CN107884690A - 基于微光传感器的gis开关局放在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统及方法，该系统包括微光采集器和监控处理终端，微光采集器将GIS开关内部的光信号和开关状态采集转换后传送至监控处理终端；监控处理终端根据采集到的光信号强度进行分析，同时剔除开关动作时产生的正常弧光信号，记录并分析数据结果，得出检修建议。该系统及方法利用微光传感器对GIS密闭开关柜进行闪光检测，能够可靠的检测开关内的闪络、局部放电故障，根据检测到的光信号强度，同时结合开关动作状态，可判断出故障程度，给出检修建议。本发明采用光信号检测，检测方法更加稳定可靠，检测结果更加准确。

Description

基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统及方法，涉及电气设备在线监测领域。

背景技术

随着社会对电力需求的不断扩大，供电系统复杂程度不断加大，用户对开关设备小型化、免维护、智能化的要求越来越高。在35kV及以上电压等级，常规的以空气为绝缘介质的开关柜普遍体积较大，重量较重，操作困难，不能满足在高海拔、潮湿、污秽等恶劣环境条件下的使用要求。在这种背景下，体积小的GIS开关得到越来越广泛的应用。

GIS(Gas Insulated Switchgear)开关是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称，是指气体绝缘全封闭组合开关，由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF₆绝缘气体，具有体积小，绝缘程度高，灭弧时间短的特点。

GIS是运行可靠性高、维护工作量少、检修周期长的高压电气设备，其故障率只有常规设备的20%～40%，但GIS也有其固有的缺点，由于SF₆气体的泄漏、外部水分的渗入、导电杂质的存在、绝缘子老化等因素影响，都可能导致GIS内部闪络故障。GIS的全密封结构使故障的定位及检修比较困难，检修工作繁杂，事故后平均停电检修时间比常规设备长，其停电范围大，常涉及非故障元件。

现有针对GIS开关故障在线监测的设备主要是局放监测仪，采用超声或高频传感器接收电气故障时发出的超声或高频信号，从而实现对开关内部故障的检测和定位。此方案在实际检修和在线监测设备中得到了实际应用，积累了大量运行经验。但是高压电气设备在运行过程中存在大量机械振动发出的超声波和电磁辐射，对超声、高频传感器的干扰极其严重，经常导致在线监测的局放设备误判，严重影响电力设备的正常安全运行。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种基于微光传感器的新型GIS开关局放在线监测系统及方法，通过柜体内的光信息来分析开关柜的内部闪络和局放故障，解决现有技术中存在的高压电气设备在运行过程中存在大量机械振动发出的超声波和电磁辐射，对超声、高频传感器的干扰极其严重，经常导致在线监测的局放设备误判，严重影响电力设备的正常安全运行的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统，包括微光采集器和监控处理终端，

微光采集器：将GIS开关内部的光信号和开关状态采集转换后传送至监控处理终端；

监控处理终端：根据采集到的光信号强度进行分析，同时剔除开关动作时产生的正常弧光信号，记录并分析数据结果，得出检修建议。

进一步地，微光采集器包括微光传感器、光电转换模块、高速AD采样模块、开关量检测模块、CPU控制模块、通信模块、数据本地存储模块和电源模块，微光传感器设于GIS开关的外壳上，微光传感器依次通过光电转换模块、高速AD采样模块连接CPU控制模块的信号输入端，CPU控制模块的信号输入端还连接开关量检测模块，CPU控制模块的信号输出端通过通信模块连接监控处理终端，CPU控制模块还连接数据本地存储模块和电源模块。

进一步地，微光采集器中，微光传感器采用广角光学镜头检测柜内光信号，微光传感器通过塑料光纤将信号传送至光电转换模块，高速AD采样模块负责将光电转换模块转换出来的模拟电信号转换为数字信号同时传送给CPU控制模块；CPU控制模块同时通过开关量检测模块获得开关的实时状态，记录其动作时刻；通信模块负责CPU控制模块与监控处理终端的通讯，实现数据的上传和下发，并进行网络对时；数据本地存储模块负责存储CPU控制模块记录下的光信息和开关量动作信息；电源模块负责给微光采集器的各模块供电。

进一步地，微光采集器通过工业以太网或现场总线连接监控处理终端。

一种采用上述任一项所述系统的基于微光传感器的GIS开关局放在线监测方法，

通过微光采集器将GIS开关内部的光信号和开关状态采集转换后传送至监控处理终端；

监控处理终端根据采集到的光信号强度进行分析，同时剔除开关动作时产生的正常弧光信号，记录并分析数据结果，得出检修建议。

进一步地，通过微光采集器将GIS开关内部的光信号和开关状态采集转换后传送至监控处理终端，具体为，

在GIS开关内部发生局部放电时，产生发光现象，光信号经过微光传感器和塑料光纤传送至光电转换器，光电转换器接收到光信号后将产生光电流并转换为电压信号，CPU控制模块通过高速AD采样转换模块采样计算得到光信号的强度；

同时开关量检测模块实现开关分合闸状态的实时监测，记录其动作时刻；

CPU控制模块处于高速采样计算状态，将结果记录至数据本地存储模块，同时通过通信模块将数据发送至监控处理终端；在通信不畅或中断时，监控处理终端通过通信模块调取本地存储模块中的数据。

本发明的有益效果是：该种基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统及方法，利用微光传感器对GIS密闭开关柜进行闪光检测，能够可靠的检测开关内的闪络、局部放电故障，根据检测到的光信号强度，同时结合开关动作状态，可判断出故障程度，给出检修建议。本发明具备以下优点：

一、该种基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统及方法，采用光信号检测来判断GIS开关柜的内部闪络和局放故障，不受电磁信号和环境的干扰。

二、开关柜内部闪络或局放时，超声、电磁和光信号同时产生，与超声、高频信号相比，本发明采用光信号检测，检测方法更加稳定可靠，检测结果更加准确。

三、高频天线接收高频信号后产生的是电压信号，光电转换后产生的是光电流信号，电流信号比电压信号更容易放大，从而本发明引入的干扰更少，放大成本更低。

四、电磁信号穿过GIS金属壳体较难，本发明通过伸入壳体的光传感器进行检测，检测结果更加准确。

附图说明

图1是本发明实施例基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统的说明示意图；

图2 是实施例中数据采集器的内部结构示意图。

其中：1、11、21、31-微光传感器，2、12、22、32-塑料光纤，3-光电转换器，4-高速AD采样转换模块，5-开关量检测模块，6- CPU控制模块，7-通信模块，8-数据本地存储模块，9-电源模块，10、20、30- GIS开关，13、23、33-微光采集器，14、24、34、44-工业以太网线，40-监控处理终端，50-交换机。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

一种基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统，如图1，包括微光采集器13、23、33和监控处理终端40，微光采集器13、23、33通过工业以太网或现场总线连接监控处理终端40。

微光采集器13、23、33：将GIS开关10、20、30内部的光信号和开关状态采集转换后传送至监控处理终端40；

监控处理终端40：根据采集到的光信号强度进行分析，同时剔除开关动作时产生的正常弧光信号，记录并分析数据结果，得出检修建议。

如图2，微光采集器13、23、33包括微光传感器1、光电转换模块、高速AD采样模块、开关量检测模块5、CPU控制模块6、通信模块7、数据本地存储模块8和电源模块9，微光传感器1设于GIS开关10、20、30的外壳上，微光传感器1依次通过光电转换模块、高速AD采样模块连接CPU控制模块6的信号输入端，CPU控制模块6的信号输入端还连接开关量检测模块5，CPU控制模块6的信号输出端通过通信模块7连接监控处理终端40，CPU控制模块6还连接数据本地存储模块8和电源模块9。

微光采集器13、23、33中，微光传感器1采用广角光学镜头检测柜内光信号，微光传感器1通过塑料光纤2将信号传送至光电转换模块，高速AD采样模块负责将光电转换模块转换出来的模拟电信号转换为数字信号同时传送给CPU控制模块6；CPU控制模块6同时通过开关量检测模块5获得开关的实时状态，记录其动作时刻；通信模块7负责CPU控制模块6与监控处理终端40的通讯，实现数据的上传和下发，并进行网络对时；数据本地存储模块8负责存储CPU控制模块6记录下的光信息和开关量动作信息；电源模块9负责给微光采集器13、23、33的各模块供电。

该种基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统，利用微光传感器1对GIS密闭开关柜进行闪光检测，能够可靠的检测开关内的闪络、局部放电故障，根据检测到的光信号强度，同时结合开关动作状态，可判断出故障程度，给出检修建议。

实施例采用光信号检测来判断GIS开关10、20、30柜的内部闪络和局放故障，不受电磁信号和环境的干扰；高频天线接收高频信号后产生的是电压信号，光电转换后产生的是光电流信号，电流信号比电压信号更容易放大，从而实施例引入的干扰更少，放大成本更低。

开关柜内部闪络或局放时，超声、电磁和光信号同时产生，与超声、高频信号相比，本发明采用光信号检测，检测方法更为稳定可靠，检测结果更为准确。电磁信号穿过GIS金属壳体较难，实施例采用伸入壳体的光传感器进行检测，检测结果更为准确。

一种基于微光传感器的GIS开关局放在线监测方法，通过微光采集器13、23、33将GIS开关10、20、30内部的光信号和开关状态采集转换后传送至监控处理终端40；监控处理终端40根据采集到的光信号强度进行分析，同时剔除开关动作时产生的正常弧光信号，记录并分析数据结果，得出检修建议。

通过微光采集器13、23、33将GIS开关10、20、30内部的光信号和开关状态采集转换后传送至监控处理终端40，具体为，

在GIS开关10、20、30内部发生局部放电时，产生发光现象，光信号经过微光传感器1和塑料光纤2传送至光电转换器3，光电转换器3接收到光信号后将产生光电流并转换为电压信号，CPU控制模块6通过高速AD采样转换模块4采样计算得到光信号的强度；

同时开关量检测模块5实现开关分合闸状态的实时监测，记录其动作时刻；

CPU控制模块6处于高速采样计算状态，将结果记录至数据本地存储模块8，同时通过通信模块7将数据发送至监控处理终端40；在通信不畅或中断时，监控处理终端40通过通信模块7调取本地存储模块中的数据。

实施例的原理说明如下，GIS开关10、20、30采取全密闭的柜体，内部充满绝缘气体，外部光线不能进入。在内部发生电气故障的同时往往伴随发光现象，实施例认为开关内部的任何光信号都是有害的，因此通过记录柜体内的光信息有助于分析开关柜的内部闪络和局放故障。

通过对GIS开关10、20、30内的光信号进行实时监测来判别开关柜内局部放电状况，同现行通过超声或高频电磁信号的监测来判断局放状况的方法相比，其稳定性和可靠性有了大的提高。

实施例中，微光传感器1可检测微弱光信号，检测频谱宽、角度大，且能保证安装后不会导致GIS开关10、20、30漏气。微光传感器1对外接口采用塑料光纤2连接，模拟光信号直接通过塑料光纤2传送至光电转换模块，不受强电磁环境的干扰。

参照图1，GIS开关10、20、30上安装微光传感器11、21、31，通过在GIS柜壁上开孔安装时应确保不破坏开关柜的密封性，微光传感器11、21、31通过塑料光纤12、22、32连接至微光采集器13、23、33，微光采集器13、23、33同时采集开关柜的分合闸状态，记录分合闸时间，微光采集器13、23、33和监控计算机40通过现场总线或工业以太网线14、24、34、44连接至交换机50组建现场局域网，监控处理终端40通过局域网与采集器实现数据交互和时间同步。

参照图2，当GIS开关10、20、30内部发生局部放电时，会产生发光现象，光信号经过微光传感器1和塑料光纤2传送至光电转换器3，光电转换器3接收到光信号后将产生光电流并转换为合适的电压信号，CPU控制模块6通过高速AD采样转换模块4采样计算得到光信号的强度，开关量检测模块5实现开关分合闸状态的实时监测，记录其动作时刻。CPU控制模块6一直处于高速采样计算状态，将结果记录至数据本地存储模块8，同时通过通信模块7将数据发送至监控处理终端40；若通信不畅或中断时，监控处理终端40亦可通过通信模块7调取本地存储模块中的数据。

微光采集器13、23、33的数据上传模式一般为突发式上传，检测到有光信号或者开关变位时上传，但监控处理终端40可召唤所有数据。

上述实施案例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统，其特征在于：包括微光采集器和监控处理终端，

微光采集器：将GIS开关内部的光信号和开关状态采集转换后传送至监控处理终端；

监控处理终端：根据采集到的光信号强度进行分析，同时剔除开关动作时产生的正常弧光信号，记录并分析数据结果，得出检修建议。

2.如权利要求1所述的基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统，其特征在于：微光采集器包括微光传感器、光电转换模块、高速AD采样模块、开关量检测模块、CPU控制模块、通信模块、数据本地存储模块和电源模块，微光传感器设于GIS开关的外壳上，微光传感器依次通过光电转换模块、高速AD采样模块连接CPU控制模块的信号输入端，CPU控制模块的信号输入端还连接开关量检测模块，CPU控制模块的信号输出端通过通信模块连接监控处理终端，CPU控制模块还连接数据本地存储模块和电源模块。

3.如权利要求2所述的基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统，其特征在于：微光采集器中，微光传感器采用广角光学镜头检测柜内光信号，微光传感器通过塑料光纤将信号传送至光电转换模块，高速AD采样模块负责将光电转换模块转换出来的模拟电信号转换为数字信号同时传送给CPU控制模块；CPU控制模块同时通过开关量检测模块获得开关的实时状态，记录其动作时刻；通信模块负责CPU控制模块与监控处理终端的通讯，实现数据的上传和下发，并进行网络对时；数据本地存储模块负责存储CPU控制模块记录下的光信息和开关量动作信息；电源模块负责给微光采集器的各模块供电。

4.如权利要求1所述的基于微光传感器的GIS开关局放在线监测系统，其特征在于：微光采集器通过工业以太网或现场总线连接监控处理终端。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述系统的基于微光传感器的GIS开关局放在线监测方法，其特征在于：

通过微光采集器将GIS开关内部的光信号和开关状态采集转换后传送至监控处理终端；

监控处理终端根据采集到的光信号强度进行分析，同时剔除开关动作时产生的正常弧光信号，记录并分析数据结果，得出检修建议。

6.如权利要求5所述的基于微光传感器的GIS开关局放在线监测方法，其特征在于：通过微光采集器将GIS开关内部的光信号和开关状态采集转换后传送至监控处理终端，具体为，

在GIS开关内部发生局部放电时，产生发光现象，光信号经过微光传感器和塑料光纤传送至光电转换器，光电转换器接收到光信号后将产生光电流并转换为电压信号，CPU控制模块通过高速AD采样转换模块采样计算得到光信号的强度；

同时开关量检测模块实现开关分合闸状态的实时监测，记录其动作时刻；

CPU控制模块处于高速采样计算状态，将结果记录至数据本地存储模块，同时通过通信模块将数据发送至监控处理终端；在通信不畅或中断时，监控处理终端通过通信模块调取本地存储模块中的数据。