CN106556770A - 一种自吸式漏电监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自吸式漏电监测装置及监测方法，包括固定台以及依托于所述固定台安装的采集模块、滤波模块和处理模块，所述采集模块、所述滤波模块、所述处理模块分别与电源模块连接，所述采集模块包括高频电流传感器以及与其连接的传导天线，所述处理模块包括控制器以及连接的数字信号处理器，所述固定台为磁性材料制件，吸附于特高压变压器壳体外表面。本发明对特高压变压器漏电实时监控，解决了当前特高压变压器漏电检测手段单一，精度低的问题，并且在漏电现象发生时能及时发出报警信号，自动采取应急措施并提醒工作人员进行检查维护，防止特高压变压器烧毁。

Description

一种自吸式漏电监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及特高压设备安全预防措施技术领域，尤其涉及一种自吸式漏电监测装置及监测方法。

背景技术

在远距离电力输送设施中，特高压变压器是重要电力的设施，用量大、分布广，其安全运行的关键是要保证其绝缘性，一旦出现设备的绝缘损伤，就会造成特高压变压器老化加速、寿命缩短、甚至烧毁，酿成火灾及爆炸等严重事故。对特高压变压器运行电流实行监测的一个难点是，特高压变压器种类多样，而且安装方式复杂。面对复杂的运行环境，准确测量特高压变压器漏放电电流，及时提醒维护调控至关重要。

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特高压变压器(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，面对不同类型特高压变压器的具体情况，会出现不同的局限性，所以本发明通过分析特高压变压器漏电时产生的电磁信号，结合当前电子信息技术的具体情况，提出一种自吸式漏电监测装置及监测方法。

发明内容

本发明提供了一种自吸式漏电监测装置及监测方法，对特高压变压器漏电实时监控，解决了当前特高压变压器漏电检测手段单一，精度低的问题，并且在漏电现象发生时能及时发出报警信号，自动采取应急措施并提醒工作人员进行检查维护，防止特高压变压器烧毁。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种自吸式漏电监测装置，包括固定台以及依托于所述固定台安装的采集模块、滤波模块和处理模块，所述采集模块、所述滤波模块、所述处理模块分别与电源模块连接，所述采集模块包括高频电流传感器以及与其连接的传导天线，所述处理模块包括控制器以及连接的数字信号处理器，所述固定台为磁性材料制件，吸附于特高压变压器壳体外表面。

进一步地，所述滤波模块包括放大电路和滤波电路，所述放大电路包括前置放大器和多级对数检波放大器，所述滤波电路包括高通滤波器。

进一步地，所述传导天线外围设置金属电磁屏蔽壳。

进一步地，所述控制器包括单片机以及分别与单片机连接的执行器、显示器。

进一步地，所述执行器包括声光报警器与信号发生器。

进一步地，所述显示器包括数据设定面板、LED显示面板、人机接口及数据输出口。

进一步地，所述数据设定面板包括若干个数据输入按钮及指令按钮。

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，所述电源模块采用外源供电式或锂电池充电式，电源模块上设置充电接口及充电指示灯。

一种自吸式漏电监测装置的使用方法，包括下列步骤：

1)通过固定台，将监测装置吸附于特高压变压器表面靠近绝缘子的位置，便于实施采集变压器漏放电时产生的特高频信号；

2）打开显示器面板上的工作开关，观察面板是否显示正常，如不正常，检查是否失电或排查其他故障；如果一切正常，则在数据设定面板上进行执行动作值设定，包括报警值与停机值；

3）信号经采样后，先通过前置放大电路，再经过高通滤波和检波整形放大电路，得到单极性宽脉冲信号最终送到处理模块进行处理；

4）处理模块将款脉冲信号经A/D转换进入单片机执行中断比较程序，即把测量值和通过控制面板、人机接口输入的设定值进行比较，比较结果一方面传输至显示器，显示电流测量值，另一方面，如果达到报警值/停机值，不仅在显示器显示报警/停机指示，还将信号传输至执行器，启动执行器的声光报警器，并通过信号发生器，发出远控报警/停机信号；

5）比较后的监测数据可以通过数据输出口连接至电力微机系统，由系统软件进行分析处理，并提供显示、打印及远传操作。

本发明的有益效果在于：

本发明装置及其监测方法解决了特高压设备监控维护不便的问题，它不同于普通中高压设备的漏电管理方式，而是通过采集特高压设备放电时所产生的特高频信号，进而通过信号处理与分析，来判断是否产生漏电。这一装置能够识别不同类型的特高压GIS设备绝缘故障，可以通过高频电流传感器以及所对应的传导天线，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漏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是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明装置的监测方法流程图。

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、图2所示，一种自吸式漏电监测装置，包括固定台以及依托于固定台安装的采集模块1、滤波模块2和处理模块3，采集模块1、滤波模块2、处理模块3分别与电源模块4连接，采集模块1包括高频电流传感器5以及与其连接的传导天线6，处理模块3包括控制器7以及连接的数字信号处理器8，固定台为磁性材料制件，吸附于特高压变压器壳体外表面。在实际使用时，需要先通过固定台，将监测装置吸附于特高压变压器表面靠近绝缘子的位置，便于实施采集变压器漏放电时产生的特高频信号；打开显示器面板上的工作开关，观察面板是否显示正常，如不正常，检查是否失电或排查其他故障；如果一切正常，则在数据设定面板上进行执行动作值设定，包括报警值与停机值；信号经采样后，先通过前置放大电路，再经过高通滤波和检波整形放大电路，得到单极性宽脉冲信号最终送到处理模块进行处理；处理模块将款脉冲信号经A/D转换进入单片机执行中断比较程序，即把测量值和通过控制面板、人机接口输入的设定值进行比较，比较结果一方面传输至显示器，显示电流测量值，另一方面，如果达到报警值/停机值，不仅在显示器显示报警/停机指示，还将信号传输至执行器，启动执行器的声光报警器，并通过信号发生器，发出远控报警/停机信号；比较后的监测数据可以通过数据输出口连接至电力微机系统，由系统软件进行分析处理，并提供显示、打印及远传操作。

特高压变压器漏放电产生的特高频信号，通常由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。所以采用以PC8211芯片为核心的前置放大电路，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。传导天线外围设置金属电磁屏蔽壳，用于屏蔽空间电磁信号的干扰。因为漏放电发生会产生300MHz～3GHz电磁波，而通常干扰信号在500 MHz以下，需要对漏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，能够满足要求，经过滤波后的信号，运用ADL5513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，有助于对漏放电信号识别提供有效信息，减少了后续数据采集系统的处理量。

滤波模块2包括放大电路9和滤波电路10，放大电路包括前置放大器和多级对数检波放大器，滤波电路包括高通滤波器。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，逻辑控制模块包括PLC控制单元，控制不同信号的分步采集，模数转换模块对采样信号进行模数转换。数字信号处理器主要来控制不同信号的模数转换模块（A/D），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。数据输出口可以连接电力控制系统的上位微机，通过客户端软件采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、放电趋势分析和三维图表显示打印等功能。

控制器包括单片机以及分别与单片机连接的执行器、显示器。执行器包括声光报警器与信号发生器。单片机是为了避免反应滞后、报警不及时或是不准确，单片机定时器设置定时中断，每隔一个较短的时间间隔产生一次定时中断信号，并转入中断处理子程序，子程序从单片机的I/O口读取电流信号，并调用定时中断 A/D处理子程序，随即把通过A/D转换所得到的结果与预定的整定报警/停机值比较，如果大于整定值，则对显示器与执行器输出报警/停机信号，进行报警/停机处理。单片机可采用AVR系列，单片机通过人机接口与显示器的数据设定面板连接，接收数据设定面板所输入的整定值数据，并放入单片机的数据寄存器，方便单片机的数据处理子程序进行比较时调用。其中，单片机程序包括主程序、中断服务子程序、定时中断服务子程序、数据处理子程序，均可以采用C语言进行设计，并封装于单片机的数据寄存器中方便直接调用。其中，系统主程序主要完成系统的端口、定时器、常量、变量及其他量的初始化工作，同时完成漏电流循环显示工作；中断服务子程序主要根据INTCON寄存器的T0IF位的数据判断TMR0是否溢出，如溢出则转入TMR0中断入口子程序；根据INTCON寄存器的RBIF位的数据判断RB是否有输入变化，如变化则转入键盘中断入口子程序；定时中断服务子程序主要完成定时中断采样任务，1 ms进行1次处理，每回连续6次采样，采样结果存入指定内存单元；数据处理子程序主要完成求数据平均值，进行数据比较，确定是否报警/停机等。

显示器包括数据设定面板、LED显示面板、人机接口及数据输出口。数据设定面板包括若干个数据输入按钮及指令按钮。显示器中的LED显示面板和执行器中的声光报警器，是在装置本体上进行直观指示的主要部件。LED显示面板在未报警时，主要是实时显示从单片机采样得来的当前电流值；在经过比较，出现报警/停机情况时，一方面LED面板上会显示报警/停机信息，另一方面，声光报警器也会收到数据输出口的信号，进行报警操作，从而起到了双重报警的目的。数据设定面板中的数据输入按钮，包括‘0’至‘9’十个阿拉伯数字输入键，指令按钮包括有报警设定、停机设定、返回、确认、开/关机、自动检测等；执行器中的信号发生器主要是针对报警/停机信号，能够发出远程指令传输，便于中控室工程师站或是特高压变压器整体配电柜等进行远程控制与统筹处理，体现了很好的供配电自动化运用理念。

电源模块4采用外源供电式或锂电池充电式，电源模块上设置充电接口及充电指示灯。 电源模块采用外源供电式或锂电池充电式，电源模块上设置充电接口11及充电指示灯12。对于安装位置较好的特高压变压器，取源比较便利，可通过电源线外接220V电源，通过装置内的电压变换，得到工作电压；对于取源不便的特高压变压器，可以采用锂电池充电式供电，使用时间长，电池更换便捷，同时，这种双源模式，还可以保证在市电断电时，内置锂电迅速投入使用，使实时监测没有死角。

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 (10)

1.一种自吸式漏电监测装置，其特征在于：包括固定台以及依托于所述固定台安装的采集模块、滤波模块和处理模块，所述采集模块、所述滤波模块、所述处理模块分别与电源模块连接，所述采集模块包括高频电流传感器以及与其连接的传导天线，所述处理模块包括控制器以及连接的数字信号处理器，所述固定台为磁性材料制件，吸附于特高压变压器壳体外表面。

2.如权利要求1所述的一种自吸式漏电监测装置，其特征在于：所述滤波模块包括放大电路和滤波电路，所述放大电路包括前置放大器和多级对数检波放大器，所述滤波电路包括高通滤波器。

3.如权利要求1所述的一种自吸式漏电监测装置，其特征在于：所述传导天线外围设置金属电磁屏蔽壳。

4.如权利要求1所述的一种自吸式漏电监测装置，其特征在于：所述控制器包括单片机以及分别与单片机连接的执行器、显示器。

5.如权利要求4所述的一种自吸式漏电监测装置，其特征在于：所述执行器包括声光报警器与信号发生器。

6.如权利要求4所述的一种自吸式漏电监测装置，其特征在于：所述显示器包括数据设定面板、LED显示面板、人机接口及数据输出口。

7.如权利要求6所述的一种自吸式漏电监测装置，其特征在于：所述数据设定面板包括若干个数据输入按钮及指令按钮。

8.如权利要求1所述的一种自吸式漏电监测装置，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。

9.如权利要求1所述的一种自吸式漏电监测装置，其特征在于：所述电源模块采用外源供电式或锂电池充电式，电源模块上设置充电接口及充电指示灯。

10.一种自吸式漏电监测装置的使用方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)通过固定台，将监测装置吸附于特高压变压器表面靠近绝缘子的位置，便于实施采集变压器漏放电时产生的特高频信号；

2）打开显示器面板上的工作开关，观察面板是否显示正常，如不正常，检查是否失电或排查其他故障；如果一切正常，则在数据设定面板上进行执行动作值设定，包括报警值与停机值；

3）信号经采样后，先通过前置放大电路，再经过高通滤波和检波整形放大电路，得到单极性宽脉冲信号最终送到处理模块进行处理；

4）处理模块将款脉冲信号经A/D转换进入单片机执行中断比较程序，即把测量值和通过控制面板、人机接口输入的设定值进行比较，比较结果一方面传输至显示器，显示电流测量值，另一方面，如果达到报警值/停机值，不仅在显示器显示报警/停机指示，还将信号传输至执行器，启动执行器的声光报警器，并通过信号发生器，发出远控报警/停机信号；

5）比较后的监测数据可以通过数据输出口连接至电力微机系统，由系统软件进行分析处理，并提供显示、打印及远传操作。