CN108594093A - 开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置及传感方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置，包括局部放电传感模块、移动轨道机构和轨道控制器，所述局部放电传感模块设置于移动轨道机构上，所述移动轨道机构与轨道控制器连接，所述局部放电传感模块包括特高频局部放电传感器、信号调理单元、嵌入式单片机、通信芯片和电源转换电路，所述特高频局部放电传感器、信号调理单元、嵌入式单片机、通信芯片依次连接，所述电源转换电路实现局部放电传感模块的供电。与现有技术相比，本发明具有能实现开关柜局部放电信号在线监测、信号监测准确、避免现场布线困难等优点。

Description

开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置及传感方法

技术领域

本发明涉及电气设备状态监测与故障诊断领域，尤其是涉及一种开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置及传感方法。

背景技术

随着高压成套配电装置即高压开关柜的广泛应用，变电站占地面积大幅度减少，虽节约了成本，但是给设备的运维提出了新的挑战。与敞开式设备相比，高压开关柜运行空间较封闭，设备绝缘距离较小，防潮、绝缘等问题对开关柜运行影响较大，常规的定期检修停电次数较多，影响对用户供电的可靠性。因此，开展不停电检测/监测的开关柜设备状态检修与运行维护是电网发展的必然选择，也是智能电网建设的必要条件。

根据现有普遍采用的分类标准，配电设备的故障类型可分为拒动故障、误动故障、绝缘故障、开断与关合故障、载流故障以及外力和其他类型的故障。对上述故障实施全面的检测/监测，既不现实也不经济，而应选择故障比率较高的缺陷类型实施有针对性的状态检修。根据中国电科院对1989-1997年间和2004年40.5kV以下电压等级开关设备的故障类型调研结果，绝缘与载流性故障(含障碍)约占30％～53％。而广东电网公司对1992-2002年间开关设备故障类型的统计结果显示，绝缘与载流性故障的比例甚至高达66％。而这两种故障均与放电现象密切相关。近年来，英国电力企业对其使用的中压真空开关所做的故障统计显示，高达44％的故障都可以通过局部放电检测技术检测出来，而85％的破坏性故障都是与局部放电现象相关的。因此，对中压开关设备实施放电检测可显著减少配电设备的故障概率。

目前开关柜不停电检测技术(带电检测技术)的放电性检测应用较为成熟的主要有暂态地电压局部放电检测和超声波局部放电检测。国家电网公司在引入、推广配电设备状态检修技术方面已经做了大量卓有成效的工作。2010年，在充分总结部分省市电力公司试点应用经验的基础上，结合配电设备状态检修工作的深入开展，国家电网公司颁布了《电力设备带电检测技术规范(试行)》和《电力设备带电检测仪器配置原则(试行)》，首次在国家电网公司范围内统一了暂态地电压、超声波和红外热扫描检测的判据、周期和仪器配置标准，上述各项技术得以在国网电网公司范围内全面推广应用。2014年，国网电网公司又修订了《输变电设备状态检修试验规程》，正式将暂态地电压检测技术列为开关柜设备的常规带电检测试验项目之一。同年年底，为进一步规范仪器选型，指导现场检测应用，国网电网公司颁布了《暂态地电压局部放电检测仪技术规范(报批稿)》和《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(报批稿)》，初步建立起完整的暂态地电压检测技术标准体系。

然而，暂态地电压局部放电检测和超声波局部放电检测需要采用接触式测量，仅适用于带电检测，而不适用于在线监测，这也致使高压开关柜的在线监测技术目前尚不成熟，应用较少。因此，在这种情况下，需要发明一种适合高压开关柜绝缘状态在线监测的局部放电传感器，满足开关柜绝缘状态在线监测的需要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置及传感方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置，包括局部放电传感模块、移动轨道机构和轨道控制器，所述局部放电传感模块设置于移动轨道机构上，所述移动轨道机构与轨道控制器连接，

所述局部放电传感模块包括特高频局部放电传感器、信号调理单元、嵌入式单片机、通信芯片和电源转换电路，所述特高频局部放电传感器、信号调理单元、嵌入式单片机、通信芯片依次连接，所述电源转换电路实现局部放电传感模块的供电。

进一步地，所述特高频局部放电传感器为基于锥形天线原理的传感器。

进一步地，所述信号调理单元包括依次连接的阻抗匹配电路、对数放大电路和峰值检波电路，所述阻抗匹配电路与特高频局部放电传感器连接，所述峰值检波电路与嵌入式单片机连接。

进一步地，所述嵌入式单片机内运行有数据处理程序，该数据处理程序包括：

测量控制子程序，用于实现测量启动或停止控制、增益控制和工频相位的获得；

数据采集子程序，用于接收信号调理单元的采集信号，并对该采集信号进行AD变换；

状态监测子程序，用于根据采集信号提取开关柜的特征量。

进一步地，所述通信芯片为Wi-Fi芯片。

进一步地，所述局部放电传感模块通过无线网络连接有监测主机，且该监测主机通过IO卡与轨道控制器连接。

进一步地，所述移动轨道机构包括设置于开关室内的导轨和滑动安装于导轨上的滑块，所述局部放电传感模块设置于滑块上。

一种基于如所述的开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置的传感方法，该方法中，轨道控制器控制移动轨道机构带动局部放电传感模块于开关室内移动或停留，在停留时，局部放电传感模块通过开关柜的压力释放通道监测开关柜各舱室的局部放电信号，局部放电传感模块基于所述局部放电信号提取开关柜的特征量。

进一步地，所述局部放电传感模块基于所述局部放电信号提取开关柜的特征量具体包括：

局部放电传感模块停留时，嵌入式单片机启动特高频局部放电传感器监测局部放电信号，信号调理单元对所述局部放电信号进行电压转换、放大和展宽处理，经嵌入式单片机采集、变换、滤波和计算处理后得到开关柜中局部放电信号的特征量。

进一步地，该方法中，局部放电传感模块通过无线网络将特征量传输给监测主机，监测主机根据所述特征量和由轨道控制器上传的开关柜位置进行故障分析。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明采用特高频智能传感器监测开关柜内部绝缘的放电电磁波信号，实现了开关柜局部放电信号的在线监测，弥补了现有技术只能实行带电检测的缺点。开关柜设备状态在线监测技术不但能准确可靠地反映被监测成套开关设备的实时运行状态，还能根据趋势分析等分析手段对开关设备是否能继续安全稳定运行作出全面科学的判断，掌握其运行状况及特性规律，识别其存在的故障与缺陷，预测并及时处理可能发生的异常问题，真正达到预防为主的目的。

2)本发明采用特高频智能传感器通过开关柜的压力释放通道监测局部放电信号，信号采集准确可靠。

3)本发明的局部放电传感模块将信号耦合、信号调理和数据采集一体化设计，并且采用数字信号传输数据，有效降低了信号传输过程中的干扰污染。

4)本发明采用Wi-Fi无线通信模式，避免了现场布线的困难。

附图说明

图1为本发明局部放电传感模块的结构示意图；

图2为本发明智能传感器数据传输示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供一种开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置，包括局部放电传感模块100、移动轨道机构和轨道控制器200，局部放电传感模块100设置于移动轨道机构上，移动轨道机构与轨道控制器200连接。如图1所示，局部放电传感模块100包括特高频局部放电传感器101、信号调理单元102、嵌入式单片机103、通信芯片104和电源转换电路105，特高频局部放电传感器101、信号调理单元102、嵌入式单片机103、通信芯片104依次连接，电源转换电路105用于将220V的站内交流电转换为5V直流电，实现局部放电传感模块100的供电。

特高频局部放电传感器101为基于锥形天线原理的传感器，实现高灵敏度和宽带宽的特高频局部放电传感器，信号监测准确。由于一般空气绝缘型开关柜内关键绝缘部件采用环氧树脂，相间绝缘为空气，内部放电的频谱范围基本在高频(30MHz以下)和甚高频范围(30MHz～300MHz)内。而气体绝缘型开关柜(充气柜)内充入较低压力的绝缘气体，如压缩空气、SF6、氮气等，绝缘气体的性能高于大气，内部放电的频谱较高，甚至可以达到特高频范围(300MHz～3000MHz)。因此为了满足不同绝缘开关柜类型，智能传感器的带宽设计为100MHz～2GHz，平均等效高度(灵敏度)不小于12mm。

信号调理单元102包括依次连接的阻抗匹配电路、对数放大电路和峰值检波电路，阻抗匹配电路与特高频局部放电传感器连接，峰值检波电路与嵌入式单片机连接。特高频局部放电传感器101测得的局部放电脉冲电流经阻抗匹配电路转换为电压信号，然后被输入到对数放大电路变换为适合AD转换器处理的信号电平，并经峰值检波电路展宽后输入到嵌入式单片机内部的AD变换器模块。

嵌入式单片机103内运行有数据处理程序，该数据处理程序包括：测量控制子程序301，用于实现测量启动或停止控制、增益控制和工频相位的获得；数据采集子程序302，用于接收信号调理单元的采集信号，并对该采集信号进行AD变换；状态监测子程序303，用于根据采集信号提取开关柜的局部放电脉冲的特征量。

通信芯片为Wi-Fi芯片，用于将局部放电传感模块处理后的局部放电数据以及提取的特征量通过无线通信上传给监测主机300。该监测主机300通过IO卡400与轨道控制器200连接。如图2所示，监测主机300通过开入信号接收轨道控制器200上传的开关柜位置信息，并通过开出信号将局部放电信号发送给站内公用测控装置500，实现越限信号的远程传输。监测主机配备后台分析软件，可方便管理数据，查看数据及图谱，对数据进行横向分析和纵向分析；采用多种图谱方式显示测试结果，图谱类型包括PRPD图谱、PRPS图谱、波形图谱(AA)和飞行图谱(AA)；测量结束自动采用智能诊断功能进行故障类型可能性分析，协助检修人员初步诊断故障类型；并将故障告警信息通过远动通道传输至调度端或者远程诊断中心。

本实施例中，移动轨道机构包括设置于开关室内的导轨和滑动安装于导轨上的滑块，局部放电传感模块设置于滑块上。

上述开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置的传感方法中，轨道控制器控制移动轨道机构带动局部放电传感模块于开关室内移动或停留，在停留时，局部放电传感模块通过开关柜的压力释放通道监测开关柜各舱室的局部放电信号，局部放电传感模块停留时，嵌入式单片机启动特高频局部放电传感器监测局部放电信号，信号调理单元对所述局部放电信号进行电压转换、放大和展宽处理，经嵌入式单片机采集、变换、滤波和计算处理后得到开关柜中局部放电信号的特征量。该方法中，局部放电传感模块还通过无线网络将特征量传输给监测主机，监测主机根据所述特征量和由轨道控制器上传的开关柜位置进行故障分析。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置，其特征在于，包括局部放电传感模块、移动轨道机构和轨道控制器，所述局部放电传感模块设置于移动轨道机构上，所述移动轨道机构与轨道控制器连接，

所述局部放电传感模块包括特高频局部放电传感器、信号调理单元、嵌入式单片机、通信芯片和电源转换电路，所述特高频局部放电传感器、信号调理单元、嵌入式单片机、通信芯片依次连接，所述电源转换电路实现局部放电传感模块的供电。

2.根据权利要求1所述的开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置，其特征在于，所述特高频局部放电传感器为基于锥形天线原理的传感器。

3.根据权利要求1所述的开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置，其特征在于，所述信号调理单元包括依次连接的阻抗匹配电路、对数放大电路和峰值检波电路，所述阻抗匹配电路与特高频局部放电传感器连接，所述峰值检波电路与嵌入式单片机连接。

4.根据权利要求1所述的开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置，其特征在于，所述嵌入式单片机内运行有数据处理程序，该数据处理程序包括：

测量控制子程序，用于实现测量启动或停止控制、增益控制和工频相位的获得；

数据采集子程序，用于接收信号调理单元的采集信号，并对该采集信号进行AD变换；

状态监测子程序，用于根据采集信号提取开关柜的特征量。

5.根据权利要求1所述的开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置，其特征在于，所述通信芯片为Wi-Fi芯片。

6.根据权利要求1所述的开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置，其特征在于，所述局部放电传感模块通过无线网络连接有监测主机，且该监测主机通过IO卡与轨道控制器连接。

7.根据权利要求1所述的开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置，其特征在于，所述移动轨道机构包括设置于开关室内的导轨和滑动安装于导轨上的滑块，所述局部放电传感模块设置于滑块上。

8.一种基于如权利要求1所述的开关柜局部放电在线监测特高频智能传感装置的传感方法，其特征在于，该方法中，轨道控制器控制移动轨道机构带动局部放电传感模块于开关室内移动或停留，在停留时，局部放电传感模块通过开关柜的压力释放通道监测开关柜各舱室的局部放电信号，局部放电传感模块基于所述局部放电信号提取开关柜的特征量。

9.根据权利要求8所述的传感方法，其特征在于，所述局部放电传感模块基于所述局部放电信号提取开关柜的特征量具体包括：

局部放电传感模块停留时，嵌入式单片机启动特高频局部放电传感器监测局部放电信号，信号调理单元对所述局部放电信号进行电压转换、放大和展宽处理，经嵌入式单片机采集、变换、滤波和计算处理后得到开关柜中局部放电信号的特征量。

10.根据权利要求8所述的传感方法，其特征在于，该方法中，局部放电传感模块通过无线网络将特征量传输给监测主机，监测主机根据所述特征量和由轨道控制器上传的开关柜位置进行故障分析。