CN106405342A - 用于多导程分析的局部放电检测继电器矩阵 - Google Patents

用于多导程分析的局部放电检测继电器矩阵 Download PDF

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CN106405342A CN201610620767.3A CN201610620767A CN106405342A CN 106405342 A CN106405342 A CN 106405342A CN 201610620767 A CN201610620767 A CN 201610620767A CN 106405342 A CN106405342 A CN 106405342A
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Abstract

用于检测在装置中的局部放电的系统和方法。所述系统包括冲击放电屏和继电器矩阵。所述继电器矩阵包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器连接至所述冲击放电屏、所述第二继电器连接至所述第一继电器、所述装置的第一相位、和所述继电器矩阵的接地端。当所述第二继电器处于第一位置时，来自所述冲击放电屏的第一电脉冲经过所述第一继电器和第二继电器到达所述装置的第一相位。当所述第二继电器处于第二位置时，所述装置的第一相位连接至接地端。所述系统进一步包括局部放电检测屏，所述局部放电检测屏连接至所述冲击放电屏、所述第一继电器，或者与两者均连接。所述局部放电检测屏测量来自所述装置的反射电脉冲。

Description

用于多导程分析的局部放电检测继电器矩阵
背景技术
局部放电(Partial discharge)指的是当绝缘系统处于高电压的作用下时，装置(例如电机)的电绝缘系统中局部的介质击穿(localized dielectric breakdown)。所述击穿由绝缘系统中的一个或者一个以上裂纹、空穴、或者夹杂物产生。局部放电对所述装置产生小的但是影响重大的损伤，预示着所述绝缘系统开始失效，这有可能在未来将导致灾难性的损害。正因如此，最好能够检测到局部放电，以便在这样的损害发生之前，就可以对绝缘系统进行维修或者更换。
发明内容
本发明的实施例能提供一种用于检测局部放电的系统。所述系统包括冲击放电屏(impulse discharge board)，和继电器矩阵(relay matrix)。所述继电器矩阵包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器连接至所述冲击放电屏、所述第二继电器连接至所述第一继电器、所述装置的第一相位、和所述继电器矩阵的接地端。当所述第二继电器处于第一位置时，来自所述冲击放电屏的第一电脉冲经过所述第一继电器和第二继电器到达所述装置的第一相位。当所述第二继电器处于第二位置时，所述装置的第一相位连接至接地端。所述系统进一步包括局部放电检测屏(partial discharge detection board)，所述局部放电检测屏连接至所述冲击放电屏、所述第一继电器，或者与两者均连接。所述局部放电检测屏测量来自所述装置的反射电脉冲。
本发明的实施例还能提供一种包括第一继电器的继电器矩阵。所述第一继电器包括配置成连接至第一电压源的第一连接端，配置成连接至第二电压源的第二连接端，第三连接端，以及开关，所述开关配置成：当所述开关处于第一位置时连接所述第一继电器的第一和第三连接端，当所述开关处于第二位置时连接所述第一继电器的第二和第三连接端。所述继电器矩阵进一步包括第二继电器。所述第二继电器包括连接至所述第一继电器的第三连接端的第一连接端，接地的第二连接端，配置成连接到装置的第一相位的第三连接端，以及开关，所述开关配置成：当所述开关处于第一位置时连接所述第二继电器的第一和第三连接端，当所述开关处于第二位置时连接所述基第二继电器的第二和第三连接端。
本发明的实施例能进一步提供一种用于检测设备中局部放电的方法。所述方法包括切换继电器矩阵以将冲击放电屏连接至装置的第一相位，以及传输来自所述冲击放电屏的第一电脉冲，通过继电器矩阵，到达所述装置的第一相位。所述第一电脉冲从所述装置反射离开，产生第一反射电脉冲。所述方法还能利用检测屏测量所述第一反射电脉冲，以及切换所述继电器矩阵以将所述冲击放电屏连接至所述装置的第二相位。
附图说明
随附的图并入该说明书中并构成该说明书的一部分，阐述本教导的实施例，并与说明书一起帮助解释本教导的原理。在所述的图中：
图1展示了按照实施例的检测局部放电的系统示意图。
图2展示了按照实施例的检测局部放电的方法流程图。
应当注意到，附图的一些细节已经被简化，并被绘制成为用于容易地理解实施例，而非保留严格的结构精度、细节、以及比例。
具体实施方式
现在在本教导实施例的方案中给出详细的介绍，所述教导的示例在随附的图中进行阐释。在图中，为了方便，同样的参考数字始终用于表示相同的元件。在以下的说明书中，介绍了构成说明书一部分的附图，以及，一个或者一个以上详细的示例实施方式，在其中以图释的方式进行展示，本教导能在以上详细的示例实施方式中实施。
更进一步地，尽管本发明提出的宽泛范围的数值区间和参数设定为近似值，在详细的示例中提出的数值却是尽可能详细地记载。然而，任何数值固有地包含一定的不可避免的误差，所述误差由各自试验测定中发现的标准偏差产生。此外，所有这里公开的范围理解为包含其中任何一个以及所有的、包含在该范围中的子范围(sub-range)。
图1展示了按照实施例的检测局部放电的系统100示意图。所述系统100包括待测试装置110。更详细地，所述装置包括待局部放电测试的电绝缘体。所述装置110包括完全装配好的电机(转子处于适当位置)、为了预防性维护(preventative maintenance)已将转子移出的定子、处于质量检测的新电机、单一形式(single-form)的绕组线圈(该线圈为耐受高电压而设计)、直流间极(DC Interpoles)、或者前面的任意组合。所述装置100包括三个导体(conductor)112、114、116。每个导体112、114、116对应于不同的电气相位(electricalphase)，所述相位彼此相差120度。所述装置110还包括接地端118(ground connection)。
所述系统100还包括继电器矩阵(relay matrix)120，所述继电器矩阵120连接至所述装置110。所述继电器矩阵120包括一个或者一个以上继电器(展示了四个：130、140、150、160)。第一继电器130包括第一连接端(connection)132，所述第一连接端132连接至冲击放电屏(impulse discharge board)170。所述冲击放电屏170配置成向第一继电器130提供高电压脉冲。所述脉冲具有从0V至50KV的电压和小于一百毫微秒(nanosecond)的持续时间，而脉冲反射持续至几百毫微秒(取决于线圈的特性)。
所述第一继电器130还包括第二连接端134，所述第二连接端连接至高电压屏(high potential board，缩写为HIPOT，也被称为：“高压屏”、“高压盘”或者“高压柜”)板180。所述高电压屏180配置成向第一继电器130提供持续时间更长的高电压，例如，在低压下，测试持续至约20分钟。所述高压是约0V至15KV(取决于装置模式)，并且具有小于一百毫微秒的持续时间和持续至几百毫微秒的反射。
所述第一继电器130还包括第三连接端136，所述第三连接端136连接至第二继电器140、第三继电器150、和第四继电器160。所述第一继电器130进一步包括开关138，所述开关138切换于第一位置和第二位置之间。在所述第一位置，所述开关138连接第一连接端132和第三连接端136。从而，当开关处于第一位置时，所述冲击放电屏170连接至所述第二、第三、和第四继电器140、150、160。另外，当所述开关138处于第一位置时，所述高电压屏180与所述冲击放电屏170和所述第二、第三、和第四继电器140、150、160处断开。
当所述开关138处于第二位置时，所述开关138连接第二和第三连接端134、136。从而，当所述开关138位于第二位置时，所述高电压屏180连接至第二、第三、和第四继电器140、150、160。另外，当所述开关138处于第二位置时，所述冲击放电屏170与所述高电压屏180和所述第二、第三、和第四继电器140、150、160处断开。
所述第二继电器140包括第一连接端142，所述第一连接端142连接至所述第一继电器130。更详细地，所述第二继电器140的所述第一连接端142连接至所述第一继电器130的第三连接端136。所述第二继电器140还包括第二连接端144，所述第二连接端144连接至所述继电器矩阵120的接地端122。所述第二继电器140还包括第三连接端146，所述第三连接端146连接至所述装置110的第一连接端112(举例来说，第一相位)。
所述第二继电器140进一步包括开关148，所述开关148在第一位置和第二位置之间切换。在所述第一位置中，所述开关148连接第一和第三连接端142、146。从而当所述开关148处于第一位置时，所述第一继电器130连接至所述装置110。当所述开关148处于第二位置时，所述开关148连接所述第二和第三连接端144、146。从而，当所述开关148处于第二位置时，所述装置110的所述第一连接端114连接至所述继电器矩阵120的所述接地端122。
第三继电器150包括第一连接端152，所述第一连接端152连接至所述第一继电器130。更详细地，第三继电器150的所述第一连接端152连接至所述第一继电器130的第三连接端136。所述第三继电器150还包括第二连接端154，所述第二连接端154连接至所述继电器矩阵120的接地端122。所述第三继电器150还包括第三连接端156，所述第三连接端156连接至所述装置110的第二连接端114(举例来说，第二相位)。
所述第三继电器150进一步包括开关158，所述开关158在第一位置和第二位置之间切换。在所述第一位置中，所述开关158连接第一和第三连接端152、156。从而，当所述开关158处于第一位置时，所述第一继电器130连接至所述装置110。当所述开关158处于第二位置时，所述开关158连接所述第二和第三连接端154、156。从而，当所述开关158处于第二位置时，所述装置110的所述第二连接端114连接至所述继电器矩阵120的所述接地端122。
所述第四继电器160包括第一连接端162，所述第一连接端162连接至所述第一继电器130。更详细地，第四继电器160的所述第一连接端162连接至所述第一继电器130的第三连接端136。所述第四继电器160还包括第二连接端164，所述第二连接端164连接至所述继电器矩阵120的接地端122。所述第四继电器160还包括第三连接端166，所述第三连接端166连接至所述装置110的第三连接端116(举例来说，第二相位)。
所述第四继电器160进一步包括开关168，所述开关168在第一位置和第二位置之间切换。在所述第一位置中，所述开关168连接第一和第三连接端162、166。从而，当所述开关168处于第一位置时，所述第一继电器130连接至所述装置110。当所述开关168处于第二位置时，所述开关168连接所述第二和第三连接端164、166。从而，当所述开关168处于第二位置时，所述装置110的所述第三连接端116连接至所述继电器矩阵120的所述接地端122。
所述系统100还包括局部放电检测屏190，所述局部放电检测屏190连接至所述冲击放电屏170、所述第一继电器130(的所述第一连接端132)、或者与两者均连接。所述局部放电检测屏190包括一个或者一个以上电阻器(resistor，展示了两个：191、192)。所述电阻器191、192形成分压器(voltage divider)，所述局部放电检测屏190还包括一个或者一个以上运算放大器(operational amplifier，展示了一个193)、一个或者一个以上模数转换器(analog-to-digital converters，展示了一个：194)、一个或者一个以上现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate arrays，展示了一个：195)、以及连接至微控制器的总线196(举例来说，8位总线8bit bus)。如以下更多细节的描述，当装置110受到来自所述冲击放电屏170的电脉冲(electrical pulse)时，所述局部放电检测屏190能够接收并测量来自所述装置110的反射。
图2展示了按照实施例的检测局部放电的方法200的流程图。如在202处，所述继电器矩阵120切换为将冲击放电屏170连接至所述装置110的第一连接端112(例如，第一相位)。所述切换包括将第一继电器130切换至第一位置(举例来说，将所述冲击放电屏170连接至第二、第三、和第四继电器140、150、160)、将第二继电器140切换至第一位置(举例来说，将所述第一继电器130连接至所述装置110的第一相位)、以及将第三和第四继电器150、160切换至第二位置(举例来说，将所述装置110的第二和第三相位接地122)。
如在204处，一个或者一个以上的电脉冲随后从所述冲击放电屏170，经过所述继电器矩阵120，传输至所述装置110。更详细地，所述脉冲经过第一继电器130到第二、第三、和第四继电器140、150、160(举例来说，因为所述第一继电器130处于第一位置)。所述脉冲随后经过第二继电器140到所述装置110的所述第一连接端112(举例来说，因为第二继电器140处于第一位置)。没有脉冲经过所述第三和第四继电器150、160到所述装置110(举例来说，因为所述第三和第四继电器处于第二位置)。
当所述脉冲到达所述装置110后，所述脉冲反射离开所述装置110，经过所述第二继电器140，经过所述第一继电器130，并被所述局部放电检测屏190接收。如在206处，所述局部放电检测屏190为了某些事件(events)而测量被反射的脉冲，所述事件可以预示所述装置110的所述第一相位电绝缘体的局部放电。此处使用的“事件”指的是超出用户定义的幅值阈值(magnitude threshold)的样本。
来自所述冲击放电屏170所述脉冲的电压被提高，直到所述局部放电检测屏190测量到预定数量的、响应于单反射脉冲(single reflected pulse)而发生的所述事件(举例来说，五个事件)。该电压为局部放电发生的最低电压。该电压被引用为“起始电压(inception voltage)”。来自所述冲击放电屏170的脉冲的电压随后被提高，直到局部放电检测屏190测量到预定部分(举例来说，50％)的、具有预定数量所述事件(举例来说，五个事件)的反射脉冲。该电压被引用为“重复性起始电压(repetitive inception voltage)”。来自所述冲击放电屏170的脉冲的电压随后被提高，直到局部放电检测屏190测量到100％的具有预定数量所述事件(举例来说，五个事件)的反射脉冲。
来自所述冲击放电屏170的脉冲的电压随后被降低，直到局部放电检测屏190测量到预定部分(举例来说，50％)的、具有预定数量所述事件(举例来说，五个事件)的反射脉冲。该电压被引用为“重复性消失电压(repetitive extinction voltage)”。来自所述冲击放电屏170的脉冲的电压随后被降低，直到局部放电检测屏190测量到零个具有预定数量所述事件(举例来说，五个事件)的反射脉冲。该电压被引用为“消失电压(extinctionvoltage)”。
如在208处，所述继电器矩阵120随后被切换为将所述冲击放电屏170连接至所述装置110的所述第二连接端114(举例来说，第二相位)。所述切换包括切换所述第二继电器140至所述第二位置(举例来说，将所述装置110的第一相位接地)以切换所述第三继电器150至第一位置(举例来说，将所述冲击放电屏170连接至所述装置110的第二相位)。所述第一继电器130保持于第一位置(举例来说，将冲击放电屏170连接至第二、第三、和第四继电器140、150、160)，且第四继电器160保持于第二位置(举例来说，将所述装置110的第三相位接地)。
如在210处，电脉冲随后从冲击放电屏170被传输到所述装置110。更详细地，所述脉冲经过所述第一继电器130，到达第二、第三、和第四继电器140、150、160(举例来说，因为第一继电器130位于第一位置)。所述脉冲随后经过所述第三继电器150，到达所述装置110的第二连接端114(举例来说，因为所述第三继电器150位于第一位置)。没有脉冲经过所述第二和第四继电器140、160到达所述装置110(举例来说，因为所述第二和第四继电器140、160位于第二位置)。
所述脉冲到达所述装置110之后，所述脉冲从所述装置110反射离开，经过所述第三继电器150，经过所述第一继电器130，并被所述局部放电检测屏190接收。当在212时，所述局部放电检测屏190为了某些事件而测量被反射的脉冲，所述事件可以预示所述装置110的所述第二相位电绝缘体的局部放电。这与上面描述的方式一样执行(举例来说，确定所述装置110第二相位的所述起始电压、重复性起始电压、重复性消失电压、以及消失电压)。
如在214处，所述继电器矩阵120随后切换为将所述冲击放电屏170连接至所述装置110的所述第三连接端116(举例来说，第三相位)。所述切换包括切换所述第三继电器150至第二位置(举例来说，将所述装置110的第二相位接地)以及切换所述第四继电器160至第一位置(举例来说，将所述冲击放电屏170连接至所述装置110的第三相位)。所述第一继电器130保持于第一位置(举例来说，将所述冲击放电屏170连接至第二、第三、以及第四继电器140、150、160)，且所述第二继电器140保持于第二位置(举例来说，将所述装置110的第一相位接地)。
如在216处，电脉冲随后从所述冲击放电屏170被传输到所述装置110。更详细地，所述脉冲经过所述第一继电器130，到达第二、第三、以及第四继电器140、150、160(举例来说，因为所述第一继电器130处于第一位置)。所述脉冲随后经过所述第四继电器160，到达所述装置110的所述第三连接端116(举例来说，因为所述第四继电器160处于第一位置)。没有脉冲经过所述第二和第三继电器140、150到达所述装置110(举例来说，因为所述第二和第三继电器140、150处于第二位置)。
所述脉冲到达所述装置110之后，所述脉冲反射离开所述装置，经过所述第四继电器160，经过所述第一继电器130，并被所述局部放电检测屏190接收。如在218处，所述局部放电检测电路190为了某些事件(events)而测量被反射的脉冲，所述事件可以预示所述装置110的所述第三相位电绝缘体的局部放电。这与上面描述的方式一样执行(举例来说，确定所述装置110第二相位的所述起始电压、重复性起始电压、重复性消失电压、以及消失电压)。
如在220处，所述继电器矩阵120随后被切换为将所述高电压屏180连接至所述装置110的所述第一连接端(举例来说，第一相位)112。所述切换包括切换所述第一继电器连接至所述第二位置(举例来说，将所述高电压屏180连接至第二、第三、和第四继电器140、150、160)，切换所述第二继电器140至第一位置(举例来说将所述高位板180连接至所述装置110的第一相位)，以及切换所述第四继电器至第二位置(举例来说，将所述装置110的所述第三相位接地)。所述第三继电器150保持于第二位置(举例来说，将所述装置的第二相位接地)。高电位电压随后经过所述高电压屏180施加于所述装置的第一相位。所述继电器矩阵120随后被切换为将所述高电压屏180连接至所述第二连接端114，并随后连接至所述装置110的所述第三连接端116，用于额外的高电位电压测试。
在一个实施例中，所述继电器矩阵120中的所述继电器130、140、150、160手动地切换于各自的位置中(举例来说，通过转动所述继电器矩阵120上的旋钮knob或者推压所述继电器矩阵120上的按钮)。在另一个实施例中，用户向电脑输入命令，所述电脑连接至所述继电器矩阵，每次一个或者一个以上的继电器130、140、150、160被切换。例如，在所述装置110第一相位的起始电压被确定之后，而在所述装置110第一相位的起始电压被确定之前，用户向电脑输入命令。在所述装置110第一相位的重复性起始电压被确定之后，而在所述装置110第一相位的重复性消失电压被确定之前，用户向电脑输入另一个命令，等等。然而在另一个实施例中，包括所述继电器矩阵120的所述系统100是自动化的，因此当所述系统执行所述方法200中的至少一部分时，所述继电器矩阵120自动地切换所述继电器130、140、150、160。例如，在所述装置110的第一相位的起始电压确定之后，而在所述装置第一相位的重复性起始电压确定之前，所述继电器矩阵120自动地切换一个或者一个以上的继电器。
尽管本教导已经对一个或者一个以上的执行过程进行了阐释，在不偏离所附权利要求的思想和范围情况下，可以对所阐释的例子进行变换和/或修改。另外，尽管本教导可能已经对关于几个的执行过程中的仅一个执行过程的详细特征进行了公开，如果对于任何给定的功能或者特别的功能是期望的和有利的话，这些特征可能与其他执行方式的一个或者一个以上的其他特征组合使用。
对于本领域技术人员来说，在考虑了本教导在这里公开的说明书和实施方式后，本教导的其他实施例将是显而易见的。我们的本意是所述说明书和例子仅作为示范性的，本教导真正的范围和思想在随附的权利要求中指出。

Claims (11)

1.一种用于检测装置中局部放电的系统，其特征在于，包括：
冲击放电屏、继电器矩阵和局部放电检测屏，
所述继电器矩阵包括：
第一继电器，所述第一继电器连接至所述冲击放电屏；和
第二继电器，所述第二继电器连接至所述第一继电器、所述装置的第一相位、以及所述继电器矩阵的接地端，当所述第二继电器处于第一位置时，来自所述冲击放电屏的第一电脉冲经过所述第一继电器和所述第二继电器到达所述装置的第一相位，当所述第二继电器位于第二位置时，所述装置的所述第一相位连接至接地端；以及
所述局部放电检测屏连接至所述冲击放电屏、所述第一继电器，或者与后两者均相连，所述局部放电检测屏测量来自所述装置的反射电脉冲。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一电脉冲具有从约0V至约15kV的电压以及小于约100微秒的持续时间。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一电脉冲反射离开所述装置的所述第一相位，产生第一反射电脉冲，来自所述装置的反射电脉冲包括所述第一反射电脉冲。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括高电压屏，所述高电压屏连接至所述第一继电器，当所述第一继电器处于第一位置时，所述第一继电器连接至所述冲击放电屏，并与所述高电压屏断开；当所述第一继电器处于第二位置时，所述第一继电器连接至所述高电压屏，并与所述冲击放电屏断开。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，当所述第一继电器位于第二位置并且所述第二继电器位于第一位置时，来自所述高电压屏的第二电脉冲经过所述第一继电器和第二继电器，到达所述装置的第一相位。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，来自所述高电压屏的所述第二电脉冲具有约0V至约15kV的电压。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
第三继电器，所述第三继电器连接至所述第一继电器、所述装置的第二相位、以及接地端，当所述第三继电器处于第一位置时，来自所述冲击放电屏的第二电脉冲经过所述第一继电器和所述第三继电器，到达所述装置的第二相位；当所述第三继电器处于第二位置时，所述装置的所述第二相位连接至所述接地端；以及
第四继电器，所述第四继电器连接至所述第一继电器、所述装置的第三相位、以及接地端，当所述第四继电器处于第一位置时，来自所述冲击放电屏的第三电脉冲经过所述第一继电器和所述第四继电器，到达所述装置的第三相位；当所述第四继电器处于第二位置时，所述装置的所述第三相位连接至所述接地端。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，第二继电器、第三继电器和第四继电器中一次仅有一个处于第一位置。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，以下二者中至少取其一：
所述装置包括接地端，该接地端连接至所述继电器矩阵的接地端；以及
所述第二继电器在第一位置和第二位置之间自动切换。
10.一种用于检测设备中局部放电的方法，其特征在于，包括：
切换继电器矩阵，将冲击放电屏连接至装置的第一相位；
传输来自所述冲击放电屏的第一电脉冲，经过所述继电器矩阵，到达所述装置的第一相位，所述第一电脉冲反射离开所述装置产生第一反射电脉冲；
利用检测屏测量所述第一反射电脉冲；以及
切换所述继电器矩阵，将所述冲击放电屏连接至所述装置的第二相位。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括如下中至少一个步骤：
传输来自冲击放电屏的第二电脉冲，经过所述继电器矩阵，到达所述装置的第二相位，所述第二电脉冲反射离开所述装置，产生第二反射电脉冲，利用检测屏测量所述第二反射电脉冲；和
切换所述继电器矩阵，使其与所述冲击放电屏断开，并连接至高电压屏，传输来自所述高电压屏的第二电脉冲，经过所述继电器矩阵，到达所述装置的第一相位，所述第二电脉冲比所述第一电脉冲要长。
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