CN110095716A - 基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试系统及测试方法，包含主机测试单元，双传感器，计算机；传感器安装于支架，且传感器面向待测高压开关；主机测试单元包括两个输入通道，使用射频线分别将两个传感器与主机测试单元的输入端连接起来；主机测试单元控制端口为USB，通过USB线连接主机测试单元与计算机。本发明传感器与开关本体无机械与电气联系，测量不需对开关本体作任何改动，无需停电，无需接线，可十分便捷的进行在线测量；测量精度很高，可达ns量级，远高于现有行程法的0.01ms的精度；可同时对开关的机械特性及灭弧特性进行评估。

Description

基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试系统及测试 方法

技术领域

本发明涉及电气设备在线检测领域，尤其涉及一种基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试系统及测试方法。

背景技术

近年来，电力系统对供电的可靠性和经济性提出了愈来愈高的要求。高压输变电设备的安全运行已成为影响电力系统安全、稳定、经济运行的重要因素。高压开关在电网中数量庞大，起着控制和保护的作用，其发生故障时会直接引起电网事故或进一步扩大事故，造成相当大的经济及社会损失。如何对高压开关的工作状态进行有效的检测，及时发现开关的早期缺陷，对有缺陷部位提前进行处理，防止开关爆炸等恶性事故的发生，对于保障电网的安全可靠运行有着十分重要的意义。

当前高压开关特性检测主要针对机械性能进行检测，主要方法包括电秒表法、示波器法及动特性仪法，灭弧特性的检测主要采用电寿命法。

当前高压开关特性测试技术存在的问题，1)无法在线进行检测，当前所有的测试方法都需要在开关断口上接线，这样所有的测试手段都必须停电，将开关退出运行，都不可能实现在线监测。高压开关实际运行中，开断与闭合开关过程均有负荷电流引起的电动力的参与。当高压开关存在某种缺陷时，当离线测试的结果可能满足相关要求，从而掩盖了缺陷。但由于电动力的存在，存在缺陷的开关带负荷进行分断与闭合时，其时间参数就很可能不满足相关要求，继而引起开关事故。2)测量周期长，由于无法在线测量，高压开关特性测试只能在停电期间进行，测试间隔长，数据缺乏连续性，无法及时反映开关性能的变化。3)接线复杂，传统特性参数测量需要断开开关与系统的连接，在各端口两端接线，还要在开关的操作控制回路中接线，对于大型的多断口高压开关来说，接线点多，需要登高操作，在运行中的变电站，安全风险大。4)无法测量灭弧特性，仅能使用电寿命检测对开关的灭弧性能进行定性判断，无法反映突变状况。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试系统及测试方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试系统，包含主机测试单元，双传感器，计算机；传感器安装于支架，且传感器面向待测高压开关；主机测试单元包括两个输入通道，使用射频线分别将两个传感器与主机测试单元的输入端连接起来；主机测试单元控制端口为USB，通过USB线连接主机测试单元与计算机。

进一步地，主机测试单元包括采集单元，采集传感器收集的射频信号；数据上传模块，将采集单元的数据上传计算机。

进一步地，传感器为等角螺旋天线。

一种基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试方法，包括步骤：

(1)将传感器安装于支架，且传感器接受面朝向待测开关；

(2)使用射频线分别将传感器与主机测试单元的输入端连接起来，同时通过USB线连接主机与计算机；

(3)打开测试软件，触发值设置为0，此时系统为自动触发；点击“开始测量”按钮，采集当前噪声信号，确定当前噪声幅值；

(4)点击“触发值”参考当前的噪声幅值调节触发值；点击“开始测量”，如需保存数据，点击“保存数据”按钮，激活数据保存状态；

(5)测试完成，退出软件。

进一步地，所述测试软件包括：

(1)项目名称区；

(2)计算结果，该结果为采集数据后分析计算得出，分别为导通/关断首相与导通/关断末相的时间差，即三相不同期时间；

(3)开始测量区，开始采集的触发键，重复点击为取消；开始测量后功能区除“保存数据”按钮，其它按钮均被禁用；

(4)显示区，该部分为采集数据后分析所得三相不同期时间；

(5)功能区，包括保存数据、查看数据、分析计算、退出；

(6)参数设置区，包括触发值、触发通道、阈值。

有益效果：本发明主要有以下优点：1)传感器与开关本体无机械与电气联系，测量不需对开关本体作任何改动，无需停电，无需接线，可十分便捷的进行在线测量；2)测量精度很高，可达ns量级，远高于现有行程法的0.01ms的精度；3)可同时对开关的机械特性及灭弧特性进行评估。

附图说明

图1是测试流程软件示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

针对当前高压开关特性检测中的不足，本发明基于射频信号特征对高压开关特性进行非接触式测试及性能评估。其技术原理是：开关开断时，瞬间触头间的开关电弧会激发很高频率的电磁波，此电磁波信号可反映开关的性能。在瓷柱式开关中，这种电磁波将透过电瓷材料向四周传播。在瓷柱式开关四周布置射频天线即可接收这种电磁波，从而实现开关性能的非接触式测量及评估。

本发明所述的基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试系统，包含主机测试单元，传感器，计算机。由于高压开关开断与闭合的过程很短，为保证信号捕捉的成功率，采用双传感器同时测量的方式。传感器安装于支架，且传感器面向待测高压开关。

主机测试单元包括两个输入通道，使用射频线分别将两个传感器与主机测试单元的输入端连接起来。主机测试单元控制端口为USB，通过USB线连接主机测试单元与计算机。

高压开关开断与闭合的射频信号特征研究结果表明，其辐射的射频信号频域很广，因此传感器的检测频率设定为300MHz-2GHz，放大器增益为40dB，以便最大程度的耦合信号能量并避开变电站的固有干扰。传感器为等角螺旋天线，是局部放电检测中普遍采用的成熟传感器形式。

为了降低对数据采集系统的要求，射频信号经传感器检波后进入主机测试单元的采集系统，100MHz的采样率可以满足采样需求。

主机测试单元包括采集单元，采集传感器收集的射频信号；数据上传模块，将采集单元的数据上传计算机。

基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试流程，包括步骤：

1)将传感器安装于支架，且传感器接受面朝向待测开关；

2)使用射频线分别将传感器与主机测试单元的输入端连接起来，同时通过USB线连接主机与计算机；

3)打开测试软件，触发值设置为0，此时系统为自动触发；点击“开始测量”按钮，采集当前噪声信号，确定当前噪声幅值；

4)点击“触发值”参考当前的噪声幅值调节触发值(一般为噪声最大幅值的1.5倍)；点击“开始测量”，如需保存数据，点击“保存数据”按钮，激活数据保存状态；

5)测试完成，退出软件。

如图1所示，测试软件分为6个区域，各区域功能如下：

1)项目名称区，项目名称为新建项目中线路名称，

2)计算结果，该结果为采集数据后由分析计算得出，分别为导通/关断首相与导通/关断末相的时间差，即三相不同期时间；

3)开始测量区，开始采集的触发键，重复点击为取消；开始测量后功能区除“保存数据”按钮，其它按钮均被禁用；

4)显示区，该部分为采集数据后分析所得三相不同期时间；

5)功能区；

保存数据：开始采集后选择是否保存数据，单击为激活，激活状态下呈闪烁；

查看数据：浏览查看已保存数据；

分析计算：根据参数设置区“阈值”自动计算各通道三相峰值及不同期时间；

退出：退出软件；

6)参数设置区；

触发值：采集时触发值，触发机制采用触发式采集，非触发状态不采集正式采集过程中为避免误触发，触发值应当高于噪声水平；

触发通道：选择触发的通道；

阈值：设置分析计算时的阈值，分析时幅值在“阈值”之下信号将不计入分析结果中。测试背景时阈值会显示此时所采集噪声的正态分布值。

同传统的高压开关特性测量方法比较，射频法主要有以下优点：

1)传感器与开关本体无机械与电气联系，测量不需对开关本体作任何改动，无需停电，无需接线，可十分便捷的进行在线测量；

2)测量精度很高，可达ns量级，远高于现有行程法的0.01ms的精度；

3)可同时对开关的机械特性及灭弧特性进行评估。

Claims (5)

1.一种基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试系统，其特征在于，包含主机测试单元，双传感器，计算机；传感器安装于支架，且传感器面向待测高压开关；主机测试单元包括两个输入通道，使用射频线分别将两个传感器与主机测试单元的输入端连接起来；主机测试单元控制端口为USB，通过USB线连接主机测试单元与计算机。

2.根据权利要求1所述的基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试系统，其特征在于，主机测试单元包括采集单元，采集传感器收集的射频信号；数据上传模块，将采集单元的数据上传计算机。

3.根据权利要求1所述的基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试系统，其特征在于，传感器为等角螺旋天线。

4.一种基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试方法，其特征在于，包括步骤：

(1)将传感器安装于支架，且传感器接受面朝向待测开关；

(2)使用射频线分别将传感器与主机测试单元的输入端连接起来，同时通过USB线连接主机与计算机；

(3)打开测试软件，触发值设置为0，此时系统为自动触发；点击“开始测量”按钮，采集当前噪声信号，确定当前噪声幅值；

(4)点击“触发值”参考当前的噪声幅值调节触发值；点击“开始测量”，如需保存数据，点击“保存数据”按钮，激活数据保存状态；

(5)测试完成，退出软件。

5.根据权利要求4所述的基于射频信号特征的高压开关特性非接触式测试方法，其特征在于，所述测试软件包括：

(1)项目名称区；

(2)计算结果，该结果为采集数据后分析计算得出，分别为导通/关断首相与导通/关断末相的时间差，即三相不同期时间；

(3)开始测量区，开始采集的触发键，重复点击为取消；开始测量后功能区除“保存数据”按钮，其它按钮均被禁用；

(4)显示区，该部分为采集数据后分析所得三相不同期时间；

(5)功能区，包括保存数据、查看数据、分析计算、退出；

(6)参数设置区，包括触发值、触发通道、阈值。