CN106405351A - 一种开关柜局部放电检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种开关柜局部放电检测系统，包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器设置于开关柜表面，所述第一传感器通过滤波放大电路连接有数据采集单元，所述第二传感器通过检波放大电路连接所述数据采集单元，所述数据采集单元连接有数据处理单元，所述数据处理单元单元连接有控制终端，所述检波放大电路对第一传感器的第一信号转换为低频信号后实现第二信号的放大，所述滤波放大电路滤掉第二传感器的第二信号中的低频信号，提高第二信号的信噪比，本发明。

Description

一种开关柜局部放电检测系统
技术领域
本发明属于电力技术领域，特别涉及一种开关柜局部放电检测系统。
背景技术
目前，已经广泛应用于电力系统中的10KV、35KV高压开关柜成套设备，是电力系统中非常重要的电气设备，它的可靠运行直接关系到电力系统的电能质量以及供电的可靠性。由于存在电、热、化学等因素的影响，电气设备在长期运行中必然存在绝缘劣化现象，进而引发局部放电。局部放电事故的不断蔓延和发展，就会引起绝缘的损伤，如果任其发展最终将会导致绝缘丧失介电性能，造成严重的事故，破坏系统的安全稳定能力。根据1998年-2002年间全国电力系统6-10KV开关柜事故统计，开关柜及爆炸事故时有发生，而其中绝缘和载流部分引起的故障占总数的40.2％，绝缘部分的闪络造成的事故占绝缘事故总数的79％，因此对高压开关柜局部放电的研究和监测具有重要的意义。
对于高压开关柜，目前的检测方法，通常是采用定期检修的制度。但是，这种方法检修周期长，不能及时的发现两次检修之间发生的缺陷，也有可能对没有故障的设备检修过度，造成资源的浪费和成本的增加。另外，目前开关柜产生越来越紧凑，绝缘裕度越来越小，尤其在南方空气温度较大，高压开关柜柜内设备如有放电出现异常，运行人员在设备巡视过程中往往很难看到内部设备的故障，因此，对高压开关柜设备除了进行适度的定期检修外，还需要对其运行的状态进行检修。
因此，现在亟需一种开关柜局部放电检测系统，能够针对开关柜局部放电的特性进行类型识别，对放电点进行准确定位，以便及时进行处理，达到预防开关柜电气设备发生故障的目的。
发明内容
本发明提出一种开关柜局部放电检测系统，解决了现有技术中开关柜依靠人工检修周期长，难以及时发现开关柜故障的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：开关柜局部放电检测系统，包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器设置于开关柜表面，所述第一传感器通过滤波放大电路连接有数据采集单元，所述第二传感器通过检波放大电路连接所述数据采集单元，所述数据采集单元连接有数据处理单元，所述数据处理单元单元连接有控制终端，所述检波放大电路对第一传感器的第一信号转换为低频信号后实现第二信号的放大，所述滤波放大电路滤掉第二传感器的第二信号中的低频信号，提高第二信号的信噪比。
作为一种优选的实施方式，所述数据处理单元根据所述数据采集单元采集的来自于第一传感器的第一信号和来自于第二传感器的第二信号，根据第一信号建立局部放电源的电流源的时域模型，根据第二信号对开关柜进行仿真网格模型划分成若干元胞，并建立三维坐标系，将仿真网格模型划分成的元胞与三维坐标系中坐标进行对应，根据电流源的时域模型以及仿真网格模型划分成的元胞，确定电流源的放电位置。
作为一种优选的实施方式，电流源的时域模型表示为：I(t)＝I0exp(4π(t-t0)2/τ2，其中τ为常数，表示电流脉冲的宽度，I0为脉冲峰值，当t＝t0时，脉冲峰值出现。
作为一种优选的实施方式，所述第一传感器频率段位于10KHz-100MHz之间，且第一信号(mV)与输出信号(dB)之间满足dB＝20log(mV)。
作为一种优选的实施方式，根据所述第一传感器检测的第一信号图谱，所述数据处理单元将第一信号与预设信号类型进行对比，对第一信号的幅值均做归一化处理，再对第一信号的典型放电结果数据做二次归一化处理，识别第一信号的区别特征，确定第一信号的放电类型。
作为一种优选的实施方式，所述放电类型包括悬浮放电、电晕放电、沿面放电和/或内部放电中的任意一种或者几种。
作为一种优选的实施方式，识别第一信号的区别特征，包括如下步骤：
S1：首先通过第一信号的趋势分析中的纵、横向对比，确定信号的幅值水平是否超出正常阈值，如果没有则不出现局放，如有则确定是否为背景或者外界干扰；
S2：如果第一信号幅值超过阈值，确定第一信号是否出现规律性，如果出现工频周期性，则判定为开关柜内没有局部放电；
S3：如果第一信号超出正常阈值且出现明显工频周期性，则判定柜体内部出现局部放电，如果出现的频率为20ms，则判定为电晕放电和/或沿面放电，再根据信号的形状确定放电类型；如果出现的频率为20ms，则判定为悬浮放电或内部放电，再根据信号的形状确定放电类型。
作为一种优选的实施方式，根据第二信号对开关柜进行仿真网格模型划分成若干元胞，并建立三维坐标系，包括在形状柜外壁安放若干超声波传感器，利用若干超声波传感器检测到的时延，计算出放电源的位置。
作为一种优选的实施方式，定义放电点的位置坐标为P(x,y,z)，超声波传感器的数量为4个，A1、A2、A3、A4分别为四个超声波传感器的位置，坐标为Ai(xi,yi,zi)，ti为四个超声波传感器检测到的时延，其中i＝1,2,3,4；则√(x-xi)2+(y-yi)2+(z-zi)2＝Vti。
作为一种优选的实施方式，当第一信号的幅值小于第二阈值时，定义为轻微放电。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：通过对开关柜内局部放电特点的分析，设计了四种典型的放电类型，利用超声波传感器对开关柜建立空间模型，划分成若干元胞并建立三维坐标系，然后根据第一传感器的第一信号确定放电的位置，本发明通过数学方法，提高了识别的效率和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的方框示意图；
图2为本发明识别第一信号的区别特征的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，开关柜局部放电检测系统，包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器设置于开关柜表面，所述第一传感器通过滤波放大电路连接有数据采集单元，所述第二传感器通过检波放大电路连接所述数据采集单元，所述数据采集单元连接有数据处理单元，所述数据处理单元单元连接有控制终端，所述检波放大电路对第一传感器的第一信号转换为低频信号后实现第二信号的放大，所述滤波放大电路滤掉第二传感器的第二信号中的低频信号，提高第二信号的信噪比。
所述数据处理单元根据所述数据采集单元采集的来自于第一传感器的第一信号和来自于第二传感器的第二信号，根据第一信号建立局部放电源的电流源的时域模型，根据第二信号对开关柜进行仿真网格模型划分成若干元胞，并建立三维坐标系，将仿真网格模型划分成的元胞与三维坐标系中坐标进行对应，根据电流源的时域模型以及仿真网格模型划分成的元胞，确定电流源的放电位置。
电流源的时域模型表示为：I(t)＝I0exp(4π(t-t0)2/τ2，其中τ为常数，表示电流脉冲的宽度，I0为脉冲峰值，当t＝t0时，脉冲峰值出现。
所述第一传感器频率段位于10KHz-100MHz之间，且第一信号(mV)与输出信号(dB)之间满足dB＝20log(mV)。
根据所述第一传感器检测的第一信号图谱，所述数据处理单元将第一信号与预设信号类型进行对比，对第一信号的幅值均做归一化处理，再对第一信号的典型放电结果数据做二次归一化处理，识别第一信号的区别特征，确定第一信号的放电类型。
所述放电类型包括悬浮放电、电晕放电、沿面放电和/或内部放电中的任意一种或者几种。
如图2所示，识别第一信号的区别特征，包括如下步骤：
S1：通过第一信号的趋势分析中的纵、横向对比，确定信号的幅值水平是否超出正常阈值，如果没有则不出现局放，如有则确定是否为背景或者外界干扰；
S2：如果第一信号幅值超过阈值，确定第一信号是否出现规律性，如果出现工频周期性，则判定为开关柜内没有局部放电；
S3：如果第一信号超出正常阈值且出现明显工频周期性，则判定柜体内部出现局部放电，如果出现的频率为20ms，则判定为电晕放电和/或沿面放电，再根据信号的形状确定放电类型；如果出现的频率为20ms，则判定为悬浮放电或内部放电，再根据信号的形状确定放电类型。
根据第二信号对开关柜进行仿真网格模型划分成若干元胞，并建立三维坐标系，包括在形状柜外壁安放若干超声波传感器，利用若干超声波传感器检测到的时延，计算出放电源的位置。
定义放电点的位置坐标为P(x,y,z)，超声波传感器的数量为4个，A1、A2、A3、A4分别为四个超声波传感器的位置，坐标为Ai(xi,yi,zi)，ti为四个超声波传感器检测到的时延，其中i＝1,2,3,4；则√(x-xi)2+(y-yi)2+(z-zi)2＝Vti。
当第一信号的幅值小于第二阈值时，定义为轻微放电。
该开关柜局部放电检测系统：通过对开关柜内局部放电特点的分析，设计了四种典型的放电类型，利用超声波传感器对开关柜建立空间模型，划分成若干元胞并建立三维坐标系，然后根据第一传感器的第一信号确定放电的位置，本发明通过数学方法，提高了识别的效率和准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关柜局部放电检测系统，其特征在于，包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器设置于开关柜表面，所述第一传感器通过滤波放大电路连接有数据采集单元，所述第二传感器通过检波放大电路连接所述数据采集单元，所述数据采集单元连接有数据处理单元，所述数据处理单元单元连接有控制终端，所述检波放大电路对第一传感器的第一信号转换为低频信号后实现第二信号的放大，所述滤波放大电路滤掉第二传感器的第二信号中的低频信号，提高第二信号的信噪比。
2.根据权利要求1所述的开关柜局部放电检测系统，其特征在于，所述数据处理单元根据所述数据采集单元采集的来自于第一传感器的第一信号和来自于第二传感器的第二信号，根据第一信号建立局部放电源的电流源的时域模型，根据第二信号对开关柜进行仿真网格模型划分成若干元胞，并建立三维坐标系，将仿真网格模型划分成的元胞与三维坐标系中坐标进行对应，根据电流源的时域模型以及仿真网格模型划分成的元胞，确定电流源的放电位置。
3.根据权利要求2所述的开关柜局部放电检测系统，其特征在于，电流源的时域模型表示为：I(t)＝I0exp(4π(t-t0)2/τ2，其中τ为常数，表示电流脉冲的宽度，I0为脉冲峰值，当t＝t0时，脉冲峰值出现。
4.根据权利要求3所述的开关柜局部放电检测系统，其特征在于，所述第一传感器频率段位于10KHz-100MHz之间，且第一信号(mV)与输出信号(dB)之间满足dB＝20log(mV)。
5.根据权利要求4所述的开关柜局部放电检测系统，其特征在于，根据所述第一传感器检测的第一信号图谱，所述数据处理单元将第一信号与预设信号类型进行对比，对第一信号的幅值均做归一化处理，再对第一信号的典型放电结果数据做二次归一化处理，识别第一信号的区别特征，确定第一信号的放电类型。
6.根据权利要求5所述的开关柜局部放电检测系统，其特征在于，所述放电类型包括悬浮放电、电晕放电、沿面放电和/或内部放电中的任意一种或者几种。
7.根据权利要求6所述的开关柜局部放电检测系统，其特征在于，识别第一信号的区别特征，包括如下步骤：
S1：首先通过第一信号的趋势分析中的纵、横向对比，确定信号的幅值水平是否超出正常阈值，如果没有则不出现局放，如有则确定是否为背景或者外界干扰；
S2：如果第一信号幅值超过阈值，确定第一信号是否出现规律性，如果出现工频周期性，则判定为开关柜内没有局部放电；
S3：如果第一信号超出正常阈值且出现明显工频周期性，则判定柜体内部出现局部放电，如果出现的频率为20ms，则判定为电晕放电和/或沿面放电，再根据信号的形状确定放电类型；如果出现的频率为20ms，则判定为悬浮放电或内部放电，再根据信号的形状确定放电类型。
8.根据权利要求7所述的开关柜局部放电检测系统，其特征在于，根据第二信号对开关柜进行仿真网格模型划分成若干元胞，并建立三维坐标系，包括在形状柜外壁安放若干超声波传感器，利用若干超声波传感器检测到的时延，结合第一信号的处理结果，计算出放电源的位置。
9.根据权利要求8所述的开关柜局部放电检测系统，其特征在于，定义放电点的位置坐标为P(x,y,z)，超声波传感器的数量为4个，A1、A2、A3、A4分别为四个超声波传感器的位置，坐标为Ai(xi,yi,zi)，ti为四个超声波传感器检测到的时延，其中i＝1,2,3,4；则√(x-xi)2+(y-yi)2+(z-zi)2＝Vti。
10.根据权利要求9所述的开关柜局部放电检测系统，其特征在于，当第一信号的幅值小于第二阈值时，定义为轻微放电。
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