CN110389287A - 一种高压开关柜内绝缘放电的预警方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高压开关柜内绝缘放电的预警方法和系统。系统包括:若干个传感装置和上位机,若干个传感装置配置于高压开关柜内,用于监测高压开关柜内的臭氧含量;上位机与所述传感装置通讯连接,用于接收所述多个传感装置发送的臭氧含量监测数据,并根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警。本发明主要针对高压开关柜内因电晕、爬电、火花产生的臭氧的含量为监测对象,跟踪臭氧含量实时值和变化趋势,在上位机进行数据分析和预警判断,本方法具有抗干扰能力强、诊断置信度高、覆盖放电故障种类多等特点。
Description
技术领域
本发明涉及配电网系统中电气设备在线监测和故障诊断领域,尤其涉及一种高压开关柜内绝缘放电的预警方法和系统。
背景技术
高压开关柜是中压配电系统中的较常使用的开关设备,其将一次设备、保护装置、二次设备、计量设备等设备集合于高压开关柜内部,用于配电网功率投切和开关保护。金属封闭式高压开关柜内部结构复杂,主要包括了母线室、出线电缆室、继电器及仪表室等结构,母线位于母线室,接地开关、互感器等位于出线电缆室,保护装置、计量设备等均位于继电器及仪表室。柜内的一次设备包括了互感器、接地开关、隔离开关、高压断路器、高压熔断器、穿墙套管、母线等,二次设备包括了继电器、空气开关、电能表等,内部主要采用空气-固体绝缘,运行中的高压开关柜处于紧闭状态。
电力设备内绝缘在电气、机械、热场等因素作用下不断发生老化、劣化过程,进而演变为设备绝缘故障,此外,在实际的设备制造、安装、运行过程中的装配失误、运行震动等因素导致设备结构不合理、表面毛刺、加工精度不足、零部件错位甚至是脱落等很多情况都会造成高压开关柜内部发生局部放电。设备内由于悬浮电位、绝缘表面状态异常、局部场集中等缺陷引起的局部放电是绝缘故障的前期表现形式,是威胁开关设备内部绝缘安全的重要因素,因此对高压开关柜内局部放电的在线监测或带电检测是配电网电力运行维护的主要措施之一。
目前以电磁波、超声波及高频电流为对象的局部放电检测手段应用较多,但其容易受到电磁、回路及声波干扰,并且上述信号受制于高压开关柜内部复杂结构,信号在柜内发生多次折反射后将发生衰减,导致现场局放检测置信度较低,信噪难甄别,甚至发生误判、漏判等问题。
发明内容
本发明针对现有技术中局部放电检测手段的不足,提供一种高压开关柜内绝缘放电的预警方法和系统。
第一方面,本申请提供了一种高压开关柜内绝缘放电的预警方法,包括:
接收配置于高压开关柜内的多个传感装置发送的臭氧含量监测数据;
根据所述臭氧含量监测数据进行数据分析和预警。
优选的,所述根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警包括:
计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据的平均值A,并检测所述平均值A与测量阈值S1的大小关系;
当A<S1时,计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与对应历史平均值的相对增量Δm%,所述S1为测量阈值;
若Δm%≤100%,则确定高压开关柜为正常状态;
若100%<Δm%≤200%,则确定高压开关柜为异常状态;
若Δm%>200%,则确定高压开关柜为危险状态;
当A≥S1时,判断各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与正常阈值S2和异常阈值S3之间的大小关系;
若P<S2,则确定高压开关柜为正常状态;
若S2<P≤S3,则确定高压开关柜为关注状态;
若P>S3,则确定高压开关柜为异常状态。
优选的,所述在确定高压开关柜为关注状态之后,所述根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警还包括:
计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与对应历史平均值的相对偏差Δp%;
当Δp%>50%时,判断确定高压开关柜为危险状态。
优选的,在所述在确定高压开关柜为关注状态之后,所述根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警还包括:
当高压开关柜为异常状态和危险状态时,向用户终端发送提示信息。
第二方面,本申请还提供了一种高压开关柜内绝缘放电的预警系统,其特征在于,包括:
若干个传感装置,所述若干个传感装置配置于高压开关柜内,用于监测高压开关柜内的臭氧含量;
上位机,所述上位机与所述传感装置通讯连接,用于接收所述多个传感装置发送的臭氧含量监测数据,并根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警。
优选的,所述上位机包括通讯模块、计算模块和存储模块,所述计算模块与所述通讯模块和所述存储模块电连接,其中,
所述通讯模块,用于将所述多个传感装置发送的臭氧含量监测数据发送至计算模块;
所述存储模块用于存储各个传感装置发送的臭氧含量监测数据;
所述计算模块用于计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据的平均值A,并检测所述平均值A与测量阈值S1的大小关系;
当A<S1时,计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与对应历史平均值的相对增量Δm%,所述S1为测量阈值;
若Δm%≤100%,则确定高压开关柜为正常状态;
若100%<Δm%≤200%,则确定高压开关柜为异常状态;
若Δm%>200%,则确定高压开关柜为危险状态;
当A≥S1时,判断各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与正常阈值S2和异常阈值S3之间的大小关系;
若P<S2,则确定高压开关柜为正常状态;
若S2<P≤S3,则确定高压开关柜为关注状态;
若P>S3,则确定高压开关柜为异常状态。
优选的,所述传感装置包括:传感模块、中央处理模块、无线传输模块和电源管理模块,其中,
所述传感模块还包括依次电相连的臭氧传感器、信号预处理器和A/D转换器;
中央处理模块还包括ARM处理器和存储器,所述ARM处理器分别与所述A/D转换器和所述存储器电连接;
所述电源管理模块分别与所述传感模块、所述中央处理模块和所述无线传输模块电连接。
优选的,所述若干个传感装置分别配置于高压开关柜内的高压母线室、电缆室及手车室。
优选的,所述传感模块为电化学臭氧传感器,其检测精度小于20ppm,尺寸小于25*25mm2。
优选的,所述系统还包括用户终端,当高压开关柜为异常状态和危险状态时,上位机向用户终端发送提示信息。
本发明主要针对高压开关柜内因电晕、爬电、火花产生的臭氧的含量为监测对象,跟踪臭氧含量实时值和变化趋势,在上位机进行数据分析和预警判断,本方法具有抗干扰能力强、诊断置信度高、覆盖放电故障种类多等特点。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍,显而易见的,对于本领域技术人员而言,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的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高压开关柜内绝缘放电的预警系统的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种传感装置的分布示意图;
图3为本发明实施例提供的一种传感装置的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的一种上位机的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的一种高压开关柜内绝缘放电的预警方法流程图;
图6为本发明实施例提供的一种步骤S200的方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将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,都应当属于本发明的保护范围。
在空气氛围下的各类局部放电过程中,氧分子受到电子的激发而获得能量,并互相发生弹性碰撞,聚合成臭氧分子,高压开关柜内异常放电的初始阶段会产生大量臭氧,不但可通过检测臭氧的含量判断是否发生了放电类故障,并且可通过对臭氧含量的持续跟踪来分析放电发展程度。臭氧传感器利用被测气体在传感器工作电极和对电极上发生相应的氧化还原反应并释放电荷,通过外电路形成电流,电流大小与气体浓度成正比,从而实现对目标气体的定量测量,相比紫外探测法,臭氧传感器使用长寿命、尺寸小、灵敏度高,特别适用于高压开关柜内封闭结构中臭氧含量的连续监测。
基于上述臭氧传感器的应用原理,本发明提出一种基于臭氧密度跟踪监测的高压开关柜内绝缘放电预警方法和系统,采用非电接触、非电量的电化学探测手段,实现对高压开关柜绝缘放电的跟踪监测。
请参考图1,所示分别为本发明实施例提供的一种高压开关柜内绝缘放电的预警系统的结构示意图。由图1可见,该系统包括:配置于高压开关柜1内的若干个传感装置3和上位机2,上位机2与所述传感装置3通讯连接,用于接收所述多个传感装置发送的臭氧含量监测数据,并根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警。
本系统在高压开关柜1的关键位置配置多个传感装置3,以提高本系统监测结果的准确性。请参考图2,所示分别为本发明实施例提供的一种传感装置的分布示意图。由图2可见,本实施例中,所述高压开关柜1包括高压母线室、电缆室及手车室,在所述高压母线室、所述电缆室及所述手车室内均配置有一个传感装置(图2中A、B、C为传感装置的部署位置)。电缆室内的传感装置位于互感器的上方,接地开关的右侧。当然,在所述高压母线室、所述电缆室及所述手车室内也可以配置2-3个传感装置。
请参考图3,所示分别为本发明实施例提供的一种传感装置的结构示意图。由图3可见,该传感装置包括:传感模块31、中央处理模块32、无线传输模块33和电源管理模块34,其中,所述传感模块31还包括依次电相连的臭氧传感器311、信号预处理器312和A/D转换器313;中央处理模块32还包括ARM处理器321和存储器322,所述ARM处理器321分别与所述A/D转换器313和所述存储器322电连接;所述电源管理模块34分别与所述传感模块31、所述中央处理模块32和所述无线传输模块33电连接,用于为所述传感模块31、所述中央处理模块32和所述无线传输模块33供电。本实施例中,采用长寿命(大于5年)、小尺寸(小于25*25mm2)、高精度(<20ppm)的电化学臭氧传感器对各类绝缘放电(电晕、爬电、火花)产生的臭氧含量进行监测,跟踪放电状态。
请参考图4,所示分别为本发明实施例提供的一种上位机的结构示意图。由图4可见,所述上位机2包括通讯模块21、计算模块22和存储模块23,所述计算模块22与所述通讯模块21和所述存储模块23电连接,其中,所述通讯模块21,用于将所述多个传感装置发送的臭氧含量监测数据发送至计算模块;所述存储模块23用于存储各个传感装置发送的臭氧含量监测数据;所述计算模块22用于根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警。
在本申请优选实施例中,当计算模块22检测到高压开关柜为异常状态和危险状态时,上位机可通过通讯模块21向用户终端4发送提示信息,以便工作人员能够及时发现高压开关柜存在的局部放电风险。
本系统的工作流程如下:在ARM处理器321的控制下,臭氧传感器311实时采集高压开关柜内臭氧含量,经过信号预处理器31处理后,由A/D转换器313进行模数转换,转换后的臭氧含量监测数据通过无线传输模块33传输至上位机的通讯模块21,通讯模块21将臭氧含量监测数据发送至计算模块22,计算模块22进行数据分析和预警,并通过通讯模块21将异常状态和危险状态等预警结果发送至用户终端4。本实施例中,信号预处理器312为电压放大器。
基于上述高压开关柜内绝缘放电的预警系统,本申请还提供了一种高压开关柜内绝缘放电的预警方法。该方法的执行主体为上位机,具体为上位机的计算模块。请参考图5,所示分别为本发明实施例提供的一种高压开关柜内绝缘放电的预警方法流程图。由图5可见,该方法包括如下步骤:
步骤S100:接收配置于高压开关柜内的多个传感装置发送的臭氧含量监测数据;
步骤S200:根据所述臭氧含量监测数据进行数据分析和预警。
请参考图6,所示分别为本发明实施例提供的一种步骤S200的方法流程图。由图6可见,步骤S200包括如下步骤:
步骤S201:计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据的平均值A,并检测所述平均值A与测量阈值S1的大小关系。本实施例中,S1可以取正常空气臭氧含量的5倍,即1.7ppm。当A<S1时,启动横向分析,当A≥S1时,启动定值判断。
步骤S202:当A<S1时,计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与对应历史平均值的相对增量Δm%。如传感装置A发送的臭氧含量监测数据P为1.5ppm,传感装置A检测到的高压开关柜内臭氧含量的历史平均值为1.3ppm,则臭氧含量的相对增量Δm%为(1.5ppm-1.3ppm)/1.3ppm=15.38%。如传感装置为第一次应用于本系统,暂无臭氧含量的历史平均值数据,则可将该传感装置在初始化时对一定时间(如5分钟)内的臭氧含量进行测量求平均值作为历史平均值。
步骤S203:若Δm%≤100%,则确定高压开关柜为正常状态。
步骤S204:若100%<Δm%≤200%,则确定高压开关柜为异常状态。
步骤S205:若Δm%>200%,则确定高压开关柜为危险状态。
步骤S206:当A≥S1时,判断各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与正常阈值S2和异常阈值S3之间的大小关系。本实施例中,S2可取2ppm,S3可取3.3ppm,S2和S3可通过实验室放电试验确定。
步骤S207:若P<S2,则确定高压开关柜为正常状态。
步骤S208:若S2<P≤S3,则确定高压开关柜为关注状态。
步骤S209:若P>S3,则确定高压开关柜为异常状态。
优选的,在步骤S208之后,步骤S200还包括:
步骤S2010:计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与对应历史平均值的相对偏差Δp%;ΔP%=(当前测试值-历史平均值)/历史平均值。
步骤S2011:当Δp%>50%时,判断确定高压开关柜为危险状态。
优选的,步骤S200还包括:当高压开关柜为异常状态和危险状态时,向用户终端发送提示信息,以便工作人员能够及时发现高压开关柜存在的局部放电风险。
本发明主要针对高压开关柜内因电晕、爬电、火花产生的臭氧的含量为监测对象,跟踪臭氧含量实时值和变化趋势,在上位机进行数据分析和预警判断,本方法具有抗干扰能力强、诊断置信度高、覆盖放电故障种类多等特点。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将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,都应当属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高压开关柜内绝缘放电的预警方法,其特征在于,包括:
接收配置于高压开关柜内的多个传感装置发送的臭氧含量监测数据;
根据所述臭氧含量监测数据进行数据分析和预警。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警包括:
计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据的平均值A,并检测所述平均值A与测量阈值S1的大小关系;
当A<S1时,计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与对应历史平均值的相对增量Δm%,所述S1为测量阈值;
若Δm%≤100%,则确定高压开关柜为正常状态;
若100%<Δm%≤200%,则确定高压开关柜为异常状态;
若Δm%>200%,则确定高压开关柜为危险状态;
当A≥S1时,判断各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与正常阈值S2和异常阈值S3之间的大小关系;
若P<S2,则确定高压开关柜为正常状态;
若S2<P≤S3,则确定高压开关柜为关注状态;
若P>S3,则确定高压开关柜为异常状态。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在确定高压开关柜为关注状态之后,所述根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警还包括:
计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与对应历史平均值的相对偏差Δp%;
当Δp%>50%时,判断确定高压开关柜为危险状态。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述在确定高压开关柜为关注状态之后,所述根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警还包括:
当高压开关柜为异常状态和危险状态时,向用户终端发送提示信息。
5.一种高压开关柜内绝缘放电的预警系统,其特征在于,包括:
若干个传感装置,所述若干个传感装置配置于高压开关柜内,用于监测高压开关柜内的臭氧含量;
上位机,所述上位机与所述传感装置通讯连接,用于接收所述多个传感装置发送的臭氧含量监测数据,并根据所述臭氧状态数据进行数据分析和预警。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述上位机包括通讯模块、计算模块和存储模块,所述计算模块与所述通讯模块和所述存储模块电连接,其中,
所述通讯模块,用于将所述多个传感装置发送的臭氧含量监测数据发送至计算模块;
所述存储模块用于存储各个传感装置发送的臭氧含量监测数据;
所述计算模块用于计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据的平均值A,并检测所述平均值A与测量阈值S1的大小关系;
当A<S1时,计算各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与对应历史平均值的相对增量Δm%,所述S1为测量阈值;
若Δm%≤100%,则确定高压开关柜为正常状态;
若100%<Δm%≤200%,则确定高压开关柜为异常状态;
若Δm%>200%,则确定高压开关柜为危险状态;
当A≥S1时,判断各传感装置发送的臭氧含量监测数据P与正常阈值S2和异常阈值S3之间的大小关系;
若P<S2,则确定高压开关柜为正常状态;
若S2<P≤S3,则确定高压开关柜为关注状态;
若P>S3,则确定高压开关柜为异常状态。
7.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述传感装置包括:传感模块、中央处理模块、无线传输模块和电源管理模块,其中,
所述传感模块还包括依次电相连的臭氧传感器、信号预处理器和A/D转换器;
中央处理模块还包括ARM处理器和存储器,所述ARM处理器分别与所述A/D转换器和所述存储器电连接;
所述电源管理模块分别与所述传感模块、所述中央处理模块和所述无线传输模块电连接。
8.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述若干个传感装置分别配置于高压开关柜内的高压母线室、电缆室及手车室。
9.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述传感模块为电化学臭氧传感器,其检测精度小于20ppm,尺寸小于25*25mm2。
10.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述系统还包括用户终端,当高压开关柜为异常状态和危险状态时,上位机向用户终端发送提示信息。
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