CN108732478A - 基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及电气设备监测技术领域，具体而言，涉及一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统及方法，用于对开关柜的绝缘状态进行监测，该系统包括：特高频穿心电流传感器、放大处理器、智能电子设备和监测主站，特高频穿心电流传感器安装于一带电显示器信号线，特高频穿心电流传感器与放大处理器电连接，特高频穿心电流传感器用于从带电显示器信号线采集开关柜在局部放电时产生的脉冲电流信号，将脉冲电流信号传输至放大处理器。放大处理器、智能电子设备和监测主站之间通信连接，用于对脉冲电流信号进行放大、转换、采样处理和故障诊断。采用该系统及方法能够准确、可靠地对开关柜进行局部放电在线监测。

Description

基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统 及方法

技术领域

本发明实施例涉及电气设备监测技术领域，具体而言，涉及一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统及方法。

背景技术

开关柜作为一种重要的电气设备，主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中实现对用电设备的开合、控制和保护。因此，开关柜的正常运作对整个电力系统的安全、可靠运行起着重要作用。

开关柜局部放电是开关柜常见的一种绝缘缺陷，但是现有技术大多难以准确、可靠地对开关柜进行局部放电在线监测。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统及方法，能够准确、可靠地对开关柜进行局部放电在线监测。

本发明实施例提供了一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，用于对开关柜的绝缘状态进行监测，所述系统包括：特高频穿心电流传感器、放大处理器、智能电子设备和监测主站；

所述特高频穿心电流传感器安装于一带电显示器信号线，并电连接于所述放大处理器，其中，所述带电显示器信号线非接触地穿过所述特高频穿心电流传感器；所述特高频穿心电流传感器用于从所述带电显示器信号线采集开关柜在局部放电时产生的脉冲电流信号，将所述脉冲电流信号传输至所述放大处理器；

所述放大处理器与所述智能电子设备通信连接；所述放大处理器用于接收所述脉冲电流信号，对所述脉冲电流信号进行放大，将放大之后的脉冲电流信号转化为光信号，将所述光信号传输至所述智能电子设备；

所述智能电子设备与所述监测主站通信连接；所述智能电子设备用于接收所述光信号，对所述光信号进行采样获得采样信号，将所述采样信号传输至所述监测主站；

所述监测主站用于接收所述采样信号，根据所述采样信号进行故障诊断，获得诊断结果。

可选地，所述特高频穿心电流传感器包括纳米晶铁芯。

可选地，所述纳米晶铁芯的内径为21mm，外径为64mm。

可选地，所述纳米晶铁芯在工作频带为300MHz时的初始相对磁导率为10000，饱和磁感应强度为1.25T。

可选地，所述纳米晶铁芯在工作频带大于300MHz时的电阻率为90μΩ/cm。

可选地，所述特高频穿心电流传感器在工作频带为5MHz～550MHz之间时的传输阻抗大于5Ω。

可选地，所述特高频穿心电流传感器的副边设置有铜线，所述铜线的直径为0.6mm，所述铜线的匝数为六。

可选地，所述放大处理器的工作频带为100MHz～800MHz。

可选地，所述放大处理器的放大增益为50dB。

本发明实施例还提供了一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测方法，应用于上述基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，所述方法包括：

特高频穿心电流传感器从带电显示器信号线采集开关柜在局部放电时产生的脉冲电流信号，将所述脉冲电流信号传输至放大处理器；

所述放大处理器接收所述脉冲电流信号，对所述脉冲电流信号进行放大，将放大之后的脉冲电流信号转化为光信号，将所述光信号传输至智能电子设备；

所述智能电子设备用于接收所述光信号，对所述光信号进行采样获得采样信号，将所述采样信号传输至监测主站；

所述监测主站接收所述采样信号，根据所述采样信号故障诊断，获得诊断结果。

本发明实施例提供的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统及方法，特高频穿心电流传感器安装于带电显示器信号线，能够第一时间从带电显示器信号线采集开关柜在局部放电时产生的脉冲电流信号，放大处理器、智能电子设备和监测主站依次对脉冲电流信号进行处理，能够实现对开关柜绝缘状态的在线监测。脉冲电流信号的获取方式具有较高的灵敏度和抗干扰能力，因此能够保证基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测的准确率和灵敏度，又由于特高频穿心电流传感器与一次高压回路没有任何电气连接，因此能够避免绝缘风险，提高基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测的可靠性，且不会影响到开关柜的绝缘性能。

进一步地，特高频穿心电流传感器包括内径为21mm、外径为64mm的纳米晶铁芯，特高频穿心电流传感器的副边设置有直径为0.6mm、匝数为六的铜线，如此设置，能够保证纳米晶铁芯在工作频带为300MHz时的初始相对磁导率为10000，饱和磁感应强度为1.25T，在工作频带大于300MHz时的电阻率为90μΩ/cm，还能够保证特高频穿心电流传感器在工作频带为5MHz～550MHz之间时的传输阻抗大于5Ω，进而提升开关柜局部放电的检测灵敏度。

进一步地，放大处理器的工作频带为100MHz～800MHz，放大增益为50dB，能够对脉冲电流信号进行有效放大和转换，进而确保开关柜局部放电在线监测的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统的结构示意图。

图2为本发明实施例所提供的一种脉冲电流信号采集的原理图。

图3为本发明实施例所提供的一种特高频穿心电流传感器的传输阻抗曲线图。

图4为本发明实施例所提供的一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测方法的流程示意图。

图5为一实施方式中图4所示的步骤S24包括的子步骤的示意图。

图6为一实施方式中图4所示的步骤S24包括的子步骤的示意图。

图标：

100-基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统；

1-开关柜；11-母线；12-电缆芯；13-电缆绝缘套；14-应力锥；15-应力锥外套；16-感应电极；17-壁板；

2-带电显示器信号线；

3-带电显示器；

4-特高频穿心电流传感器；

5-放大处理器；

6-智能电子设备；

7-监测主站。

具体实施方式

发明人经调查发现，在开关柜状态监测中，大多采用暂态地电压、非接触式超声波以及柜外特高频法进行巡检。由于暂态地电压和非接触式超声波灵敏度有限，而且抗干扰能力较弱，现场使用效果并不理想。柜外特高频法由于传感器布置在开关柜的金属柜体外部，只能接受从柜体缝隙处泄露出的局部放电特高频信号，因此监测灵敏度也大大降低。因此，目前的带电监测巡检很难发现开关柜内部的一些早期缺陷，而且带电巡检通常存在长至半年的监测周期，对于一些开关柜内发展较快的缺陷，巡检存在天然的短板，因此对于一些重要的开关柜设备进行局部放电在线监测意义重大。

发明人针对基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测继续进行分析，发现目前基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测的大多数解决方案是通过在开关柜柜体外壁的玻璃观察窗附近增设外置特高频传感器或在外壁固定布置暂态地电压传感器，这种方式在传感器供能及信号传输方面存在诸多不便，而且对于SF6气体绝缘的开关柜或观察窗内装设有屏蔽网的开关柜，这种传感器布置灵敏度极低。此外，也有一些解决方案将传感器置于开关柜内，但这种方式存在绝缘风险，因此很少被采纳。

由此可见，现有技术大多难以准确、可靠地对开关柜进行局部放电在线监测。

以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。

基于上述研究，本发明实施例提供了一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统及方法，能够准确、可靠地对开关柜进行局部放电在线监测。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了本发明实施例所提供的一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统100的结构示意图，由图可见，基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统100包括特高频穿心电流传感器4、放大处理器5、智能电子设备6和监测主站7。该基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统100用于对开关柜的绝缘状态进行监测，在本实施例中，主要对开关柜1进行局部放电监测，其中，开关柜1与带电显示器3通过带电显示器信号线2连接，带电显示器信号线2将开关柜1中的工频电流传输到带电显示器3，带电显示器3对工频电流进行识别，进而实现开关柜1的带电显示。

本方案正是基于开关柜1、带电显示器信号线2和带电显示器3进行改进，能够提高基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测的准确性和安全性。具体地，特高频穿心电流传感器4套设于带电显示器信号线2，并与放大处理器5通过电缆电连接，放大处理器5与智能电子设备6通过光纤通信连接，智能电子设备6和监测主站7通过以太网通信连接。可以理解，带电显示器信号线2非接触地穿过特高频穿心电流传感器4。

其中，特高频穿心电流传感器4用于感应开关柜1在局部放电时产生的脉冲电流信号，并从带电显示器信号线2采集开关柜1在局部放电时产生的脉冲电流信号，将脉冲电流信号传输至放大处理器5。放大处理器5用于接收脉冲电流信号，对脉冲电流信号进行放大，将放大之后的脉冲电流信号转化为光信号，将光信号传输至智能电子设备6。智能电子设备6用于接收光信号，对光信号进行采样获得采样信号，将采样信号传输至监测主站7。监测主站7用于接收采样信号，根据采样信号获得局部放电特征参数和局部放电特征图，根据局部放电特征参数和局部放电特征图进行故障诊断，获得诊断结果。

由于特高频穿心电流传感器4设置于带电显示器信号线2，能够第一时间从带电显示器信号线2采集开关柜1在局部放电时产生的脉冲电流信号，提高了采集灵敏度和准确性，进一步地，特高频穿心电流传感器4没有设置在开关柜内而设置在二次继保隔室内，与一次高压回路没有任何关联，能够避免绝缘风险，保证开关柜的绝缘性能，提高抗干扰能力。此外，这种方式安装方便，既适用于在运开关柜的改造，也适合新建开关柜的成套配置。

在本实施例中，特高频穿心电流传感器4可以为非接触式的特高频穿心电流传感器，非接触式的特高频穿心电流传感器采用内径为21mm、外径为64mm的纳米晶铁芯，且该非接触式的特高频穿心电流传感器的副边设置有直径为0.6mm、匝数为六的铜线，如此设置，能够保证纳米晶铁芯在工作频带为300MHz时的初始相对磁导率为10000，饱和磁感应强度为1.25T，在工作频带大于300MHz时的电阻率为90μΩ/cm，还能保证特高频穿心电流传感器4在工作频带为5MHz～550MHz之间时的传输阻抗大于5Ω(如图3所示)，进而提升开关柜局部放电的检测灵敏度。

在本实施例中，放大处理器的工作频带为100MHz～800MHz，放大增益为50dB，能够对脉冲电流信号进行有效放大和转换，进而确保开关柜局部放电在线监测的准确率。

进一步地，本发明实施例还提供了一种脉冲电流信号采集的原理图，如图2所示，在本实施例中，开关柜1包括但不限于母线11、电缆芯12、电缆绝缘套13、应力锥14、应力锥外套15、感应电极16和壁板17。

其中，母线11与电缆芯12电连接，应力锥14套设于电缆芯12，电缆芯12的一部分、应力锥14的一部分和母线11位于壁板17的第一侧；进一步地，应力锥外套15包裹于应力锥14的另一部分，应力锥14的另一部分包裹于电缆绝缘套13，电缆绝缘套13套设于电缆芯12位于壁板17的第二侧的部分，可以理解，应力锥14的另一部分、应力锥外套15和电缆绝缘套13也位于壁板17的第二侧，其中，第二侧与第一侧相对。

请继续参阅图2，感应电极16设置于应力锥14和应力锥外套15之间，感应电极16与带电显示器信号线2电连接。进一步地，感应电极16和电缆芯12形成耦合电容，当开关柜1内部发生局部放电时，母线11上出现高频暂态，母线11和耦合电容共同作用，产生一(高频)脉冲电流信号，该脉冲电流信号通过带电显示器信号线2流向特高频穿心电流传感器4。可以理解，感应电极16设置于应力锥14和应力锥外套15之间，并与电缆芯12形成耦合电容，在实现对脉冲电流信号传输的前提下保证了绝缘性能，由图2还可以看出，特高频穿心电流传感器4没有与开关柜1内的任意一个部件接触，进一步避免了绝缘风险，保证了在采集脉冲电流信号时的抗干扰能力。

基于上述说明，如图4所示，本发明实施例还提供了一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测方法，应用于上述基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，下面对该方法的实现步骤进行说明：

步骤S21，特高频穿心电流传感器从带电显示器信号线采集开关柜在局部放电时产生的脉冲电流信号，将脉冲电流信号传输至放大处理器。

步骤S22，放大处理器接收脉冲电流信号，对脉冲电流信号进行放大，将放大之后的脉冲电流信号转化为光信号，将光信号传输至智能电子设备。

步骤S23，智能电子设备用于接收光信号，对光信号进行采样获得采样信号，将采样信号传输至监测主站。

在本实施例中，采样率为50Ms/S。

步骤S24，监测主站接收采样信号，根据采样信号获得局部放电特征参数和局部放电特征图，根据局部放电特征参数和局部放电特征图进行故障诊断，获得诊断结果。

可以理解，由于特高频穿心电流传感器能够实时、准确地获得脉冲电流信号，因此放大处理器、智能电子设备和监测主站能够对脉冲电流信号进行处理，进而对开关柜进行准确、可靠的局部放电在线监测。

请结合参阅图5，本实施例中通过步骤S241和步骤S242列举了步骤S24的其中一种实现方式。

步骤S241，根据采样信号获得脉冲电流信号的幅值、相位和放电频次。

可以理解，采样信号包括多个局部放电表征参数，例如，监测主站可以根据采样信号获得脉冲电流信号的幅值、相位和放电频次等表征参数。

步骤S242，根据幅值、相位和放电频次生成放电谱图、工频周期放电图和放电发展趋势图。

进一步地，监测主站可以幅值、相位和放电频次生成放电谱图、工频周期放电图和放电发展趋势图，并将这些图谱进行显示，还可以根据这些图谱进行故障诊断，请结合参阅图6，本实施例中通过步骤S243、步骤S244和步骤S245列举了步骤S24的其中一种实现方式。

步骤S243，根据放电谱图、工频周期放电图和放电发展趋势图分析获得开关柜在局部放电时的局部放电指标。

其中，局部放电指标包括局部放电模式、局部放电缺陷的严重程度和发展趋势。

步骤S244，判断局部放电指标是否超过预设指标。

若超过预设指标，转向步骤S245。若没有超过预设指标，可以将局部放电指标进行存储。

步骤S245，生成报警信号并发送。

可以理解，若局部放电指标超过预设指标，监控主站可以判定此次放电显著异常，此时可以生成报警信号并发送，为之后的诊断提供基础判据。

可选地，监控主站还可以将获得的幅值、相位、放电频次、放电谱图、工频周期放电图、放电发展趋势图以及诊断结果进行存储，便于后期的历史查询，还可以根据这些参数和图谱生成报表，还可以对预设指标进行调整，实现监测数据分析与预警的综合故障诊断管理。

综上，本发明实施例所提供的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统及方法，基于对特高频穿心电流传感器和放大处理器的改进，能够准确、可靠地对开关柜进行局部放电在线监测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，其特征在于，用于对开关柜的绝缘状态进行监测，所述系统包括：特高频穿心电流传感器、放大处理器、智能电子设备和监测主站；

所述特高频穿心电流传感器安装于一带电显示器信号线，并电连接于所述放大处理器，其中，所述带电显示器信号线非接触地穿过所述特高频穿心电流传感器；所述特高频穿心电流传感器用于从所述带电显示器信号线采集开关柜在局部放电时产生的脉冲电流信号，将所述脉冲电流信号传输至所述放大处理器；

所述放大处理器与所述智能电子设备通信连接；所述放大处理器用于接收所述脉冲电流信号，对所述脉冲电流信号进行放大，将放大之后的脉冲电流信号转化为光信号，将所述光信号传输至所述智能电子设备；

所述智能电子设备与所述监测主站通信连接；所述智能电子设备用于接收所述光信号，对所述光信号进行采样获得采样信号，将所述采样信号传输至所述监测主站；

所述监测主站用于接收所述采样信号，根据所述采样信号进行故障诊断，获得诊断结果。

2.根据权利要求1所述的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，其特征在于，所述特高频穿心电流传感器包括纳米晶铁芯。

3.根据权利要求2所述的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，其特征在于，所述纳米晶铁芯的内径为21mm，外径为64mm。

4.根据权利要求3所述的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，其特征在于，所述纳米晶铁芯在工作频带为300MHz时的初始相对磁导率为10000，饱和磁感应强度为1.25T。

5.根据权利要求4所述的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，其特征在于，所述纳米晶铁芯在工作频带大于300MHz时的电阻率为90μΩ/cm。

6.根据权利要求1所述的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，其特征在于，所述特高频穿心电流传感器在工作频带为5MHz～550MHz之间时的传输阻抗大于5Ω。

7.根据权利要求1所述的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，其特征在于，所述特高频穿心电流传感器的副边设置有铜线，所述铜线的直径为0.6mm，所述铜线的匝数为六。

8.根据权利要求1所述的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，其特征在于，所述放大处理器的工作频带为100MHz～800MHz。

9.根据权利要求8所述的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，其特征在于，所述放大处理器的放大增益为50dB。

10.一种基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测方法，其特征在于，应用于上述权利要求1～9任意一项所述的基于特高频穿心电流传感器的开关柜局部放电在线监测系统，所述方法包括：

特高频穿心电流传感器从带电显示器信号线采集开关柜在局部放电时产生的脉冲电流信号，将所述脉冲电流信号传输至放大处理器；

所述放大处理器接收所述脉冲电流信号，对所述脉冲电流信号进行放大，将放大之后的脉冲电流信号转化为光信号，将所述光信号传输至智能电子设备；

所述智能电子设备用于接收所述光信号，对所述光信号进行采样获得采样信号，将所述采样信号传输至监测主站；

所述监测主站接收所述采样信号，根据所述采样信号故障诊断，获得诊断结果。