CN106443389A - 一种开关柜局放监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种开关柜局放监测装置，包括若干脉冲传感器以及超声波传感器，所述脉冲传感器设置于开关柜的柜体内，所述超声波传感器设置于所述开关柜的柜体顶点位置处，所述脉冲传感器及超声波传感器连接有A/D转换单元，所述转换单元连接有处理单元，所述处理单元连接有显示单元，所述脉冲传感器，本发明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。

Description

一种开关柜局放监测装置

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放监测装置。

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放监测装置，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放监测装置，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：开关柜局放监测装置，包括若干脉冲传感器以及超声波传感器，所述脉冲传感器设置于开关柜的柜体内，所述超声波传感器设置于所述开关柜的柜体顶点位置处，所述脉冲传感器及超声波传感器连接有采集单元，所述采集单元连接有A/D转换单元，所述转换单元连接有处理单元，所述处理单元连接有显示单元，所述脉冲传感器。

优选的，定义开关柜内空气为第一介质，开关柜柜体为第二介质，H+为入射电磁波，H’为透电磁波，H-为反射电磁波，E+为入射波电场强度，E-为反射波电场强度，则分界面上电场强度反射分量和入射波分量量值相等且相位相反，则任意点x处的磁场满足：

H(x,t)＝H+(x,t)+H-(x,t)，H+(x,t)和H-(x,t)分别为入射磁场和反射磁场，其与电场强度的关系为：H+(x,t)＝E+(x,t)/Z₀₂,H-(x,t)＝E-(x,t)/Z₀₂。，式中Z₀₂是第二介质的波阻抗。

优选的，放电瞬时脉冲信号利用高斯脉冲模拟，确定脉冲的宽度以及脉冲峰值，根据脉冲的宽度以及脉冲峰值，确定放电模型。

优选的，定义Ck为开关柜金属外壳的等效电容，Zk为等效阻抗，同时利用匹配阻抗消除脉冲在高压端的反射，当t0时，在X处发生放电，送出的脉冲按反方向传播，t1时刻到达第一个脉冲传感器，在t2时刻达到第二个脉冲传感器，则放电点离高压端的距离表示为：S＝L-τV/2，其中τ＝t2-t1，L为电缆的长度，V为脉冲在电缆中的速度。

优选的，利用脉冲传感器进行探测后，利用A/D转换器对探测数据进行A/D转换，并在转换后完成利用宽带放大器进行放大。

优选的，处理单元根据放大后的波形，确定放电模型，所述放电模型包括针板放电模型、内部放电模型、悬浮放电模型以及沿面放电模型中的任意一种或者几种。

优选的，所述针板放电模型其高压针尖半径为0.6mm，针尖尖长15mm，针板之间气隙间距为8mm，所述内部放电模型包括上下两层厚5mm的环氧树脂板，中间为厚1mm的环氧树脂板作为绝缘介质层，并在绝缘介质层中开直径10mm的圆孔，环氧树脂板与绝缘介质层之间采用环氧树脂胶粘结；所述悬浮放电模型的接地电极上设置一个直径60mm，厚为5mm的环氧树脂板，环氧树脂板上方靠近高压电极处设置直径10mm，高度10mm的铜柱；所述沿面放电模型的两个电极之间旋转有直径10mm，长度为10mm的环氧树脂棒。

优选的，在利用宽带放大器进行放大，将检测结果通过示波仪显示探测波形。

优选的，所述显示装置根据检测结果，对检测结果进行统二维和/或三维图显示。

优选的，根据超声波传感器的检测结果，所述处理单元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，利用若干超声波传感器检测到的时延，结合脉冲信号的处理结果，计算出放电源的位置。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：通过利用探测器检测的电磁波瞬间脉冲所经过的时间差来确定放电波动的位置，可以快速的对开关柜内进行放电波动的定位，而且，由于探测器设置于开关柜的内部，能够有效避免外界环境因素对其造成的影响，其不会受到光学以及红外测温的限制，也不需要透光孔，提高了检测结果的准确性，而且能够将检测的结果进行放大示波，监测结果相当直观。

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为本发明的流程示意图。

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，本开关柜局放监测装置，包括若干脉冲传感器以及超声波传感器，所述脉冲传感器设置于开关柜的柜体内，所述超声波传感器设置于所述开关柜的柜体顶点位置处，所述脉冲传感器及超声波传感器连接有采集单元，所述采集单元连接有A/D转换单元，所述转换单元连接有处理单元，所述处理单元连接有显示单元，所述脉冲传感器。

定义开关柜内空气为第一介质，开关柜柜体为第二介质，H+为入射电磁波，H’为透电磁波，H-为反射电磁波，E+为入射波电场强度，E-为反射波电场强度，则分界面上电场强度反射分量和入射波分量量值相等且相位相反，则任意点x处的磁场满足：

H(x,t)＝H+(x,t)+H-(x,t)，H+(x,t)和H-(x,t)分别为入射磁场和反射磁场，其与电场强度的关系为：H+(x,t)＝E+(x,t)/Z₀₂,H-(x,t)＝E-(x,t)/Z₀₂。，式中Z₀₂是第二介质的波阻抗。

放电瞬时脉冲信号利用高斯脉冲模拟，确定脉冲的宽度以及脉冲峰值，根据脉冲的宽度以及脉冲峰值，确定放电模型。

定义Ck为开关柜金属外壳的等效电容，Zk为等效阻抗，同时利用匹配阻抗消除脉冲在高压端的反射，当t0时，在X处发生放电，送出的脉冲按反方向传播，t1时刻到达第一个脉冲传感器，在t2时刻达到第二个脉冲传感器，则放电点离高压端的距离表示为：S＝L-τV/2，其中τ＝t2-t1，L为电缆的长度，V为脉冲在电缆中的速度。

利用脉冲传感器进行探测后，利用A/D转换器对探测数据进行A/D转换，并在转换后完成利用宽带放大器进行放大。

处理单元根据放大后的波形，确定放电模型，所述放电模型包括针板放电模型、内部放电模型、悬浮放电模型以及沿面放电模型中的任意一种或者几种。

所述针板放电模型其高压针尖半径为0.6mm，针尖尖长15mm，针板之间气隙间距为8mm，所述内部放电模型包括上下两层厚5mm的环氧树脂板，中间为厚1mm的环氧树脂板作为绝缘介质层，并在绝缘介质层中开直径10mm的圆孔，环氧树脂板与绝缘介质层之间采用环氧树脂胶粘结；所述悬浮放电模型的接地电极上设置一个直径60mm，厚为5mm的环氧树脂板，环氧树脂板上方靠近高压电极处设置直径10mm，高度10mm的铜柱；所述沿面放电模型的两个电极之间旋转有直径10mm，长度为10mm的环氧树脂棒。

在利用宽带放大器进行放大，将检测结果通过示波仪显示探测波形。

所述显示装置根据检测结果，对检测结果进行统二维和/或三维图显示。

根据超声波传感器的检测结果，所述处理单元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，利用若干超声波传感器检测到的时延，结合脉冲信号的处理结果，计算出放电源的位置。

为了更进一步的保证监测结果，在进行等效电容模拟时，进行补偿电容器的设计，根据电路理论，阻尼振荡电压频率与回路电感量，计算公式：f＝1/2π√LC，当振荡频率、回路电感量一定时，回路电容量Ck＝1/4π²f²L,开关柜总电容量C1，并联的补偿电容量为C2，则Ck＝C1+C2，C2＝1/4π²f²L-C1。

该开关柜局部监测方法：通过利用探测器检测的电磁波瞬间脉冲所经过的时间差来确定放电波动的位置，可以快速的对开关柜内进行放电波动的定位，而且，由于探测器设置于开关柜的内部，能够有效避免外界环境因素对其造成的影响，其不会受到光学以及红外测温的限制，也不需要透光孔，提高了检测结果的准确性，而且能够将检测的结果进行放大示波，监测结果相当直观。

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)

1.一种开关柜局放监测装置，其特征在于，包括若干脉冲传感器以及超声波传感器，所述脉冲传感器设置于开关柜的柜体内，所述超声波传感器设置于所述开关柜的柜体顶点位置处，所述脉冲传感器及超声波传感器连接有采集单元，所述采集单元连接有A/D转换单元，所述转换单元连接有处理单元，所述处理单元连接有显示单元。

2.根据权利要求1所述的开关柜局放监测装置，其特征在于，定义开关柜内空气为第一介质，开关柜柜体为第二介质，H+为入射电磁波，H’为透电磁波，H-为反射电磁波，E+为入射波电场强度，E-为反射波电场强度，则分界面上电场强度反射分量和入射波分量量值相等且相位相反，则任意点x处的磁场满足：H(x,t)＝H+(x,t)+H-(x,t)，H+(x,t)和H-(x,t)分别为入射磁场和反射磁场，其与电场强度的关系为：H+(x,t)＝E+(x,t)/Z₀₂,H-(x,t)＝E-(x,t)/Z₀₂。，式中Z₀₂是第二介质的波阻抗。

3.根据权利要求2所述的开关柜局放监测装置，其特征在于，放电瞬时脉冲信号利用高斯脉冲模拟，确定脉冲的宽度以及脉冲峰值，根据脉冲的宽度以及脉冲峰值，确定放电模型。

4.根据权利要求1所述的开关柜局放监测装置，其特征在于，定义Ck为开关柜金属外壳的等效电容，Zk为等效阻抗，同时利用匹配阻抗消除脉冲在高压端的反射，当t0时，在X处发生放电，送出的脉冲按反方向传播，t1时刻到达第一个脉冲传感器，在t2时刻达到第二个脉冲传感器，则放电点离高压端的距离表示为：S＝L-τV/2，其中τ＝t2-t1，L为电缆的长度，V为脉冲在电缆中的速度。

5.根据权利要求4所述的开关柜局放监测装置，其特征在于，利用脉冲传感器进行探测后，利用A/D转换器对探测数据进行A/D转换，并在转换后完成利用宽带放大器进行放大。

6.根据权利要求5所述的开关柜局放监测装置，其特征在于，处理单元根据放大后的波形，确定放电模型，所述放电模型包括针板放电模型、内部放电模型、悬浮放电模型以及沿面放电模型中的任意一种或者几种。

7.根据权利要求6所述的开关柜局放监测装置，其特征在于，所述针板放电模型其高压针尖半径为0.6mm，针尖尖长15mm，针板之间气隙间距为8mm，所述内部放电模型包括上下两层厚5mm的环氧树脂板，中间为厚1mm的环氧树脂板作为绝缘介质层，并在绝缘介质层中开直径10mm的圆孔，环氧树脂板与绝缘介质层之间采用环氧树脂胶粘结；所述悬浮放电模型的接地电极上设置一个直径60mm，厚为5mm的环氧树脂板，环氧树脂板上方靠近高压电极处设置直径10mm，高度10mm的铜柱；所述沿面放电模型的两个电极之间旋转有直径10mm，长度为10mm的环氧树脂棒。

8.根据权利要求7所述的开关柜局放监测装置，其特征在于，在利用宽带放大器进行放大，将检测结果通过示波仪显示探测波形。

9.根据权利要求8所述的开关柜局放监测装置，其特征在于，所述显示装置根据检测结果，对检测结果进行统二维和/或三维图显示。

10.根据权利要求9所述的开关柜局放监测装置，其特征在于，根据超声波传感器的检测结果，所述处理单元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，利用若干超声波传感器检测到的时延，结合脉冲信号的处理结果，计算出放电源的位置。