴线与缝隙平行设置。环形绕组11由漆包线绕成直径为75mm单匝或多匝环形结构，环形结构的自由端与平行双线12连接，且平行双线12为与环形绕组相同的材质。环形绕组漆包线的直径为2mm,平行双线结构的间隙不大于0.5mm，长度不大于5mm。
阻抗匹配器13的匹配电阻是50Ω，可有效减小失配引起的测量误差，实现局部放电信号的准确测量。平行双线12的一端与环形绕组11相连，另一端与阻抗匹配器13相连。另外，阻抗匹配器13上进一步安装有BNC同轴连接器14，BNC同轴连接器14采用带法兰结构的BNC-50KF。
滤波放大电路通过同轴电缆与测量单元的BNC同轴连接器14相连，包括安装在屏蔽外壳15内的放大模块16和带通滤波模块17。所述放大模块16的放大倍数不低于10倍，带通滤波模块17的通带低频截止频率不低于30MHz，不高于100MHz，高频截止频率不低于2GHz，不高于5GHz。
数据采集和处理模块300包括安装在绝缘外壳内的数据采集卡18和数据处理模块19。数据采集卡的总线类型为USB的USB_DAQ_PIC18F_V01。
如图3所示，是本发明的一个实施例，两个缝隙电磁波测量单元100放置在高压开关柜某缝隙的对称位置上，环形绕组11的轴线和缝隙平行，且两线圈极性方向相同。测得的信号经过滤波放大电路传送到数据处理模块，完成放电信号的分析评估。从缝隙辐射出来的信号在对称位置上磁场极性相反，易于识别判断，使得本发明具有很强的抗干扰能力，实现了对开关柜绝缘状态高效、准确地评估。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
采用以上设计后，本发明至少具有如下优点：
1、本发明体积小，结构简单，便于在现场进行试验和测量。
2、本发明对数据处理模块的要求不高，在低采样率的情况下也有较高的灵敏度。
3、本发明是一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置便携式测量装置，传感器测量的是开关柜缝隙中辐射出来的电磁场，没有和开关柜中高压部分接触，可以保证操作人员的安全。
4、本发明测量的是从高压开关柜缝隙辐射出来的对称位置上的电磁场，根据电磁场的理论，从理想缝隙中辐射出来的电磁场在对相对于缝隙的对称位置上的磁场方向相反，这和外界干扰电磁场在对称位置的磁场有明显差异。因此，本发明抗干扰能力强，对实际测量时环境的背景噪声要求不高。

Claims (8)

1.一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，其特征在于：包括测量单元(100)、滤波放大电路(200)和数据采集和处理模块(300)，所述测量单元为一对，分别位于高压开关柜缝隙的对称位置，通过捕捉缝隙辐射出来的信号在对称位置上的磁场来评估放电信号，从而对开关柜绝缘状态进行评估；所述测量单元(100)主要由环形绕组(11)、BNC同轴连接器(14)和阻抗匹配器(13)组成，所述测量单元(100)通过BNC同轴连接器(14)与滤波放大电路(200)相连；所述测量单元(100)采用非均匀电流分布的环形结构。
2.根据权利要求1所述的一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，其特征在于：所述环形绕组(11)的轴线与缝隙平行设置。
3.根据权利要求1所述的一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，其特征在于：所述环形绕组(11)由漆包线绕成环形结构，并且由平行双线(12)对其进行供电。
4.根据权利要求3所述的一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，其特征在于：所述环形绕组(11)漆包线的直径为2mm，平行双线(12)的间隙不大于1mm，长度不大于5mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，其特征在于：所述BNC同轴连接器(14)采用带法兰结构的BNC-50KF，所述阻抗匹配器(13)的匹配电阻是50Ω。
6.根据权利要求1所述的一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，其特征在于：所述滤波放大电路(200)由主要由放大模块(16)、带通滤波器(17)和屏蔽外壳(15)组成，所述放大模块(16)的输出端连接带通滤波器(17)的输入，二者安装在屏蔽外壳(15)内。
7.根据权利要求6所述的一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，其特征在于：所述带通滤波器(17)主要由电容电阻构成，所述放大模块(16)的放大倍数不低于10倍，带通滤波器通带低频截止频率不低于30MHz，不高于100MHz，高频截止频率不低于2GHz，不高于5GHz。
8.根据权利要求1所述的一种用于高压开关柜的局部放电在线监测的便携装置，其特征在于：所述数据采集和处理模块(300)主要由数据采集卡(18)和处理模块(19)组成。
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