CN107067859B - 局部放电检测模拟培训系统 - Google Patents
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Abstract
局部放电检测模拟培训系统，包括配网设备，设置多组，在每一组配网设备内分布安装有多组模拟终端；模拟控制单元，其为配网设备中的其中一组或多组模拟终端发出指定强度的控制信号和通断信号；模拟终端，根据模拟主控单元发出的通断信号实现启停，根据模拟主控单元发出的控制信号，输出预定幅值的无高压加载的局部放电信号；克服现有的局部放电培训设备中存在的缺少真实场景、缺少考核环节、存在安全隐患、无法多种局部放电状态联合培训等问题和缺点。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备状态检修和在线监测领域，具体说的是无高压加载的配网设备局部放电带电检测模拟培训系统。
背景技术
高压开关柜、环网柜等配电设备是国家电网公司数量最多的电力资产，对高压开关柜实施状态检修，已经成为网公司提高运行维护水平和供电可靠性需要面临的重要挑战。在北京奥运会、上海世博会和广州亚运会期间，暂态地电压和超声波局部放电带电检测技术被广泛应用于上述国际活动的政治保供电任务，及时地帮助供电企业发现和处理了许多潜在的设备缺陷和供电隐患。为了对供用电运维人员进行输变电设备带电检测技能培训，对提高供用电运维人员的理论和技能水平，规范状态检测的现场操作和应用方法，也为了着重保护供用电运维人员的安全，国家电网公司自2010年以来先后颁布实施了《电力设备带电检测技术规范（试行）》、《电力设备带电检测仪器配置原则》以及《交流金属封闭开关设备暂态地电压局部放电带电测试技术现场应用导则》。这些措施对保障电力设备状态检测人员的安全，提高电力设备状态检测人员的理论和技能水平，规范电力设备状态检测的现场操作和应用方法，提高状态检测工作的成效都发挥了重要作用。
但是，状态检测人员队伍的规模和技能水平还远远不能满足国家电网公司在系统内全面推行状态检修工作的需要，亟需尽快通过系统化的专业培训充实状态检测人员队伍，特别是需要在绝对安全环境下，对供用电运维人员进行状态检修技能培训。
现有的技术大多采用计算机仿真模拟（201210396250.2、201410656501.5、201310215503.6），放电枪放电模拟（201320727885.6、201320728271.X、201420333554.9、201620361319.1），或者单一类型局部放电信号输出至某设备中（201320212225.4、201210469904.X、201520940337.0、201510679009.4、201510032713.0、201320728271.X、201320727885.6）。
现有技术中存在的问题和缺点主要有：
1、使用计算机仿真模拟，放电信号仅仅以图形图像的方式显示于屏幕之上，缺少真实配电设备及其运行场景，缺少实际动手进行电气操作的过程，缺少对受训人员的考核过程；
2、使用放电枪放电模拟时，除有电火花击穿空气的声响影响实际考核外，放电脉冲在电气间隙之间跳跃，放电过程不稳定，放电受环境湿度、温度和气压影响明显，无法准确和稳定地重现某局部放电特征，失去培训过程中标准化考核环节；
3、放电枪释放电火花所产生的高压也会作用于培训设备上，存在人身安全隐患；
4、使用单一类型局部放电信号输出至某设备中，缺少其他相关局部放电时其他特征信号，无法全面、准确和稳定再现高压设备运行时局部放电时设备运行状态。
发明内容
为了克服现有的局部放电培训设备中存在的缺少真实场景、缺少考核环节、存在安全隐患、无法多种局部放电状态联合培训等问题和缺点，本发明提供一种无高压加载的配网设备局部放电带电检测模拟培训系统。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：局部放电检测模拟培训系统，包括：
配网设备，设置多组，在每一组配网设备内分布安装有多组模拟终端；
模拟控制单元，其为配网设备中的其中一组或多组模拟终端发出指定强度的控制信号和通断信号；
模拟终端，根据模拟主控单元发出的通断信号实现启停，根据模拟主控单元发出的控制信号，输出预定幅值的无高压加载的局部放电信号；
所述的模拟终端由高频信号发生器、CPU、脉冲调制电路、程控增益放大器、高频电子开关、功率放大电路和发射单元组成，高频信号发生器生成连续高频正弦波信号输入到程控增益放大器，以实现幅值控制，程控增益放大器的输出连接到高频电子开关，脉冲调制电路接收模拟控制单元的控制信号生成频率和占空比固定的高频调制脉冲信号，CPU接收模拟控制单元的通断信号通过控制程控增益放大器控制该模拟终端的通断，CPU输出的通道选择逻辑控制高频电子开关的通断，并与脉冲调制电路对高频正弦波信号进行调制，将高频正弦波信号调制为频率和持续时间固定的迸发型高频脉冲信号，该迸发型高频脉冲信号经过功率放大电路升压后驱动发射单元工作，从而为配电设备模拟出局部放电信号。
本发明所述的高频信号发生器生成的高频信号为高频电磁波段信号和超声波段信号。
本发明所述的高频电磁波段为5-100MHz。
本发明所述的超声波段为40kHz。
本发明所述的发射单元包括暂态地发射单元和超声波发射单元。
本发明所述的模拟控制单元为工业控制计算机。
本发明所述的模拟控制单元保存指定强度的控制信号对应的模拟终端的培训方案。
本发明有益效果是：
模拟局部放电产生的暂态地电压信号、超声波信号以多通道、多强度等组合形式发射至配电设备金属柜体内部，供受训人员使用各类检测仪检测；
输出信号的强度和频段包括在普遍应用的检测仪的设计范围之内，并基本覆盖整个量程；输出通道可以自由地实现远程关停；可以自由地实现远程有级调节；
暂态地电压和超声波输出通道的关停和强度设置参数，可以在模拟主控单元上自由地设定；
在一定的暂态地电压和超声波输出通道关停和强度设置参数条件下，可以连同暂态地电压检测仪和超声波检测仪的实测结果保存为整体测试方案；
培训操作人员保存的测试方案可以被自由地打开并重复执行，相同配电设备和检测仪器能够提供的培训测试环境和结果保持相对稳定。
局部放电模拟培训系统的整体有益效果就是为配电设备（主要是高压开关柜）建立一套可控、可调、输出信号相对稳定的局部放电模拟电磁和声音环境，准确和全面模拟高压设备运行时局部放电状态,以供各种暂态地电压和超声波检测仪检测，培养和考核相关仪器使用人员的操控熟练程度和现场分析诊断能力。
配电设备中没有引入可能导致人体伤害的危险电压，确保受训人员的人身安全。
附图说明
图1为本发明的架构示意图；
图2为本发明的模拟终端结构图；
图中：1、模拟主控单元，2、配电设备，3、模拟终端，301、CPU，302、高频信号发生器，303、脉冲调制电路，304、高频，305、超声，306、程控增益放大器，307、高频电子开关，308、功率放大电路，309、暂态地电压发射单元，310、超声波发射单元，4、指定通道，5、暂态地电压，6、超声波信号，7、培训师，8、学员。
具体实施方式
通过使用本系统，受训人员在绝对安全的学习环境中，大幅度提高局放带电检测的培训效果，提升与考核受训人员从事带电检测作业的技术和技能水平，有力提升供用电运维人员整体技能水平。
系统具有：
1、有真实的高压设备但设备不加载高电压、真实的现场场景和真实的操作过程；
2、由于模拟局部放电的信号没有可闻噪声，培训过程中信号保持高度稳定性，基本不受环境因素的影响，为培训过程中标准化考核环节；
3、仅有远低于安全电压的弱小信号加载至培训设备上，没有高电压施加在培训设备上，不存在安全隐患；
4、反映局部放电状态特征的暂态地电压和超声波信号联合受控输出，全面、准确和稳定再现高压设备运行时局部放电时设备运行状态。
配网设备局部放电带电检测模拟培训系统放电模型是稳定的，安全的，可重复的，完全按国家电网《电力设备带电检测技术规范（试行）》、《电力设备带电检测仪器配置原则》以及《电力设备局部放电带电测试技术现场应用导则》实施定制，建立能够模拟高压开关柜现场运行环境和局部放电检测条件的基础性培训平台。
本发明创造解决其技术问题所采用的技术方案是：
模拟局部放电产生的暂态地电压信号并注入到配电设备金属柜体，供培训人员使用暂态地电压检测仪检测；
模拟局部放电产生的超声波信号并发射至配电设备金属柜体内部的开放空间，供培训人员使用超声波检测仪检测；
输出信号的强度变化范围和包含普遍应用的暂态地电压和超声波检测仪的设计范围，并基本覆盖整个量程；
暂态地电压和超声波模拟信号输出通道的配置能够覆盖配电设备多个相对独立空间的安装要求；
暂态地电压和超声波信号的输出通道可以自由地实现远程关停；
暂态地电压和超声波输出信号的强度可以自由地实现远程有级调节；
暂态地电压和超声波输出通道的关停和强度设置参数，可以在模拟主控单元上自由地设定；
在一定的暂态地电压和超声波输出通道关停和强度设置参数条件下，可以连同暂态地电压检测仪和超声波检测仪的实测结果保存为整体测试方案；
培训操作人员保存的测试方案可以被自由地打开并重复执行，相同配电设备和检测仪器能够提供的培训测试环境和结果保持相对稳定。
局部放电模拟培训系统的设计目标就是为配电设备（主要是高压开关柜）建立一套可控、可调、输出信号相对稳定的局部放电模拟电磁和声音环境，以供各种暂态地电压和超声波检测仪检测，培养和考核相关仪器使用人员的操控熟练程度和现场分析诊断能力。
从系统架构上来说，本系统属于一种分层、分布式监控系统，如图1所示。其中，由工业控制计算机组成的模拟主控单元（1）可以对配电设备（2）分布式安装的模拟终端（3）实施启/停控制、通道切换和强度控制，而模拟终端则可根据工业控制计算机发出的控制指令在指定通道（4）输出预定幅值暂态地电压（5）和超声波信号（6），以模拟配电设备不同位置出现的暂态地电压和超声波信号。
本系统的模拟主控单元是工业控制计算机，使用工业控制计算机组成现场控制网络。通过运行在该电脑，培训师（7）可以很方便地设定局部放电模拟终端的启/停、特定通道的发射/停止、输出信号的强度。
为了方便系统使用人员规范对学员（8）的考核，本系统可以将具体的配置方案和对应的测试结果定义为标准的测试方案，并存储起来。未来使用时，可以直接调用相应的测试方案并执行，则可以重现预定的测试环境和测试结果。本系统可以设计任意多组测试方案，每组测试方案包括多套局部放电模拟终端的设置参数和相应配电设备的测试结果。
局部放电模拟终端（3）主要由高性能嵌入式CPU（301）、高频信号发生器（302）、脉冲调制电路（303）的分布式控制器组成。高频信号发生器生成高频（304）电磁波段（5 MHz ~100MHz）和超声（305）波段（40kHz）信号输入到程控增益放大器（306）（PGA），以实现幅值控制。然后，程控增益放大器（306）的输出连接到高频电子开关（307）。脉冲调制电路（303）可生成频率和占空比固定的高频调制脉冲信号，并与CPU（301）输出的通道选择逻辑共同控制高频电子开关（307）的通断。经过调制处理后，高频信号发生器输出的连续高频正弦波信号就被调制为频率和持续时间固定的迸发型高频脉冲信号，以模拟局部放电信号的频率特性、迸发特性和周期特性。该迸发型高频脉冲信号经过功率放大电路（308）升压后即可以驱动暂态地电压发射单元（309）和超声波发射单元（310）工作，从而为配电设备模拟出相对稳定的局部放电信号，即暂态地电压（5）和超声波信号（6）。
CPU使用标准的通讯接口，利用该接口，可以实现主控单元对局部放电模拟终端的设备启/停、通道选择和幅值调节。
主控单元和局部放电模拟终端之间使用 RS485或以太网通信，通讯协议按照自有约定进行，可以实现主控单元对局部放电模拟终端的设备启/停、通道选择和幅值调节。
Claims (7)
1.局部放电检测模拟培训系统，其特征在于：包括
配网设备，设置多组，在每一组配网设备内分布安装有多组模拟终端；
模拟控制单元，其为配网设备中的其中一组或多组模拟终端发出指定强度的控制信号和通断信号；
模拟终端，根据模拟主控单元发出的通断信号实现启停，根据模拟主控单元发出的控制信号，输出预定幅值的无高压加载的局部放电信号；
所述的模拟终端由高频信号发生器（302）、CPU（301）、脉冲调制电路（303）、程控增益放大器（306）、高频电子开关（307）、功率放大电路（308）和发射单元组成，高频信号发生器（302）生成连续高频正弦波信号输入到程控增益放大器（306），以实现幅值控制，程控增益放大器（306）的输出连接到高频电子开关（307），脉冲调制电路（303）接收模拟控制单元的控制信号生成频率和占空比固定的高频调制脉冲信号，CPU（301）接收模拟控制单元的通断信号通过控制程控增益放大器（306）控制该模拟终端的通断，CPU（301）输出的通道选择逻辑控制高频电子开关（307）的通断，并与脉冲调制电路（303）对高频正弦波信号进行调制，将高频正弦波信号调制为频率和持续时间固定的迸发型高频脉冲信号，该迸发型高频脉冲信号经过功率放大电路（308）升压后驱动发射单元工作，从而为配电设备模拟出局部放电信号。
2.如权利要求1所述的局部放电检测模拟培训系统，其特征在于：所述的高频信号发生器（302）生成的高频信号为高频电磁波段信号和超声波段信号。
3.如权利要求2所述的局部放电检测模拟培训系统，其特征在于：所述的高频电磁波段为5-100MHz。
4.如权利要求2所述的局部放电检测模拟培训系统，其特征在于：所述的超声波段为40kHz。
5.如权利要求1所述的局部放电检测模拟培训系统，其特征在于：所述的发射单元包括暂态地发射单元和超声波发射单元。
6.如权利要求1所述的局部放电检测模拟培训系统，其特征在于：所述的模拟控制单元为工业控制计算机。
7.如权利要求1所述的局部放电检测模拟培训系统，其特征在于：所述的模拟控制单元保存指定强度的控制信号对应的模拟终端的培训方案。
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