CN105738781A - 1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，涉及电子技术领域。它是为了解决现有1000kV气体绝缘组合电器设备局部放电缺陷检测手段单一，精度低等问题。检测系统首先通过信号调理电路对探头采集到的高频放电信号进行处理，然后将信息送到以TMS320单片机为控制核心的信息采集处理单元，最后通过上位机软件来显示最终结果。本发明提供的1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，适用于常用的1000kV气体绝缘组合电器局部放电缺陷检测领域。

Description

1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统

技术领域

本发明涉及一种特高压设备局部放电检测方法技术领域，尤其是涉及一种1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统。

背景技术

气体绝缘组合电器是将断路器、隔离开关、接地开关、母线等多种设备全部封闭在充满六氟化硫气体金属外壳中的组合式开关电器，气体绝缘组合电器是高压输变电工程中的关键设备，一旦出现故障，将可能造成电网重大事故发生。绝缘降低是气体绝缘组合电器设备故障的主要原因，对气体绝缘组合电器进行在线局部放电检测可有效掌握气体绝缘组合电器内部绝缘状况，预防气体绝缘组合电器故障跳闸造成电网事故。气体绝缘组合电器内局部放电发生时，由于电荷转移产生ns级的电流脉冲和多种频率的电磁信号。

申请号为201410049395.4的专利公开一种适用于特高压换流变压器绕组内部局部放电定位方法及装置，按数据流向连接顺序依次包括：DFB激光器、光纤起偏器集成模块、单相三柱并联结构传播电路、光纤检偏器集成模块、PIN光电探测器及处理模块、16通道局部放电同步检测系统、特高压换流变压器绕组内部局部放电定位系统；在单相三柱并联结构传播电路中内置16个光纤电流传感单元，获取局部放电信号比例关系，并分析与外接阀侧套管、网侧套管和铁心接地的局部放电信号的关联特征，实现换流变压器现场局部放电试验中干扰信号的辨识及多柱并联网侧及阀侧放电源的定位。可有效地判别设备绝缘状况，为专家综合评估特高压换流变性能提供依据。

申请号为201510106402.4的专利公开一种交流特高压主变调变联合局部放电试验系统，包括变频电源、试验变压器、补偿电抗器、电容分压器、局部放电检测系统、以及调压补偿变压器和交流特高压主体变压器，变频电源的输出端与试验变压器的低压侧连接，试验变压器的高压侧与调压补偿变压器的低压侧连接，调压补偿变压器的高压侧与交流特高压主体变压器的低压侧连接，在试验变压器和调压补偿变压器之间并联补偿电抗器和电容分压器，在交流特高压主体变压器和调压补偿变压器上均装有局部放电检测系统。

申请号为201010238058.1的专利公开一种特高压换流变压器现场局部放电试验方法,其特征在于:通过包括由变频电源(1)、试验变压器(2)、电容分压器(3)、补偿电抗器(4)、局部放电检测系统(6)、超声定位系统(7)、紫外成像系统(8)、宽频带局放在线检测系统(9),以及试验对象特高压换流变压器(5)组成的试验测试系统,采用对称加压及干扰识别的方法,对试验对象特高压换流变压器进行现场局部放电试验。

然而，针对特高压的具体情况，会出现不同的局限性，所以本发明通过分析局部放电产生时的电磁信号，结合当前电子信息技术的具体情况，提出一种1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统整体设计方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，解决了现有1000kV气体绝缘组合电器局部放电缺陷检测手段单一，精度低的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，包括采集前端、数据处理端和检测终端，所述采集前端通过所述数据处理端与所述检测终端连接；所述采集前端包括特高频传感器以及与其连接的特高频天线，所述数据处理端包括放大模块、滤波模块及检波模块，所述检测终端包括上位机以及与其通过网络接口连接的数字信号处理器。

进一步地，所述特高频传感器设置在1000kV气体绝缘组合电器的盆式绝缘子上，所述特高频天线与所述盆式绝缘子对应安装。

进一步地，所述特高频天线外部设置金属屏蔽壳，用来屏蔽空间电磁干扰。

进一步地，所述特高频天线的带宽为340MHz~440MHz，灵敏度大于-80dB。

进一步地，所述放大模块包括LAN前置放大器；所述滤波模块包括HPF滤波电路，通过切比雪夫逼近方法对局部放电信号进行高通滤波处理；所述检波模块包括多级对数检波放大器，对以幅值和相位为主的信息进行包络提取及放大后，可以将射频信号精确的变换为分贝输出。

进一步地，所述数字信号处理器包括数据采集卡以及分别与其连接的逻辑控制模块、模数转换模块，所述逻辑控制模块包括PLC控制单元，控制不同信号的分步采集，所述模数转换模块对采样信号进行模数转换。

进一步地，所述上位机包括安装客户端软件的PC机控制端，所述客户端软件运用专家系统进行数据分析处理，综合控制实现同时对多路特高频信号的同步采集、传输、滤波、检波、分析、报警、放电类型识别、放电位置定位、放电趋势分析、二维和三维图表显示打印的功能。

进一步地，所述检测系统的运行原理为：1）在1000kV气体绝缘组合电器盆式绝缘子上装设特高频传感器，实时采集气体绝缘组合电器放电信号；2）采样信号经UHF放大电路，再经过高通滤波和检波整形电路，将得到单极性宽脉冲信号最终送到检测终端进行处理；3）将处理后数据通过网络接口传送至上位机，由客户端软件进行分析处理，并提供显示、打印及远传。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，能够识别不同类型的GIS绝缘故障，在进行三相GIS系统识别时，可以通过特高频传感器以及所对应的特高频天线，对电磁脉冲信息进行多路采集，进而通过放大模块、滤波模块及检波模块对信号进行处理，功率损耗较小，不会产生非线性失真现象；同时，为了防止干扰，使信号传输不失真，处理信号可以通过光中继站和中央控制室机柜实现光电隔离传输，并最终输出至高速数据采集卡进行数据处理，对金属突出物缺陷引起的局部放电检测效果最为明显，并可以实现显示、打印及信息远传，工程实际应用效果良好，值得广泛推广与使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明实施例中特高频天线频率为400MHz时的方向图。

图3是本发明放大模块的模块电路图。

图4是本发明滤波模块的模块电路图。

图5是本发明检波模块的模块电路图。

图6是本发明检测终端的系统框图。

图7是本发明的运行原理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，包括采集前端、数据处理端和检测终端，所述采集前端通过所述数据处理端与所述检测终端连接；所述采集前端包括特高频传感器以及与其连接的特高频天线，所述数据处理端包括放大模块、滤波模块及检波模块，为了防止干扰，使信号传输不失真，处理信号可以通过光中继站和中央控制室机柜实现光电隔离传输，并最终输出至检测终端进行数据处理，所述检测终端包括上位机以及与其通过网络接口连接的数字信号处理器。

在实际操作中，检测系统运用模式采用66路并行模式，使用电源为AC220V，功率为500W，电源线是用二通道的Ф3.5插头对接的；检测系统通道数为48个通道，光中继站的光缆采用ST头与特高频传感器对接的，检测系统采用中心频率400MHz外置微带天线，如图2所示，时，微带天线方向性最好，天线正对GIS盆式绝缘子安装，外部加以金属封闭，以屏蔽空间电磁干扰

在实际操作中，局部放电产生的特高频信号，通常由盆式绝缘子处传播至天线，不仅信号比较弱，而且需要剔除现场噪音及电磁干扰因素。采用以μPC8211芯片为核心的放大电路，电源为3V时，其噪音为1.3dB，增益为18.5dB，功率损耗也比较小，不会产生非线性失真现象，其原理图如图3所示。

在实际操作中，局部放电发生会产生300MHz～3GHz电磁波，而通常干扰信号在500MHz以下，因此需要对探头检测的局部放电信号进行高通滤波处理。采用切比雪夫逼近方法，本系统首先确定低通原型，然后低通转高通设计了五阶切比雪夫滤波器，输入阻抗50欧，输出阻抗50欧，通过对滤波器参数S的设计和仿真优化，最终得到滤波器端口1反射波与入射波的比值在通带500MHz处端口反射系是-11.6dB（<-10dB），能够满足要求，其原理如图4所示。

在实际操作中，经过滤波后的信号，运用ADL5513多级对数检波放大器（频带0.1-4GHz、动态范围：80dB±3.0dB、采用3V电压时功耗30mA），对以幅值和相位为主的信息进行包络提取及放大后，可以将射频信号精确的变换为分贝输出，有助于对气体绝缘组合电器故障类型识别提供有效信息，减少了后续数据采集系统的处理量，其原理如图5所示。

在实际操作中，基于数字信号处理器（DSP）和逻辑控制模块（CPLD）的多通道分布式高速数据采集系统，能够实现同时采集现场多个特高频传感器检测到的数据。在逻辑控制模块的作用下,数字信号处理器主要来控制不同信号的采集，以及模数转换模块（A/D）进行采样和模数转换。各模数采集卡中的数据由数字信号处理器读取并存储在RAM中，去除电磁干扰和取样分析工作也在数字信号处理器中完成，最后将处理后数据通过网络接口传送至上位机，其原理如图6所示。

在实际操作中，客户端软件采用labview(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)进行编程，综合控制整个系统的运行流程，运用专家系统进行数据分析处理，综合运用数字滤波、动态阈值等抗干扰方法，来消除或抑制电磁干扰，能够实现同时对多路特高频信号的同步采集、传输、滤波、检波、分析、报警、放电类型识别、放电位置定位、放电趋势分析、二维（Q-φ，N-φ，N-Q）和三维（N-Q-φ）图表显示打印等功能，其结构流程图如图7所示。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，包括采集前端、数据处理端和检测终端，所述采集前端通过所述数据处理端与所述检测终端连接，其特征在于：所述采集前端包括特高频传感器以及与其连接的特高频天线，所述数据处理端包括放大模块、滤波模块及检波模块，所述检测终端包括上位机以及与其通过网络接口连接的数字信号处理器。

2.如权利要求1所述的1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，其特征在于：所述特高频传感器设置在1000kV气体绝缘组合电器的盆式绝缘子上，所述特高频天线与所述盆式绝缘子对应安装。

3.如权利要求1或2所述的1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，其特征在于：所述特高频天线外部设置金属屏蔽壳，用来屏蔽空间电磁干扰。

4.如权利要求3所述的1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，其特征在于：所述特高频天线的带宽为340MHz~440MHz，灵敏度大于-80dB。

5.如权利要求1所述的1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，其特征在于：所述放大模块包括LAN前置放大器；所述滤波模块包括HPF滤波电路，通过切比雪夫逼近方法对局部放电信号进行高通滤波处理；所述检波模块包括多级对数检波放大器，对以幅值和相位为主的信息进行包络提取及放大后，可以将射频信号精确的变换为分贝输出。

6.如权利要求5所述的1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，其特征在于：所述数字信号处理器包括数据采集卡以及分别与其连接的逻辑控制模块、模数转换模块，所述逻辑控制模块包括PLC控制单元，控制不同信号的分步采集，所述模数转换模块对采样信号进行模数转换。

7.如权利要求6所述的1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，其特征在于：所述上位机包括安装客户端软件的PC机控制端，所述客户端软件运用专家系统进行数据分析处理，综合控制实现同时对多路特高频信号的同步采集、传输、滤波、检波、分析、报警、放电类型识别、放电位置定位、放电趋势分析、二维和三维图表显示打印的功能。

8.如权利要求7所述的1000kV气体绝缘组合电器特高频局部放电检测系统，其特征在于：所述检测系统的运行原理为：1）在1000kV气体绝缘组合电器盆式绝缘子上装设特高频传感器，实时采集气体绝缘组合电器放电信号；2）采样信号经UHF放大电路，再经过高通滤波和检波整形电路，将得到单极性宽脉冲信号最终送到检测终端进行处理；3）将处理后数据通过网络接口传送至上位机，由客户端软件进行分析处理，并提供显示、打印及远传。