CN106324448A - 一种适用于高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器，该变送器可将采集到的局部放电信号转换成数字信号，并将数字化后的局部放电数据以无线方式传输给中心枢纽。变送器整体功耗小于1W，采用可充电锂电池供电，一次完全充电后可供变送器连续工作三个月以上。另外本变送器体积小，重量轻，采用磁吸附的安装方式组网灵活且具有很强的抗干扰能力。

Description

一种适用于高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器

技术领域

本发明提供一种适用于高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器。适用于高压开关柜局部放电在线监测。

背景技术

中高压开关类设备是电力系统的主要组成部分，一旦出现故障，后果将不堪设想。统计数据显示，在中高压开关设备出现的所有故障中，80％左右的故障属于绝缘故障。随着电力设备容量等级的不断提高，局部放电已经成为中高压开关类设备绝缘劣化的重要原因。因此，及时准确地测出中高压开关设备内部局部放电量并排除系统潜在的故障具有重要的意义。

目前对中高压开关类设备的局部放电检测主要还是进行的日常巡检，由于中高压开关类设备的数量较大，因此存在巡检任务繁重、巡检时间间隔长、结果判断依据主观，对设备的运行状态和绝缘状况不能做出宏观、统一的评估。为了解决上述问题，中高压开关类设备局放连续在线监测系统应运而生。系统通常配有一个中心枢纽，一系列分布式的测量节点，每一个节点通常会配有瞬态地电压(TEV，Transient Earth Voltage，TEV)^①、超声波和高频电流传感器(High Frequency Current Transformer，HFCT)等多种非嵌入式的局部放电传感器，节点数量可多达200多个。这些监测节点可以24小时连续工作，并通过同轴电缆将测试数据传到服务器，再使用后台软件进行统计分析及处理。这种方法存在系统复杂度高，现场布线困难，组网灵活性差，安装成本高等不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种适用于高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器，该变送器可将采集到的局部放电信号转换成数字信号，并将数字化后的局部放电数据以无线方式传输给中心枢纽。变送器整体功耗小于1W，采用可充电锂电池供电，一次完全充电后可供变送器连续工作三个月以上。另外本变送器体积小，重量轻，采用磁吸附的安装方式组网灵活且具有很强的抗干扰能力。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，适用于高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器，包括传感器、信号处理模块、模数转模块、ARM处理器、时钟同步单元、外部扩展存储单元、电源模块以及无线通信模块。所述传感器主要作用是将高压开关设备发生局部放电活动时伴随产生的电脉冲、电磁幅射、介质损耗、光、局部过热以及声波等信号转换成电信号再传送到信号处理模块进行处理。所述的信号处理模块主要作用是对传感器采集回来的原始信号进行预处理，使其更容易地被模数转换模块识别并具有更明显的局部放电特征。所述模数转换模块作用是将处理后的局部放电信号进行数字化并传输到ARM处理器进行进一步处理。所述的ARM处理器主要作用是接收模数转换模块传输回来的局部放电数据并进行进一步处理，读取当前整个系统时钟，将局部放电数据进行打包并传送到无线通信模块。所述的无线通信模块的作用是将采集回来的局部放电信号以无线传输的方式传送到中心枢纽中进行进一步分析处理。

本发明主要包括传感器、信号处理模块、模数转模块、ARM处理器、时钟同步单元、外部扩展存储单元、电源模块以及无线通信模块。传感器与信号处理模块相联，信号处理模块与模数转换模块相联，ARM处理器与模数转换模块、时钟同步单元、外部扩展存储单元、无线通信模块连接，另外时钟同步单元另一端则与无线通信模块连接，电源模块为各功能模块提供工作电源。

所述传感器可以是压电陶瓷式的超声波传感器，也可以是电容式的瞬态地电压传感器，也可以是高频电流传感器。

所述的信号处理模块只包括差分放大电路，相较于传统的局部放电采集手持设备，将原来带通滤波器、全波整流电路、低通滤波电路以及局放量量化电路的功能由ARM处理器进行处理，从而大大简化了电路的复杂程度，提高了电路运行的稳定度以及降低了系统功耗。

所述的ARM处理器主要作用是协调控制接收模数转换模块传输回来的局部放电数据并进行分析量化、相位匹配后储存到扩展储存单元中，读取从中心枢纽发送回来的当前整个变送器网络系统时钟，接收到中心枢纽局放检测任务后唤醒并进行局部放电信号采集，将局部放电数据进行打包并发送到无线通信模块，其余时间处于低功耗模式，间歇工作的模式最大限度地减少了系统工作时间，从而降低了系统的整体功耗。

所述的无线通信模块采用Dust Networks的SmartMesh产品，符合WIrelessHART/IEC62591和802.15.4标准，约每分钟每节点一个时钟同步数据包，用于自动地分配带宽以进行计时和管理器通信，采用在2.4G至2.485G频段中进行通道跳频技术，减轻多径衰落和干扰的影响。

本发明的有益效果是：基于变送器网内的时间同步，预先排定了发送-接收对，使网内的所有节点都知道何时需进行局部放电采集，在无需浪费能量进行网络监听的同时，实现间歇工作的模式，最大限度地减少了系统工作时间，从而降低了系统的整体功耗，使电池供电长时间工作成为可能。同时采用无线传输进行数据交互的物联方案，解决了有线组网系统复杂度高，现场布线困难，组网灵活性差，安装成本高等问题。

将传感器采集到的局部放电信号进行预处理和数字化编码后再传送到信道中进行传输，可有效抑制高压系统干扰、空间电磁耦合干扰、低压和配电系统干扰以及地线干扰等现场普遍存在的干扰。大大提升了信号传输的可靠性。

附图说明

图1为适用于高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器系统框架图

具体实施方式

该适用于高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器通过下述方案实现，首先根据高压开关柜局部放电在线监测的需求选择不同传感器类型的局部放电信号变送器，通过磁吸附的方式固定在需要监测的高压开关柜的相应位置上。在放置高压开关柜的变电房的控制室中放置中心枢纽，并将中心枢纽连接到中心控制计算机上，中心枢纽会自动扫描处于通信范围内的变送器节点，并准确区分变送器传感器类型后型成变 送器列表。在中心控制计算机上控制中心枢纽输入各变送器的布置位置信息以及各变送器触发采集的条件，各变送器节点即可跟据设置进行局放数据采集，并将数据汇总回传到中心枢纽中，用户通过中心控制计算机可以对布置在运行中的高压开关柜上的各个变送器的状况进行在线监测。该技术通过对多个变送器的局部放电数据的实时采集、分析和处理，以实现对高压开关柜运行状态的实时监测，从而为管理、技术人员提供决策服务和技术支持。

Claims (4)

1.一种适用于高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器，该变送器可将采集到的局部放电信号转换成数字信号，并将数字化后的局部放电数据以无线方式传输给中心枢纽。变送器整体功耗小于1W，采用可充电锂电池供电，一次完全充电后可供变送器连续工作三个月以上。另外本变送器体积小，重量轻，采用磁吸附的安装方式组网灵活且具有很强的抗干扰能力；

适用于高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器，包括传感器、信号处理模块、模数转模块、ARM处理器、时钟同步单元、外部扩展存储单元、电源模块以及无线通信模块。所述传感器主要作用是将高压开关设备发生局部放电活动时伴随产生的电脉冲、电磁幅射、介质损耗、光、局部过热以及声波信号转换成电信号再传送到信号处理模块进行处理，所述的信号处理模块主要作用是对传感器采集回来的原始信号进行预处理，使其更容易地被模数转换模块识别并具有更明显的局部放电特征；所述模数转换模块作用是将处理后的局部放电信号进行数字化并传输到ARM处理器进行进一步处理；所述的ARM处理器主要作用是接收模数转换模块传输回来的局部放电数据并进行进一步处理，读取当前整个系统时钟，将局部放电数据进行打包并传送到无线通信模块；所述的无线通信模块的作用是将采集回来的局部放电信号以无线传输的方式传送到中心枢纽中进行进一步分析处理；

传感器与信号处理模块相联，信号处理模块与模数转换模块相联，ARM处理器与模数转换模块、时钟同步单元、外部扩展存储单元、无线通信模块连接，另外时钟同步单元另一端则与无线通信模块连接，电源模块为各功能模块提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器，所述传感器可以是压电陶瓷式的超声波传感器，也可以是电容式的瞬态地电压传感器，也可以是高频电流传感器。

3.根据权利要求1所述的高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器，所述的信号处理模块只包括差分放大电路，相较于传统的局部放电采集手持设备，将原来带通滤波器、全波整流电路、低通滤波电路以及局放量量化电路的功能由ARM处理器进行处理，从而大大简化了电路的复杂程度，提高了电路运行的稳定度以及降低了系统功耗。

4.根据权利要求1所述的高压开关柜局部放电在线监测的信号变送器，所述的ARM处理器主要作用是协调控制接收模数转换模块传输回来的局部放电数据并进行分析量化、相位匹配后储存到扩展储存单元中，读取从中心枢纽发送回来的当前整个变送器网络系统时钟，接收到中心枢纽局放检测任务后唤醒并进行局部放电信号采集，将局部放电数据进行打包并发送到无线通信模块，其余时间处于低功耗模式，间歇工作的模式最大限度地减少了系统工作时间，从而降低了系统的整体功耗。