CN110068750A - 基于无线网络的gis局部放电特高频法监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，主要包括：依次串接的信号获取单元、数据收集及分析单元、信号传输单元和主机显示单元，信号获取单元用以获取局部放电信号，包括依次串接的UHF天线、放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路；所述的检波电路的输出端连接数据收集及分析单元；数据收集及分析单元用于采集局部放电数据并进行分析、判断和存储，采用计算机或高速ARM芯片作为主处理器，所述的主处理器通过串口连接至信号传输单元。本发明通过将采集结果无线传输至数据分析单元可以实现对GIS状态的实时监测，做到放电故障的及时发现和排除。
Description
技术领域
本发明涉及一种GIS局部放电检测技术，特别是涉及一种通过在线特高频法局部放电检测，能够随时检测运行中的GIS发生局部放电水平的变化状态，并通过无线网络传输至上位机，进而从多个角度描述GIS局部放电特征。
背景技术
随着城市电网建设的发展，GIS变电站的数量不断增加，GIS的内部空间极为有限，工作场强很高，且绝缘裕度相对较小，GIS内部一旦出现绝缘缺陷，会造成设备故障，从而引起的停电时间较长，国内已经发生了数起较为严重的GIS事故，过去那种认为GIS设备免维护的观点已不被认同，GIGRE调查表明，半数以上的GIS故障是可以预先发现的，GIS属于封闭式设备，为了实现在线检测且不影响GIS的运行状态，国内外的电力运行单位都倾向于采用非侵入式检测。在众多非侵入式检测方法中，目前以超声波检测法及特高频法最为前沿。
特高频检测法(ultra high frequency,UHF)是指电力设备内发生局部放电时的电流脉冲(上升沿为纳秒级)能在内部激励频率高达数GHz的电磁波，通过检测这种电磁波信号来实现局部放电检测。特高频检测法检测频段高(通常为300-3000MHz)，具有抗干扰能力强，检测灵敏度高等优点，可用于电力设备局部放电类缺陷的检测、定位和故障类型识别。
Zigbee串口模块是基于Zigbee2007/PRO协议栈的2.4G Zigbee无线串口透明传输通信模块。模块基于TI高性能低功耗的2.4G射频收发芯片CC2530及大功率低噪声射频前端芯片CC2591，实现极易使用、全透明、高稳定、超低功耗、超远距离、超大规模Zigbee无线传感网络的组网。
发明内容
本发明的目的是克服现有检测手段中的不足，提供一种能够同时利用特高频法及其无线传感器网络技术，对GIS局部放电进行在线监测的基于无线网路的特高频法局部放电监测系统。
本发明所采用的技术方案是：一种基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，主要包括：依次串接的信号获取单元、数据收集及分析单元、信号传输单元和主机显示单元，其中：
信号获取单元用以获取局部放电信号，包括依次串接的UHF天线、放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路；
所述UHF天线采用由阿基米德螺旋和平面等角螺线复合的外置型天线；
所述的检波电路的输出端连接数据收集及分析单元；
数据收集及分析单元用于采集局部放电数据并进行分析、判断和存储，采用计算机或高速ARM芯片作为主处理器，所述的主处理器通过串口连接至信号传输单元；
数据传输单元用于采集局部放电数据并进行无线传输，采用微处理器芯片(Microprogrammed Control Unit,MCU)作为主处理器，并通过串口通信，搭载Zigbee发送模块完成对数据的无线传输，所述数据采集传输单元的输出端连接射频(RadioFrequency,RF)天线，通过无线连接至主机的Zigbee接收模块的串口；
所述主机显示单元用于获取从数据传输单元传过来的数据，并进行局部放电相位谱图和脉冲序列相位谱图的描点，将结果显示在人机界面上，并可进行数据存储和读取。
UHF天线采用一端为BNC接头，另一端为高频RF头的传输线。
放大电路采用两个型号为ADL5545芯片串联实现的二级放大。
滤波电路为三阶巴特沃斯高通滤波器，截止频率设定为300MHz。
检波电路由SMS7630高频二极管串联RC充放电电路构成。
数据采集及分析单元还设置有串口通信端口。
有益效果
本发明的基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，具有如下优点和有益效果：
(1)能解决目前局部放电在线监测中所用传感器灵敏度低、干扰严重的缺点；实现实时且精准的GIS局部放电监测信息采集。
(2)上位机分析软件功能强大，具有数据库和分析模块，能够查阅历史信息，并从各个方面分析局部放电特征，并进行模式识别。
(3)具备数据保存功能，可进行回放和图像保存，具有可视化降噪功能，可设定阈值和采集间隔时间。
(4)完全数字化显示，界面更直观、简洁，功能全面
(5)与现有检测技术相比，本发明检测安全、迅速、准确，便于工作人员操作诊断，采用特高频检测法可以有效的检测出GIS内部局部放电严重程度，通过将采集结果无线传输至数据分析单元可以实现对GIS状态的实时监测，做到放电故障的及时发现和排除。
附图说明
图1是试验特高频天线安置图；
图2是本发明的UHF信号采集装置结构框图；
图3是本发明的主机显示单元结构框图；
图4是本发明的主机界面。
具体实施方式
下面结合附图给出具体实例，进一步说明本发明的基于无线网络的GIS局部放电监测系统是如何实现的。
本发明基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，通过在线GIS局部放电监测，实现实时监测运行的GIS局部放电水平的状态变化，从多个角度描述GIS的局部放电特征。
图4是本发明的主机界面。
本发明的技术方案包括：依次串接的信号获取单元、数据收集及分析单元、信号传输单元和主机显示单元。图3是本发明的主机显示单元结构框图。其中，信号获取单元用以获取局部放电信号，包括依次串接的UHF天线、放大电路、滤波电路以、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路。图1是试验特高频天线安置图，图2是本发明的UHF信号采集装置结构框图。
当GIS内部发生局部放电时，产生脉冲电流，电流脉冲上升时间及持续时间仅为纳秒(nS)级别,该电流脉冲将激发除电磁波，该电磁波可以从GIS上的盘式绝缘子处泄露出来，采用特高频传感器测量绝缘缝隙处的电磁波，然后根据接收信号强度来分析局部放电的严重程度。所述的数据采集及分析单元还设置有串口通信端口，可实现将监测结果进行网络传输，实现远程控制和诊断，及时了解被测电力电缆的局部放电情况。
信号传输单元进行远距离传输，包括有GPRS发射装置和接收GPRS发射装置信号的GPRS接收装置，所述的GPRS发射装置的信号输入端连接数据采集及分析单元的串口通信端口，所述的GPRS接收装置的输出端连接人机界面；
测量到的信号输入GPRS发射装置，经GPRS网络进行传播，远距离传输至GPRS接收装置，然后进入下一级处理单元，即人机界面。
人机界面用于显示整个系统的监测结果和实现远程参数设定和控制。直观的显示整个系统的监测结果，包括局部放电是否存在，局部放电信号强弱等，可以直观输出PRPD、PRPS以及放电统计，为运行人员提供参考。工作人员通过此界面实现对于局部放电监测系统的相关设定、操作。
电源采用外置锂电池供电，方便拆卸进行充电。
本发明的基于无线网络的GIS局部放电地电波监测系统，具体的使用环境及其方法如下。
1、使用环境
海拔高度：≤1000m
工作温度：-25℃-45℃
工作湿度：0-91％，无凝露
无火灾、爆炸危险，严重污秽化学腐蚀、剧烈振动、强电磁干扰及雷击场所被测设备要良好接地
2、使用方法
运用特高频检测方法进行GIS局部放电的现场检测时，要采取正确的测量方法。由于变电站的电力设备也产生电磁波，可能会对检测过程产生影响，因此检测前需要采取一些抗干扰的措施，比如尽可能的关闭干扰源，例如通讯设备、强光源等。
UHF天线耦合从放电处传导出来的电磁波信号，经过放大滤波处理后通过检波电路进而得到可以送至ARM的有效采集脉冲信号，经过A/D数模转换后，经UART串口传至Zigbee模块，通过RF天线无线传输送至主机显示单元；同时主机还提供人机界面和数据存储和查询功能，并实时输出PRPD和PRPS谱图。
Claims (7)
1.基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，主要包括：依次串接的信号获取单元、数据收集及分析单元、信号传输单元和主机显示单元，其特征在于，其中信号获取单元用以获取局部放电信号，包括依次串接的UHF天线、放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路；
所述的检波电路的输出端连接数据收集及分析单元；
数据收集及分析单元用于采集局部放电数据并进行分析、判断和存储，采用计算机或高速ARM芯片作为主处理器，所述的主处理器通过串口连接至信号传输单元；
数据传输单元用于采集局部放电数据并进行无线传输，采用微处理器芯片MCU作为主处理器，并通过串口通信，搭载Zigbee发送模块完成对数据的无线传输，所述数据采集传输单元的输出端连接射频天线，通过无线连接至主机的Zigbee接收模块的串口；
所述主机显示单元用于获取从数据传输单元传过来的数据，并进行局部放电相位谱图和脉冲序列相位谱图的描点，将结果显示在人机界面上，并可进行数据存储和读取。
2.根据权利要求1所述的基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，其特征在于，所述UHF天线采用由阿基米德螺旋和平面等角螺线复合的外置型天线。
3.根据权利要求1所述的基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，其特征在于，UHF天线采用一端为BNC接头，另一端为高频RF头的传输线。
4.根据权利要求1所述的基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，其特征在于，放大电路采用两个型号为ADL5545芯片串联实现的二级放大。
5.根据权利要求1所述的基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，其特征在于，滤波电路为三阶巴特沃斯高通滤波器，截止频率设定为300MHz。
6.根据权利要求1所述的基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，其特征在于，检波电路由SMS7630高频二极管串联RC充放电电路构成。
7.根据权利要求1所述的基于无线网络的GIS局部放电特高频法监测系统，其特征在于，数据采集及分析单元还设置有串口通信端口。
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