CN109632009A - 一种开关柜的故障监测系统及判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关柜的故障监测系统及判定方法，该系统包括：控制器、显示器、报警器和设置在开关柜内部的多个超声波传感器、振动传感器、红外热像仪和温湿传感器，超声波传感器用于监测开关柜内部局部放电产生的超声波，振动传感器用于监测开关柜因断路器动作而产生的振动信号，红外热像仪用于监测开关柜内部的红外热成像图像，超声波传感器、振动传感器、红外热像仪和温湿传感器分别与控制器的输入端相连接，控制器的输出端分别与显示器、报警器电性连接。本发明提供的开关柜的故障监测系统及判定方法，实时同步监测开关柜运行时的多种特性参数，能够快速、准确地发现故障、判断故障类型并实现局部放电故障定位。

Description

一种开关柜的故障监测系统及判定方法

技术领域

本发明涉及电力设备检测技术领域，特别是涉及一种开关柜的故障监测系统及判定方法。

背景技术

高压开关柜是电力系统中最重要也是最复杂的设备之一，在电力系统的供配电系统中，高压开关设备主要是用于关合及开断电力线路，从而输送及倒换电力负荷，以及从电力系统中退出故障设备和线段，以保证系统安全运行的重要设备。此外，高压开关柜具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能，一旦其发生故障，后果也是非常严重的。最直接的危害是开关柜的保护控制线路算、设备损失、电量损失。间接的危害则是整个电力系统很有可能发生供配电障碍，造成大面积非计划性停电事故的发生，影响正常的生产生活。

目前，国内对于开关柜状态监测系统的研究，开发的这些监测系统只针对开关柜的某个单项性能进行故障诊断，不能同时从绝缘、机械温升等多个角度去考虑开关柜的状态，存在着监测内容单一、数据处理能力欠佳等问题，而对高压开关柜本体综合运行特性及重症监护诊断在线监测研究及成果较少。为此，有必要针对高压开关柜进行常见故障开展综合分析，并对故障类型、故障的严重程度和故障的位置进行了在线监测确定，从而减少人工排查故障检修的人工成本和时间成本，提高现有的检修效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关柜的故障监测系统及判定方法，实时同步监测开关柜运行时的多种特性参数，能够快速、准确地发现故障、判断故障类型并实现局部放电故障定位。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种开关柜的故障监测系统，该系统包括：控制器、显示器、报警器和设置在开关柜内部的监测装置，所述监测装置包括多个超声波传感器、振动传感器、红外热像仪和温湿传感器，所述超声波传感器用于监测所述开关柜内部局部放电产生的超声波，所述振动传感器设置在所述开关柜内部的断路器附近，所述振动传感器用于监测所述开关柜因断路器动作而产生的振动信号，所述红外热像仪用于监测所述开关柜内部的红外热成像图像，所述超声波传感器、振动传感器、红外热像仪和温湿度传感器分别与所述控制器的输入端相连接，所述控制器的输出端分别与所述显示器、报警器电性连接，所述报警器为灯光报警器，所述灯光报警器包括3个LED灯，分别为绝缘故障报警灯、机械故障报警灯和发热故障报警灯，所述绝缘故障报警灯用于报警局部放电故障和温湿度异常故障，所述机械故障灯用于报警振动异常故障，所述发热故障报警灯用于报警红外热成像异常故障和温湿度异常故障。

可选的，所述超声波传感器设置为4个，4个所述超声波传感器设置在所述开关柜内部的不同位置。

可选的，所述控制器为PLC控制器。

可选的，所述开关柜的电源输入端设置有电磁继电器，所述电磁继电器与所述控制器电性连接。

本发明还提供了一种开关柜的故障判定方法，所述方法应用于上述所述的开关柜的故障监测系统，包括以下步骤：

建立各个监测装置的监测数据的基础数据库；

以基础数据库为依据，从中确定各项故障阈值；

采集各个监测装置的监测数据并进行数据预处理；

判断各项数据预处理后监测数据是否超出故障阈值；

如果是，确定故障类型，判断是否存在局部放电故障，所述故障类型包括局部放电故障、红外热成像异常故障、温湿度异常故障和振动异常故障；

如果存在局部放电故障，根据超声波传感器的位置，采用“声-声”定位法进行局部放电故障定位；

通过显示器显示故障类型，并通过与故障类型对应的报警灯发出报警信号。

可选的，所述建立各个监测装置的监测数据的基础数据库，具体包括：建立局部放电信号监测数据库；建立显示开关柜内部发热规律、内部温度场分布和温升状况的红外热成像监测图谱；建立振动信号监测数据库；建立温湿度信号监测数据库。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的开关柜的故障监测系统，在开关柜内部设置了超声波传感器、振动传感器、红外热像仪和温湿传感器等多种检测装置，能够对开关柜带电运行时的局部放电、发热情况、振动以及温湿度等特性参数进行实时在线监测；本发明提供的开关柜的故障判定方法，对开关柜的多项特性参数实施连续在线监测，建立各个监测装置的监测数据的基础数据库，掌握开关柜的运行特性及发展趋势，以基础数据库为依据，从中选取确定各项故障阈值，采用阈值诊断方式，识别存在的故障，判断故障类型；对于局部放电故障，可以通过多个超声波传感器实现“声-声”定位，从而快速、准确地发现故障，为开关柜的维修提供依据，有利于延长开关柜的维修保养周期，提高检修效率，减少维修保养费用。

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为本发明实施例开关柜的故障监测系统的结构框图；

图2为本发明实施例开关柜的故障判定方法的流程图；

附图标记说明：101、高压开关柜；102、超声波传感器；103、红外热像仪；104、振动传感器；105、温湿度传感器；106、控制器；107、显示器；108、报警器。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的目的是提供一种开关柜的故障监测系统及判定方法，实时同步监测开关柜运行时的多种特性参数，能够快速、准确地发现故障、判断故障类型并实现局部放电故障定位。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例开关柜的故障监测系统的结构框图，如图1所示，本发明实施例提供的开关柜的故障监测系统，包括：控制器106、显示器107、报警器108和设置在开关柜101内部的监测装置，所述监测装置包括多个超声波传感器102、振动传感器104、红外热像仪103和温湿传感器105，所述超声波传感器102用于监测所述开关柜101内部局部放电产生的超声波，所述振动传感器104设置在所述开关柜101内部的断路器附近，所述振动传感器104用于监测所述开关柜101因断路器动作而产生的振动信号，所述红外热像仪103用于监测所述开关柜101内部的红外热成像图像，所述超声波传感器102、振动传感器104、红外热像仪103和温湿度传感器105分别与所述控制器106的输入端相连接，所述控制器106的输出端分别与所述显示器107、报警器108电性连接，所述报警器108为灯光报警器，所述灯光报警器包括3个LED灯，分别为绝缘故障报警灯、机械故障报警灯和发热故障报警灯，所述绝缘故障报警灯用于报警局部放电故障和温湿度异常故障，所述机械故障灯用于报警振动异常故障，所述发热故障报警灯用于报警红外热成像异常故障和温湿度异常故障，发生故障后，所述控制器106控制对应的故障灯发亮，其中，发生温湿度异常故障时，绝缘故障报警灯和发热故障报警灯都会亮；所述超声波传感器102可以设置为4个，4个所述超声波传感器102设置在所述开关柜101内部的不同位置，例如，设置在所述开关柜101的四个侧壁；所述控制器106选用PLC控制器，所述开关柜101的电源输入端设置有电磁继电器，所述电磁继电器与所述控制器106电性连接，在发生故障后，所述控制器106可以控制所述电磁继电器自动切断开关柜101的电源。

本发明提供的开关柜的故障监测系统，在开关柜内部设置了超声波传感器、振动传感器、红外热像仪和温湿传感器等多种检测装置，能够对开关柜带电运行时的局部放电、发热情况、振动以及温湿度等特性参数进行实时在线监测。

图2为本发明实施例开关柜的故障判定方法的流程图，如图2所示，本发明实施例提供的开关柜的故障判定方法，包括以下步骤：

步骤201，建立各个监测装置的监测数据的基础数据库；

步骤202，以基础数据库为依据，从中确定各项故障阈值；

步骤203，采集各个监测装置的监测数据并进行数据预处理；

步骤204，判断各项数据预处理后监测数据是否超出故障阈值；

步骤205，如果是，确定故障类型，判断是否存在局部放电故障，所述故障类型包括局部放电故障、红外热成像异常故障、温湿度异常故障和振动异常故障；

步骤206，如果存在局部放电故障，根据超声波传感器的位置，采用“声-声”定位法进行局部放电故障定位；

步骤207，通过显示器显示故障类型，并通过与故障类型对应的报警灯发出报警信号。

其中，步骤201具体包括：建立局部放电信号监测数据库，建立显示开关柜内部发热规律、内部温度场分布和温升状况的红外热成像监测图谱，建立振动信号监测数据库，建立温湿度信号监测数据库；由于工作环境和条件的不同，不同的开关柜的故障阈值可能不同，步骤201中的基础数据库是在一定时间内对待监测开关柜的各项监测数据，能够反映出开关柜在特定的工作环境、工作条件下的工作状态，其中包括了开关柜正常运行时的数据以及出现故障时的数据；在步骤202中，以上述基础数据库为依据，从中确定各项故障阈值，具体指的是，参考基础数据库中统计出的故障临界点，得出故障阈值的经验值，从而科学地确定各项故障阈值；在步骤203中，数据预处理指的是对监测数据进行降噪、滤波、清理异常值、纠正错误数据等；在步骤206中，根据超声波传感器的位置，采用“声-声”定位法进行局部放电故障定位，具体包括：选用某一超声波传感器为参考探头，以此为基准，测量同一局部放电超声波信号传播到其他超声波传感器时对应于该参考探头的相对时差，将该组相时差带入满足该组超声波传感器集合关系的一组方程求解，即可求出局部放电点的几何位置坐标；如果步骤205中判断出没有局部放电故障，即可以直接进行步骤207，显示故障类型并报警；如果步骤205中判断出存在局部放电故障，即通过步骤206进行局部放电故障定位，之后再进行步骤207。

本发明提供的开关柜的故障判定方法，对开关柜的多项特性参数实施连续在线监测，建立各个监测装置的监测数据的基础数据库，掌握开关柜的运行特性及发展趋势，以基础数据库为依据，从中选取确定各项故障阈值，采用阈值诊断方式，识别存在的故障，判断出现哪方面的故障；对于局部放电故障，可以通过多个超声波传感器实现“声-声”定位，从而快速、准确地发现故障、判断故障类型并实现局部放电故障定位，为开关柜的维修提供依据，从而延长维修保养周期，提高检修效率，减少维修保养费用。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种开关柜的故障监测系统，其特征在于，包括：控制器、显示器、报警器和设置在开关柜内部的监测装置，所述监测装置包括多个超声波传感器、振动传感器、红外热像仪和温湿传感器，所述超声波传感器用于监测所述开关柜内部局部放电产生的超声波，所述振动传感器设置在所述开关柜内部的断路器附近，所述振动传感器用于监测所述开关柜因断路器动作而产生的振动信号，所述红外热像仪用于监测所述开关柜内部的红外热成像图像，所述超声波传感器、振动传感器、红外热像仪和温湿度传感器分别与所述控制器的输入端相连接，所述控制器的输出端分别与所述显示器、报警器电性连接，所述报警器为灯光报警器，所述灯光报警器包括3个LED灯，分别为绝缘故障报警灯、机械故障报警灯和发热故障报警灯，所述绝缘故障报警灯用于报警局部放电故障和温湿度异常故障，所述机械故障灯用于报警振动异常故障，所述发热故障报警灯用于报警红外热成像异常故障和温湿度异常故障。

2.根据权利要求1所述的开关柜的故障监测系统，其特征在于，所述超声波传感器设置为4个，4个所述超声波传感器设置在所述开关柜内部的不同位置。

3.根据权利要求1所述的开关柜的故障监测系统，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。

4.根据权利要求1所述的开关柜的重症带电检测系统，其特征在于，所述开关柜的电源输入端设置有电磁继电器，所述电磁继电器与所述控制器电性连接。

5.一种开关柜的故障判定方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-4任意一项所述的开关柜的故障监测系统，所述方法包括以下步骤：

建立各个监测装置的监测数据的基础数据库；

以基础数据库为依据，从中确定各项故障阈值；

采集各个监测装置的监测数据并进行数据预处理；

判断各项数据预处理后监测数据是否超出故障阈值；

如果是，确定故障类型，判断是否存在局部放电故障，所述故障类型包括局部放电故障、红外热成像异常故障、温湿度异常故障和振动异常故障；

如果存在局部放电故障，根据超声波传感器的位置，采用“声-声”定位法进行局部放电故障定位；

通过显示器显示故障类型，并通过与故障类型对应的报警灯发出报警信号。

6.根据权利要求5所述的开关柜的故障判定方法，其特征在于，所述建立各个监测装置的监测数据的基础数据库，具体包括：建立局部放电信号监测数据库；建立显示开关柜内部发热规律、内部温度场分布和温升状况的红外热成像监测图谱；建立振动信号监测数据库；建立温湿度信号监测数据库。