CN108414901A - 一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置及方法 - Google Patents

一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置及方法 Download PDF

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朱启龙
钱国超
刘红文
李�昊
潘浩
岳刚
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Abstract

本申请公开了一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置及方法，分别采集流入开关柜内的电流信号、开关柜母线相对地电压信号和开关柜入地高频电流信号；然后这些信号进入示波器中显示出电流信号的波形和电压信号的波形，再由处理器对电流信号的波形和电压信号的波形进行处理分析，进一步判断开关柜内是否发生故障，故障的类型以及故障发生位置。本申请实施例提供的装置及方法，可以根据故障发生时电流及电压的特征及波形变化的特点，判断出开关柜内的故障情况，为维持人员提供很好的维修指导，避免产生不必要的损失，同时也节省维修时间。

Description

一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置及方法
技术领域
本申请涉及分析及测量控制技术领域，尤其涉及一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置及方法。
背景技术
开关柜是一种电气设备，在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合控制和保护用电设备。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等。开关柜的分类方法很多，如通过断路器安装的方式可以分为移开式开关柜和固定式开关柜；或按照柜体结构的不同，可分为敞开式开关柜、金属封闭开关柜和金属封闭铠装式开关柜；根据电压等级不同又可分为高压开关柜、中压开关柜和低压开关柜等。开关柜主要适用于发电厂、变电站、厂矿企业、住宅小区、高层建筑等各种不同场合。
近年来，开关柜由于各种原因发生内部故障而被严重损坏，开关柜的内部电弧故障已成为开关柜使用中的常见问题。现代电力系统对电能质量的要求越来越高，而开关柜作为电力系统中非常重要的电气设备，相应的对开关柜的可靠性也提出了更高的要求。实际运行经验表明，造成开关柜内部故障的原因很多，尽管采取了各种加强开关柜的措施，开关柜损坏仍时有发生。在实际工作中，维修人员也会遇见不同的电气绝缘故障，电气故障的产生是千奇百怪的，排除故障的方法及方式只能根据故障的具体情况而定，也没有什么严格的模式及方法，对部分维修人员来说会感到困难，在排除故障的过程中，往往会走不少弯路，甚至造成较大损失。
发明内容
本申请提供了一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置及方法，以解决目前对于开关柜的电气绝缘故障检测难度大和故障难以确定的问题。
一方面，本申请提供了一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置，包括：
电子式电流互感器，用于采集流入开关柜内的电流信号；
电子式电压互感器，用于采集开关柜母线相对地电压信号；
高频电流传感器，用于采集开关柜入地高频电流信号；
示波器，用于采集所述电子式电流互感器、所述电子式电压互感器和所述高频电流传感器所采集到的电流信号和电压信号，以及，显示所述电流信号的波形和所述电压信号的波形；
处理器，用于获取所述示波器采集到的所述电流信号的波形和所述电压信号的波形，以及，对所述电流信号的波形和所述电压信号的波形处理分析，根据所述分析结果，判断开关柜内的故障类型和故障位置。
可选的，开关柜电气绝缘故障在线监测装置还包括同轴电缆；所述同轴电缆，用于连接所述电子式电流互感器与所述示波器、所述电子式电压互感器与所述示波器，和，所述高频电流传感器与所述示波器。
可选的，开关柜电气绝缘故障在线监测装置还包括通信双绞线；所述通信双绞线，用于连接所述示波器与所述处理器。
可选的，所述处理器为后台计算机；所述后台计算机用于获取所述示波器采集到的所述电流信号的波形和所述电压信号的波形，以及，对所述电流信号的波形和所述电压信号的波形处理分析，根据所述分析结果，判断开关柜内的故障类型和故障位置。
另一方面，本申请提供了一种开关柜电气绝缘故障在线监测方法，包括：
电子式电流互感器采集流入开关柜内的电流信号；
电子式电压互感器采集开关柜母线相对地电压信号；
高频电流传感器采集开关柜入地高频电流信号；
示波器采集所述电子式电流互感器、所述电子式电压互感器和所述高频电流传感器所采集到的电流信号和电压信号，以及，显示所述电流信号的波形和所述电压信号的波形；
处理器获取所述示波器采集到的所述电流信号的波形和所述电压信号的波形，以及，对所述电流信号的波形和所述电压信号的波形处理分析，根据所述分析结果，判断开关柜内的故障类型和故障位置。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置及方法，分别采集流入开关柜内的电流信号、开关柜母线相对地电压信号和开关柜入地高频电流信号；然后这些信号进入示波器中显示出电流信号的波形和电压信号的波形，再由处理器对电流信号的波形和电压信号的波形进行处理分析，进一步判断开关柜内是否发生故障，故障的类型以及故障发生位置。本申请实施例提供的装置及方法，可以根据故障发生时电流及电压的特征及波形变化的特点，判断出开关柜内的故障情况，为维持人员提供很好的维修指导，避免产生不必要的损失，同时也节省维修时间。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施案例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置的结构图；
图2为本申请实施例提供的一种开关柜电气绝缘故障在线监测方法的流程图。
图示说明：
1-电子式电流互感器；2-电子式电压互感器；3-高频电流传感器；4-示波器；5-处理器；6-同轴电缆；7-通信双绞线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，本申请实施例提供一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置，包括：
电子式电流互感器1，用于采集流入开关柜内的电流信号；
电子式电压互感器2，用于采集开关柜母线相对地电压信号；
高频电流传感器3，用于采集开关柜入地高频电流信号；
示波器4，用于采集电子式电流互感器1、电子式电压互感器2和高频电流传感器3所采集到的电流信号和电压信号，以及，显示电流信号的波形和电压信号的波形；
处理器5，用于获取示波器4采集到的电流信号的波形和电压信号的波形，以及，对电流信号的波形和电压信号的波形处理分析，根据分析结果，判断开关柜内的故障类型和故障位置。
首先，分别由电子式电流互感器1、电子式电压互感器2和高频电流传感器3采集流入开关柜内的电流信号、开关柜母线相对地电压信号和开关柜入地高频电流信号；然后这些信号进入示波器4中显示出电流信号的波形和电压信号的波形，再由处理器5对电流信号的波形和电压信号的波形进行处理分析，进一步判断开关柜内是否发生故障，故障的类型以及故障发生位置。本申请实施例提供的装置，可以根据故障发生时电流及电压的特征及波形变化的特点，判断出开关柜内的故障情况，为维持人员提供很好的维修指导，避免产生不必要的损失，同时也节省维修时间。
可选的，开关柜电气绝缘故障在线监测装置还包括同轴电缆6；同轴电缆6用于连接电子式电流互感器1与示波器4、电子式电压互感器2与示波器4，和，高频电流传感器3与示波器4。同轴电缆6常用于设备与设备之间的连接，或应用在总线型网络拓扑中。同轴电缆6的中心轴线是一条铜导线，外加一层绝缘材料，在这层绝缘材料外边是由一根空心的圆柱网状铜导体包裹，最外一层是绝缘层。电磁场封闭在内外导体之间，故辐射损耗小，受外界干扰影响小。
可选的，开关柜电气绝缘故障在线监测装置还包括通信双绞线7；通信双绞线7，用于连接示波器4与处理器5。双绞线是综合布线工程中最常用的传输介质，是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消，有效降低信号干扰的程度。
可选的，处理器5为后台计算机；后台计算机用于获取示波器4采集到的电流信号的波形和电压信号的波形，以及，对电流信号的波形和电压信号的波形处理分析，根据分析结果，判断开关柜内的故障类型和故障位置。
本申请实施例提供的装置，可以根据故障发生时电流及电压的特征及波形变化的特点，判断出开关柜内的故障情况，为维持人员提供很好的维修指导，避免产生不必要的损失，同时也节省维修时间。
另一方面，参见图2，本申请实施例提供一种开关柜电气绝缘故障在线监测方法，包括：
步骤101，电子式电流互感器1采集流入开关柜内的电流信号；
步骤102，电子式电压互感器2采集开关柜母线相对地电压信号；
步骤103，高频电流传感器3采集开关柜入地高频电流信号；
步骤104，示波器4采集电子式电流互感器1、电子式电压互感器2和高频电流传感器3所采集到的电流信号和电压信号，以及，显示电流信号的波形和电压信号的波形；
步骤105，处理器5获取示波器4采集到的电流信号的波形和电压信号的波形，以及，对电流信号的波形和电压信号的波形处理分析，根据分析结果，判断开关柜内的故障类型和故障位置。
本申请实施例提供的方法，可以根据故障发生时电流及电压的特征及波形变化的特点，判断出开关柜内的故障情况，为维持人员提供很好的维修指导，避免产生不必要的损失，同时也节省维修时间。
具体的，以检测开关柜中的电弧故障为例来进一步解释本申请实施例中提供的开关柜电气绝缘故障在线监测装置及方法：
引起电弧故障的原因很多种，但主要可以概括为以下三点：
1、绝缘碳化
在很多情况下都能形成碳化路径，例如：将两个电极放在电缆绝缘层上，对电极通以高电压，就可以直接在电缆表面形成电弧；潮湿的绝缘表面和污染物综合作用导致绝缘表面有漏电流流通，逐渐形成碳化路径，最终使绝缘碳化。
2、空气电离
燃烧和预电弧都能电离空气。如果配电母线发生严重的电弧故障，首先会喷出大量的电离气体，这些电离气体会飞出一定距离，这时遇到另外一条线路，就很容易引起空气分解导致电弧产生。而且燃烧会使空气介电强度降低，使空气更容易发生电离。
3、短路
短路有两种形式：一种是金属性短路；另一种是电弧性短路。后者是由于导体暂时性接触引发的，起初触点周围的金属物质逐渐融化，磁场力趋向拉开接触的导线，从而液体桥断开。
发生电弧故障时电弧的电压和电流波形的特点为进行电弧故障的判别提供了依据，但是一般说来电弧具有动态特征，当电弧发生时，电极中的一些材料会挥发出来，一些材料会被燃烧掉，导致电弧导电性不断发生变化，在此情况下电弧往往会在前半个周期点燃，而后半个周期熄灭。电弧的电压和电流特性不会持续的出现，总是断断续续，时有时无。
经过对大量电弧波形的研究发现，所有电弧都具有一些共同的特性：
1、电压和电流的波形包含有高频噪声；
2、沿电弧有电压降；
3、除有设备进行补偿的情况,由于沿电弧有电压降,对同一条线路的同一点上电弧电流低于非电弧电流；
4、电弧电流的上升速率一般高于正常电流；
5、电弧电流的每一个半周期波都在正常电流的过零点前熄灭,再过零点后复燃,在每半个周波形成一段几乎是平的零电流区域.把它命名为“平肩部”；
6、电压波形接近于矩形；
7、电弧通常是散布于正常电流之间零星闪波。
处理器5从示波器4中获取电流信号的波形和电压信号的波形，根据以上电弧的特性，对波形及数据进行分析和比较，根据具体的分析结果，可以判断出开关柜内电弧故障具体发生的原因和电弧故障发生的位置。为维修人员提供较为准确的故障的信息，方便维修人员进行维修。当然,处理器5可以根据一种特性进行故障分析，也可以根据多种特性共同分析，以使得分析结果更加准确。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置及方法，分别采集流入开关柜内的电流信号、开关柜母线相对地电压信号和开关柜入地高频电流信号；然后这些信号进入示波器4中显示出电流信号的波形和电压信号的波形，再由处理器5对电流信号的波形和电压信号的波形进行处理分析，进一步判断开关柜内是否发生故障，故障的类型以及故障发生位置。本申请实施例提供的装置及方法，可以根据故障发生时电流及电压的特征及波形变化的特点，判断出开关柜内的故障情况，为维持人员提供很好的维修指导，避免产生不必要的损失，同时也节省维修时间。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (5)

1.一种开关柜电气绝缘故障在线监测装置，其特征在于，包括：
电子式电流互感器(1)，用于采集流入开关柜内的电流信号；
电子式电压互感器(2)，用于采集开关柜母线相对地电压信号；
高频电流传感器(3)，用于采集开关柜入地高频电流信号；
示波器(4)，用于采集所述电子式电流互感器(1)、所述电子式电压互感器(2)和所述高频电流传感器(3)所采集到的电流信号和电压信号，以及，显示所述电流信号的波形和所述电压信号的波形；
处理器(5)，用于获取所述示波器(4)采集到的所述电流信号的波形和所述电压信号的波形，以及，对所述电流信号的波形和所述电压信号的波形处理分析，根据所述分析结果，判断开关柜内的故障类型和故障位置。
2.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，还包括同轴电缆(6)；所述同轴电缆(6)，用于连接所述电子式电流互感器(1)与所述示波器(4)、所述电子式电压互感器(2)与所述示波器(4)，和，所述高频电流传感器(3)与所述示波器(4)。
3.根据权利要求2所述的在线监测装置，其特征在于，还包括通信双绞线(7)；所述通信双绞线(7)，用于连接所述示波器(4)与所述处理器(5)。
4.根据权利要求3所述的在线监测装置，其特征在于，所述处理器(5)为后台计算机；所述后台计算机用于获取所述示波器(4)采集到的所述电流信号的波形和所述电压信号的波形，以及，对所述电流信号的波形和所述电压信号的波形处理分析，根据所述分析结果，判断开关柜内的故障类型和故障位置。
5.一种开关柜电气绝缘故障在线监测方法，其特征在于，包括：
电子式电流互感器(1)采集流入开关柜内的电流信号；
电子式电压互感器(2)采集开关柜母线相对地电压信号；
高频电流传感器(3)采集开关柜入地高频电流信号；
示波器(4)采集所述电子式电流互感器(1)、所述电子式电压互感器(2)和所述高频电流传感器(3)所采集到的电流信号和电压信号，以及，显示所述电流信号的波形和所述电压信号的波形；
处理器(5)获取所述示波器(4)采集到的所述电流信号的波形和所述电压信号的波形，以及，对所述电流信号的波形和所述电压信号的波形处理分析，根据所述分析结果，判断开关柜内的故障类型和故障位置。
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