CN108318790A - 一种内置式sf6气体绝缘变压器局放监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其包括：安装于SF6气体绝缘变压器壳体内部的超高频超声阵列局放传感器组件；安装于SF6气体绝缘变压器的箱壁接口板上的信号采集卡；微型超高频超声阵列局放传感器组件采集到的信号经过信号采集卡过滤和放大后传输至站端智能电子设备内；站端智能电子设备包含图谱生成模块、图谱解析模块、计算定位模块、信息显示模块、无线通讯模块以及报警模块。该系统比传统的外置式局放监测系统精准，能实时监测变压器内部的放电状况，避免了故障局放信号被金属壳体屏蔽所带来的漏检，提前发现缺陷从而避免发生电网事故。
Description
技术领域
本发明涉及变压器监测技术领域，尤其涉及一种内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统。
背景技术
SF6气体绝缘变压器（GIT）具备不易燃不易爆、布局灵活、占地少、维护量小等优点，特别是在城市电网发展前景广阔，成为一些敏感地区的重要技术装备。
但随着GIT的推广和应用，运行中GIT运维也逐步暴露出了一些问题。目前，GIT的高、中压侧多为封闭式电缆出线或GIS出线，由于GIT高、中压是在密闭的SF6气体中，在做例行试验时需要对高压侧筒体进行充放气，与常规油浸式变压器的预防性试验大为不同。在其投运后，一般情况下例行试验只开展绕组连同套管、铁芯及夹件的绝缘电阻、气体湿度及组分测试，难以实现对其状态的有效技术监督。
由于绝缘介质和散热方面的差异，传统油浸式变压器局放在线状态监测技术无法在GIT上进行直接应用，尤其是针对如GIT内部局放性能在线监测。目前国内外的GIT内置式监测装置主要是SF6压力表和密度继电器，也有研究开展外置式特高频局放监测，但由于GIT金属壳体密封性能更优良，特高频局放信号传递到外壳信号薄弱，且运行经验表明，油浸式变压器及GIS设备外置特高频局放检测有效性明显弱于传感器内置式检测。传统油浸式变压器内置式局放监测装置一般从油阀位置安装或箱壁上开孔，GIT由于没有油阀，同时由于对SF6压力和密封性的要求，开孔后对变压器本体可靠性造成的破坏远高于传统油浸式变压器。鉴于以上的状况，研发出既能通过GIT变压器气体压力密封校核，又能实现内部局放性能监测的系统意义非凡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，解决了SF6气体绝缘变压器定期预试难以检测内部绝缘状态的难题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，安装于SF6气体绝缘变压器上，其可包括：
安装于所述SF6气体绝缘变压器壳体内部的超高频超声阵列局放传感器组件；
安装于所述SF6气体绝缘变压器的箱壁接口板上的信号采集卡，所述超高频超声阵列局放传感器组件通过光纤连接至所述信号采集卡；
所述微型超高频超声阵列局放传感器组件采集到的信号经过所述信号采集卡过滤和放大后传输至站端智能电子设备内；
所述站端智能电子设备包含图谱生成模块、图谱解析模块、计算定位模块、信息显示模块、无线通讯模块以及报警模块。
在可选的实施例中，所述内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统通过采集和分析所述SF6气体绝缘变压器内部局部放电位置产生的超声和超高频信号来定位所述局部放电的位置并判定所述局部放电位置处产生的放电类型。
在可选的实施例中，所述放电类型包括针板放电、沿面放电以及悬浮放电。
在可选的实施例中，所述微型超高频超声阵列局放传感器组件以一个微型超高频局放传感器为中心，在所述微型超高频局放传感器的环形周圈上装设一个环形的超声传感器阵列。
在可选的实施例中，所述环形的超声传感器阵列为12阵元结构，由12个同型号的超声传感器按照时钟方式均匀排布。
在可选的实施例中，所述微型超高频局放传感器的检测频带为100-1500MHz。
在可选的实施例中，所述超声传感器采用进口压敏陶瓷，每个阵元间距为半波长5mm。
在可选的实施例中，所述微型超高频超声阵列局放传感器组件通过四阶积累量的虚拟扩展特性进行虚拟扩展以增大所述阵列的孔径。
在可选的实施例中，所述箱壁接口板与所述SF6气体绝缘变压器外壳之间设置双层密封圈，使用螺纹固接方式进行密封。
在可选的实施例中，所述信号采集卡选用16路同步采集卡，通过16芯光纤与所述微型超高频超声阵列局放传感器组件相连。
在可选的实施例中，所述信号采集卡的滤波范围为200k-20MHz。
在可选的实施例中，所述图谱生成模块从接收到信号中提取局部放电特征值并生成相应的局部放电图谱。
在可选的实施例中，所述图谱解析模块将生成的所述局部放电图谱与现有的典型放电图谱进行对比，通过相位、幅值、放电次数、累计放电能量以及频率能量段综合判定出局部放电的类型属于针板放电、沿面放电以及悬浮放电中的哪一种。
在可选的实施例中，所述计算定位模块利用所述微型超高频局放传感器信号和所述超声传感器阵列信号的时延情况计算出所述放电位置与所述传感器组件的空间距离；通过到达信号频差的算法计算出所述放电位置相对于所述传感器组件的俯仰角度；通过计算得到的所述空间距离和所述俯仰角度对所述放电位置进行综合定位并生成定位空间谱图。
在可选的实施例中，所述信息显示模块将采集到放电位置的所述相位信息、幅值以及放电次数，生成的所述局部放电图谱以及定位空间谱图，判定出的放电类型等各类信息显示在所述站端的监测平台上。
在可选的实施例中，所述报警模块根据所述图谱解析模块判定出的放电类型结果进行广播报警。
在可选的实施例中，所述无线通讯模块将所述报警信息以短信方式传输至相关人员的手机。
综上可知，本发明实施例的有益效果在于：本发明的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，一方面，可实时监测SF6气体绝缘变压器内部的放电状况；一方面，较传统外置式的局放监测系统所得到的结果更为精确，同时避免了故障局放信号被金属壳体屏蔽所带来的漏检；一方面，能在局部放电发生的早期及早发现缺陷并处理，避免了局放的发展引发SF6气体绝缘变压器内部故障从而导致发生电网事故。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统的一个实施例的功能结构示意图。
图2是本发明一种内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统的一个实施例中超高频超声阵列局放传感器组件的结构示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
本发明的实施例提供一种内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，可在SF6气体绝缘变压器出厂前安装于SF6气体绝缘变压器上，其监测系统的功能结构如图所示，可包括：
安装在SF6气体绝缘变压器1的壳体内部的超高频超声阵列局放传感器组件2；安装于SF6气体绝缘变压器1的箱壁接口板3上的信号采集卡4；与信号采集卡3通过光纤线7连接的站端智能电子设备5；
其中，站端智能电子设备5包含图谱生成模块51、图谱解析模块52、计算定位模块53、信息显示模块54、无线通讯模块55以及报警模块56；
超高频超声阵列局放传感器组件2通过16芯光纤6将采集到的信号传输至信号采集卡3，信号通过信号采集卡3过滤和放大后传输至站端智能电子设备5内部进行解析。
该监测系统可采集和分析SF6气体绝缘变压器1内部局部放电位置产生的超声和超高频信号，从而定位出局部放电的位置并判定局部放电位置处产生的放电类型（针板放电、沿面放电和悬浮放电）。
进一步，如图2所示，该监测系统中的超高频超声阵列局放传感器组件2的中心处为一个微型超高频局放传感器21；在微型超高频局放传感器21的环形周圈上安设有一个环形超声传感器阵列，该环形超声传感器阵列按照时钟方式均匀排布着12个同型号的超声传感器22，从而形成12阵元的环形超声传感器阵列；作为举例，在本实施例中，该超高频超声阵列局放传感器组件2的整体直径为100MM，微型超高频局放传感器21的监测频带为100-1500MHz，能够实现一直干扰信号的功能，而超声传感器22则采用进口压敏陶瓷，使得阵元间距为半波长5mm。通过这样的结构设计使得该超高频超声阵列局放传感器组件2可以通过四阶积累量的虚拟扩展特性对环形阵列进行虚拟扩展，扩展后的阵列孔径将会大大增加，同时可以避免传感器在变压器内部长期运行（30年）中个别损坏而影响传感器阵列效果。
进一步，变压器箱壁接口板3，作为SF6气体绝缘变压器1内外信号传输通道安装在SF6气体绝缘变压器1的壳体外部，接口板3为圆形，内径30mm，外径50mm，采用双层密封圈，用8颗螺丝固定在变压器壳体，可以有效避免SF6气体的泄漏。
进一步，信号采集卡4安装于变压器箱壁接口板3的外侧，通过穿过接口板3的16芯光纤与超高频超声阵列局放传感器组件2相连以便采集传感器信号，在本实施例中，该信号采集卡4采用16路AD同步采集卡，用于信号采集和信号的过滤和放大（滤波范围为200k-20MHz，每路40dB增益），经过过滤和放大后的信号通过光纤传输到智能电子设备5内（站端智能IED）。
进一步，变电站站端的智能电子设备5中的图谱生成模块51从信号采集卡4传输来的信号中提取出局部放电特征值并生成相应的局部放电图谱，其局部放电图谱中包含有放电相位、幅值、放电次数、累计放电能量、频率能量段等信息；再经过图谱解析模块52将生成的局部放电图谱与现有的典型放电图谱进行对比，通过相位、幅值、放电次数、累计放电能量以及频率能量段综合判定出局部放电的类型属于针板放电、沿面放电以及悬浮放电中的哪一种；
进一步，变电站站端的智能电子设备5中的计算定位模块53则可以微型超高频局放传感器信号和超声传感器阵列信号的时延情况计算出放电位置与传感器组件2的空间距离；通过到达信号频差的算法（FDOA算法）计算出放电位置相对于传感器组件2的俯仰角度；最终通过计算得到的空间距离和俯仰角度对放电位置进行综合定位并生成定位空间谱图。
进一步，变电站站端的智能电子设备5中的信息显示模块54会将采集到的放电位置的相位信息、幅值以及放电次数，还有生成的局部放电图谱、定位空间谱图，以及判定出的放电类型等各类信息显示在站端的监测平台上。而智能电子设备5中的报警模块56会将判定出的放电类型结果进行广播，以便站端的工作人员及时知晓变压器1出现了局部放电隐患并采取相应的措施，当然为了使得非值班相关人员也知晓相应的情况，在该智能电子设备5中还设有无线通讯模块55，可将局放报警信息发送至他们的手机上，以便他们第一时间得知情况。
此外，变电站站端的智能电子设备5还应该具备本地存储功能，并支持IEC61850通信协议，能够通过报文方式接受主站对时；同时还应具备信息安全防护隔离、信息安全认证和防火墙装置。
通过上述说明可知，本发明的有益效果在于：本发明的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，一方面，可实时监测SF6气体绝缘变压器内部的放电状况；一方面，较传统外置式的局放监测系统所得到的结果更为精确，同时避免了故障局放信号被金属壳体屏蔽所带来的漏检；一方面，能在局部放电发生的早期及早发现缺陷并处理，避免了局放的发展引发SF6气体绝缘变压器内部故障从而导致发生电网事故。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (17)
1.一种内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，安装于所述SF6气体绝缘变压器上，其特征在于，包括：
安装于所述SF6气体绝缘变压器壳体内部的超高频超声阵列局放传感器组件；
安装于所述SF6气体绝缘变压器的箱壁接口板上的信号采集卡，所述超高频超声阵列局放传感器组件通过光纤连接至所述信号采集卡；
所述微型超高频超声阵列局放传感器组件采集到的信号经过所述信号采集卡过滤和放大后传输至站端智能电子设备内；
所述站端智能电子设备包含图谱生成模块、图谱解析模块、计算定位模块、信息显示模块、无线通讯模块以及报警模块。
2.根据权利要求1所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统通过采集和分析所述SF6气体绝缘变压器内部局部放电位置产生的超声和超高频信号来定位所述局部放电的位置并判定所述局部放电位置处产生的放电类型。
3.根据权利要求2所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述放电类型包括针板放电、沿面放电以及悬浮放电。
4.根据权利要求1所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述超高频超声阵列局放传感器组件以一个微型超高频局放传感器为中心，在所述微型超高频局放传感器的环形周圈上装设一个环形的超声传感器阵列。
5.根据权利要求4所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述环形的超声传感器阵列为12阵元结构，由12个同型号的超声传感器按照时钟方式均匀排布。
6.根据权利要求5所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述微型超高频局放传感器的检测频带为100-1500MHz。
7.根据权利要求6所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述超声传感器采用进口压敏陶瓷，每个阵元间距为半波长5mm。
8.根据权利要求7所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述微型超高频超声阵列局放传感器组件通过四阶积累量的虚拟扩展特性进行虚拟扩展以增大所述阵列的孔径。
9.根据权利要求1所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述箱壁接口板与所述SF6气体绝缘变压器外壳之间设置双层密封圈，使用螺纹固接方式进行密封。
10.根据权利要求1所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述信号采集卡选用16路同步采集卡，通过16芯光纤与所述微型超高频超声阵列局放传感器组件相连。
11.根据权利要求10所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述信号采集卡的滤波范围为200k-20MHz。
12.根据权利要求3所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述图谱生成模块从接收到信号中提取局部放电特征值并生成相应的局部放电图谱。
13.根据权利要求12所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述图谱解析模块将生成的所述局部放电图谱与现有的典型放电图谱进行对比，通过相位、幅值、放电次数、累计放电能量以及频率能量段综合判定出局部放电的类型属于针板放电、沿面放电以及悬浮放电中的哪一种。
14.根据权利要求13所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述计算定位模块利用所述微型超高频局放传感器信号和所述超声传感器阵列信号的时延情况计算出所述放电位置与所述传感器组件的空间距离；通过到达信号频差的算法计算出所述放电位置相对于所述传感器组件的俯仰角度；通过计算得到的所述空间距离和所述俯仰角度对所述放电位置进行综合定位并生成定位空间谱图。
15.根据权利要求14所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述信息显示模块将采集到放电位置的所述相位信息、幅值以及放电次数，生成的所述局部放电图谱以及定位空间谱图，判定出的放电类型等各类信息显示在所述站端的监测平台上。
16.根据权利要求15所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述报警模块根据所述图谱解析模块判定出的放电类型结果进行广播报警。
17.根据权利要求16所述的内置式SF6气体绝缘变压器局放监测系统，其特征在于，所述无线通讯模块将所述报警信息以短信方式传输至相关人员的手机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180724 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |