CN105510782A - 一种紫外法和超高频法的开关柜局部放电智能在线监测系统 - Google Patents

一种紫外法和超高频法的开关柜局部放电智能在线监测系统 Download PDF

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李卫国
李志超
阳以歆
贾国滨
陈艳
欧阳洁
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials

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Abstract

本发明提供了一种紫外法和超高频法的开关柜局部放电智能在线监测系统。本发明包括传感器网络节点、数据接收器和服务器。各模块之间的关系为：传感器安装在各开关柜内，组成ZigBee网络，ZigBee传感器节点进行数据采集、信号处理、无线通信操作，将开关柜内采集到的放电信息传送到数据接收器。数据接收器将数据一路进行缓存处理再转发给服务器，一路进行分析计算处理，发现异常时实现报警。服务器与外部网络连接，实现开关柜状态的远程、实时、动态监测整套系统全天候工作。该系统采用的传感器具有功耗低、可靠性高、灵敏度高、线性度好、安装方便以及造价成本低的优点。该系统能够远程、智能、实时、动态监测开关柜局部放电发生的情况。

Description

一种紫外法和超高频法的开关柜局部放电智能在线监测系统
技术领域
本发明属于电学检测技术领域，具体涉及一种紫外法和超高频法的开关柜局部放电智能在线监测系统。
背景技术
高压开关柜广泛应用于电网的每一个环节,它的安全运行直接关系到整个电网的安全和电力系统对用户的供电质量,是电力系统中最重要的电气设备之一。传统的高压开关柜内故障检测必须在停电状态下进行或采取人工巡视的方式,停电检修不但造成设备可用率和用户供电可靠性的下降,而且只能周期性的进行,在周期间隔,设备处于失修、失控状态,一旦出现故障,不能及时处理。另外,开关柜作为封闭式设备,若柜内设备出现异常,就算运行人员定期巡视也很难发现,难以达到及时掌握设备缺陷的要求。因此,非常有必要采取一种实时在线的技术对高压开关柜进行监测。
高压开关柜内部设备众多,排列越来越紧凑,绝缘裕度较小,尤其是在夏季空气比较闷热潮湿的南方,设备表面引发爬电。在长期的运行过程中,经过电的、热的、化学的作用绝缘慢慢出现老化或劣化,导致电气绝缘强度降低,甚至发生故障。事故统计表明,近年来的许多绝缘故障主要由局部放电所导致。开关柜内部金属构件在制造工艺中或安装运行中潜伏的缺陷,在长期高电压、高温、潮湿、振动等的作用下,也容易引发局部放电。局部放电的检测和评价作为绝缘状况监测的重要手段,可以动态反映电气设备的绝缘状况,并实现对设备绝缘潜伏性故障的早期预警,通过对检测结果的分析和处理有效避免灾难性事故的发生。
开关柜内设备发生局部放电时，在放电通道产生电流脉冲，动态电场产生磁场，动态磁场再产生电场，由于电流脉冲上升时间和持续时间都只有几个ns，因而激发出的电磁波频率高达300MHz～3GHz。UHF法是近几年出现的一种新的进行局部放电检测方法。开关柜发生局部放电时，伴随光的辐射，其中就有紫外光。近年利用紫外光敏管来感应放电产生的紫外光，由广电效应输出脉冲信号，然后与预设的阈值相比较，获得脉冲的数目，再分析脉冲数目的密集程度来判断放电的强弱，该方法是非接触式检测，不影响系统的运行状态，与设备的一次回路完全隔离，抗干扰能力强。
发明内容
本发明提供了一种紫外法和超高频法的开关柜局部放电智能在线监测系统。本系统包括传感器网络节点、数据接收器和服务器。各部分的作用及关系为：
传感器安装在各开关柜内，组成ZigBee网络，ZigBee传感器节点进行数据采集、信号处理、无线通信操作，将开关柜内采集到的放电信息传送到数据接收器。数据接收器将数据一路进行缓存处理再转发给服务器，一路进行分析计算处理，发现异常时实现报警。服务器与外部网络连接，实现开关柜状态的远程、实时、动态监测整套系统全天候工作。
所述传感器节点由电源模块、无线通信模块、UV传感器及调理单元、UHF传感器及调理单元、处理器组成。
所述的UHF传感器及调理单元由天线、放大单元、滤波单元、检波单元、参考通道单元、锁相放大单元组成。
所述的UV传感器及调理单元由紫外光电转换单元、高压驱动单元、I/U转换单元、脉冲放大单元、脉冲甄别单元。
所述的无线通讯模块由天线和射频前端收发器组成。
所述的数据接收器主要包括无线通信模块、处理器模块、存储器模块、触摸液晶晶显示屏、蜂鸣器报警组件、网络通信接口电路。
所述的无线通讯模块由天线和射频前端收发器组成。
所述的处理器模块采用ARM嵌入式处理器。
所述触摸液晶显示屏采用福瑞达生产的7.0寸TFT彩色触摸屏，分辨率为800×480。
与现有技术对比，本发明的有益效果为：
紫外脉冲法可靠性高，抗干扰能力最强，故障判定依据简单，准确率高，对检测表面放电和电晕放电比较有效。超高频法能探测到绝缘的内部放电，超高频信号传播过程中发生反射、绕射、透射现象以致于不会被完全遮挡。结合这两种技术，可以发挥各自的长处，填补各自的短处，实现综合检测。传感器装置，具有低成本、低误报率、便于安装等特点，并可以将此装置开发成开关柜局部放电智能在线监测系统，从而实现对开关柜状态全面、实时的远程监控。
附图说明
图1为开关柜局部放电在线监测系统总框图。
图2为传感器节点硬件结构框图。
图3为UHF传感器及调理单元框图。
图4为UV传感器及调理单元框图。
图5为数据接收器硬件结构框图。
具体实施方式
本发明提供了一种紫外法和超高频法的开关柜局部放电智能在线监测系统。下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1为开关柜局部放电在线监测系统总框图，本系统包括传感器网络节点、数据接收器和服务器三部分。传感器安装在各开关柜内，组成ZigBee网络，ZigBee传感器节点进行数据采集、信号处理、无线通信操作，将开关柜内采集到的放电信息传送到数据接收器。数据接收器将数据一路进行缓存处理再转发给服务器，一路进行分析计算处理，发现异常时实现报警。服务器与外部网络连接，实现开关柜状态的远程、实时、动态监测整套系统全天候工作。
如图2为传感器节点硬件结构框图，传感器节点电源模块、无线通信模块、UV传感器及调理单元、UHF传感器及调理单元、处理器组成。电源模块为无线通信模块、UV传感器及调理单元、UHF传感器及调理单元、处理器供电。UV传感器采集紫外脉冲信号进行调理并传到处理器，UHF传感器采集超高频信号进行调理并传到处理器，处理器整合两种信号并通过无线通讯模块传给外部的数据接收器。
如图3为UHF传感器及调理单元框图，UHF传感器及调理单元由天线、放大单元、滤波单元、检波单元、参考通道单元、锁相放大单元组成。外置天线负责探测故障产生的超高频脉冲电磁波，放大单元对局部放电信号进行放大，滤波单元对局部放电信号进行滤波，滤除空气中存在的电晕等干扰信号。检波单元从高频载波信号中取出低频的调制信号，滤除信号的超高频分量，仅保留信号的包络峰值和峰值对应的相位。锁相放大单元将输入信号和参考信号经过锁相放大单元经过乘法运算和低通滤波得到直流分量局部放电信号。
如图4为UV传感器及调理单元框图，UV传感器及调理单元由紫外光电转换单元、高压驱动单元、I/U转换单元、脉冲放大单元、脉冲甄别单元。本设计采用高灵敏度日盲型紫外光敏管R2868，将紫外线光转化成光电流，高压驱动电路采用325V工作电压，、I/U转换单元将脉冲电流转换成脉冲电压输出，脉冲放大单元对局部放电信号进行放大处理，脉冲甄别单元对有用脉冲信号进行计数。
如图5为数据接收器硬件结构框图。在整个ZigBee网络中,数据接收器处于协调器的位置,负责接收各个传感器传送出来的数据,同时通过控制命令指导各个传感器的数据采集等工作。数据接收器通过软件设计,对数据进行分析计算,通过与预设阈值比较判断是否发生放电,若发现异常,则显示异常传感器位置和数据等信息并蜂鸣器鸣警。它还具有历史数据查询、系统设置等功能。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种紫外法和超高频法的开关柜局部放电智能在线监测系统，其特征在于，本系统包括硬件部分和软件部分,本系统硬件部分包括传感器网络节点、数据接收器和服务器,各部分的作用及关系为：
传感器安装在各开关柜内，组成ZigBee网络，ZigBee传感器节点进行数据采集、信号处理、无线通信操作，将开关柜内采集到的放电信息传送到数据接收器;数据接收器将数据一路进行缓存处理再转发给服务器，一路进行分析计算处理，发现异常时实现报警,服务器与外部网络连接，实现开关柜状态的远程、实时、动态监测整套系统全天候工作。
2.根据权利要求1所述的一种紫外法和超高频法的开关柜局部放电智能在线监测系统，其特征在于：所述传感器节点由电源模块、无线通信模块、UV传感器及调理单元、UHF传感器及调理单元、处理器组成。
3.根据权利要求2所述的传感器节点，其特征在于：其所述的UHF传感器及调理单元由天线、放大单元、滤波单元、检波单元、参考通道单元、锁相放大单元组成。
4.根据权利要求2所述的传感器节点，其特征在于：其所述的UV传感器及调理单元由紫外光电转换单元、高压驱动单元、I/U转换单元、脉冲放大单元、脉冲甄别单元。
5.根据权利要求2所述的传感器节点，其特征在于：其所述的无线通讯模块由天线和射频前端收发器组成。
6.根据权利要求1所述的一种紫外法和超高频法的开关柜局部放电智能在线监测系统，其特征在于：其所述的数据接收器主要包括无线通信模块、处理器模块、存储器模块、触摸液晶晶显示屏、蜂鸣器报警组件、网络通信接口电路。
7.根据权利要求7所述的数据接收器，其特征在于：其所述的无线通讯模块由天线和射频前端收发器组成。
8.根据权利要求7所述的数据接收器，其特征在于：其所述的处理器模块采用ARM嵌入式处理器。
9.根据权利要求7所述的数据接收器，其特征在于：其所述触摸液晶显示屏采用福瑞达生产的7.0寸TFT彩色触摸屏，分辨率为800×480。
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