CN110661342B - 一种电气设备隐患监测系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电气设备隐患监测系统及其工作方法。该系统包括置于被监测电气设备上的传感装置，远离被监测电气设备、与传感装置通过无线或有线方式连接的采集装置；传感装置包括，过电压保护器，与过电压保护器并联的振动传感器、电场传感器、电容传感器和温度传感器，发射模块，运维诊断模块，驱动电路，相互并联的压电陶瓷换能器、超声波换能器、静电发生器和红外波发生器，振子，及取能模块；采集装置包括依次连接的接收天线、模数转换器、微处理器和通信模块。与现有技术相比，本发明集传感监测、自取能和治理功能为一体，便于在特殊监测区域中的使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种电气设备隐患监测系统，特别是涉及一种集传感监测、自取能和治理功能为一体的电气设备隐患监测系统及其工作方法。
背景技术
目前，电气设备的隐患监测主要存在以下问题：(1)有些关键特征量如振动属于较高频率信号，因而需要高速采集的模块功耗大，供电需要铺设专用线路或考虑专用的供电设备；(2)户外取电存在技术瓶颈，主要是取电模式单一，要么通过输电线路感应电流取电，要么通过电池供电，尽管少数也采取了光伏取电，但是和监测系统集成存在高温、发电功率小等问题，因此直接采用大功率光伏给大功耗监测单元供电面临的技术挑战依旧不小；(3)尤其在电力设备安全领域，电场信号干扰严重，干扰抑制电路耗散功率大，需要较宽的信号带宽，以便获取足够的数据在后台进行处理；(4)当前的传感器模块不具备一些特殊的独立治理功能，如需要除尘、防尘、除冰等场合，一般需要较大能源的驱动和控制模块。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种集传感监测、自取能和治理功能为一体的电气设备隐患监测系统及其工作方法，不仅可靠性高、抗干扰能力强，能实现对被监测电气设备的传感监测，而且低功耗、小型化，便于在特殊监测区域中的使用，还可以对被监测电气设备进行除尘、除冰等治理。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提出一种电气设备隐患监测系统，包括置于被监测电气设备上的传感装置，远离被监测电气设备、与传感装置通过无线或有线方式连接的采集装置。
所述传感装置包括，防止雷击或强脉冲电场信号导致的过电压对传感装置造成损坏的过电压保护器，与过电压保护器并联的振动传感器、电场传感器、电容传感器、温度传感器、光传感器、气体传感器和色谱传感器，发射模块，运维诊断模块，驱动电路，相互并联的压电陶瓷换能器、超声波换能器、静电发生器和红外波发生器，振子，及取能模块。
振动传感器，探测电气设备的振动信号或压力信号，并利用压电效应进行发电获得电能；电场传感器，探测电气设备的电场信号，并利用电场能量获得电能；光传感器，探测电气设备的光谱信号，并利用光伏发电获得电能；电容传感器，探测电气设备的放电脉冲信号；温度传感器，探测电气设备的温度信号；气体传感器，探测电气设备释放的二氧化硫或二氧化碳等放电分解物；色谱传感器，探测电气设备的化学物质的色谱。振动传感器、电场传感器、光传感器、电容传感器、温度传感器、气体传感器和色谱传感器的输出分别以并联方式连接发射模块、运维诊断模块；振动传感器、电场传感器和光传感器的输出以并联方式连接取能模块。振动传感器、电场传感器和光传感器既有取电功能，又具备传感功能；电场传感器能一方面获得电能，另一方面感应电场强度，计算电势差，分析电气设备是否存在放电缺陷，导致电场发生异常变化；光传感器采用晶硅或非晶硅材料，一方面实现电能获取，另一方面实现利用电力设备运行过程中对外的辐射(光辐射、热辐射)产生的0.7-20uS波长的信号，诊断电气设备的安全运行状态。
发射模块，将振动传感器、电场传感器、电容传感器、温度传感器、光传感器、气体传感器和色谱传感器输出的信号进行放大、调制，并通过发射模块中的模拟天线向采集装置进行发射。
运维诊断模块，对振动传感器、电场传感器、电容传感器、温度传感器、光传感器、气体传感器和色谱传感器输出的信号进行分析，判断是否需要向连接的驱动电路触发运维控制信号。驱动电路，将运维诊断模块发出的运维控制信号进行放大，并驱动连接的压电陶瓷换能器发射振动信号、和/或驱动连接的超声波换能器发射超声波信号、和/或驱动连接的静电发生器发射高压静电、和/或驱动连接的红外波发生器发射远红外信号。压电陶瓷换能器，向连接的振子发射振动信号；超声波换能器，向连接的振子发射超声波信号；静电发生器，向连接的振子发射高压静电；红外波发生器，向连接的振子发射远红外信号；振子，将振动信号、和/或超声波信号、和/或高压静电、和/或远红外信号定向传送至被监测电气设备。
取能模块，将振动传感器、电场传感器和光传感器获得的电能进行储能和电压变换，然后向发射模块、运维诊断模块和驱动电路输出电能。
所述采集装置包括依次连接的接收天线、模数转换器、微处理器和通信模块；接收天线，工作频段与发射模块中的模拟天线匹配(以提高信噪比和可靠性)，接收模拟天线发射的信号，并传入模数转换器；模数转换器，实现传入信号的模拟数字变换，并依次传入微处理器和通信模块；微处理器，负责采集装置的控制；通信模块，负责与外部计算机或网络进行通信。所述采集装置还包括采集发射天线和射频开关；采集发射天线，工作频段与传感装置发射模块中的模拟天线匹配，用于传感装置的远程无线校验、地址识别，同时向声表面波传感器提供初始能量信号；射频开关，控制采集发射天线和接收天线的启动，使得采集发射天线和接收天线的工作方式为互斥的非门关系。
传感装置和采集装置通过无线方式连接时，所述模拟天线和接收天线为无线模拟信号耦合天线，包括耦合线圈、天线振子、微调电容或电感或声表面波发生器；传感装置和采集装置通过有线方式连接时，所述模拟天线和接收天线为有线模拟信号耦合天线、且采用同轴电缆实现信号传输。
所述振动传感器为压电陶瓷传感器，或压电薄膜传感器，或加速度传感器，或倾角传感器、或声表面波传感器。声表面波传感器包括输入电极、声表面波传感带、输出电极和衬底；输入电极、输出电极和声表面波传感带全部位于衬底上方，也可以是局部位于衬底上方、局部位于衬底内部，还可以是全部位于衬底内部；衬底材料为铌酸锂(LibnO3)、石英、焦硼酸锂(LBO)、胆酸锂(LiTaO3)、锗酸铋(BGO)、硅酸镓镧(LGS)、铌酸钾(KNbO3)、压电陶瓷(PZT)、氧化铝、氧化锌等材料的一种或多种混叠而成；输入电极和输出电极为等间距或不均匀间距的叉指电极和反射电极组成，叉指电极和反射电极为直线或弧线或折线状；输入电极前设有电磁波接收天线，输出电极后设有高频信号发射天线，电磁波接收天线和高频信号发射天线为低功率的微型线圈、或贴片天线、或PCB印制天线。输入电极可以感应电磁波信号或输入高频电压信号；输入电极感应到信号后，利用衬底的压电作用，实现电信号-机械能转换，产生声表面波；声表面波经过传感带时，感应外部的振动信号，能量发生改变，驱动输出电极，将声表面波信号转换成电信号；输出电极可以直接发射高频电信号或将信号输入到高频信号发射天线放大。声表面波传感器既可以接收空间电场也可以接收来自采集装置的采集发射天线的信号，还可以不经过传感装置的模拟天线的情况下自发射信号。
所述电场传感器的类型为球式，或旋片式，或平板电极，或双电磁耦合线圈等。所述光传感器为晶硅光伏传感器，或非晶硅光伏传感器。所述振子为单层或叠层的平面状，或立体状；所述平面状为矩形，或圆形，或圆环，或扇形等；所述立体状为法兰，或喇叭，或管型等。
上述电气设备隐患监测系统的工作方法，包括：
A、信号监测：振动传感器探测被监测电气设备的振动信号或压力信号，电场传感器、电容传感器和温度传感器分别探测被监测电气设备的电场信号、放电脉冲信号和温度信号，然后信号经过放大、调制，通过发射模块中的模拟天线将信号向接收天线进行发射，随后传入模数转换器进行模拟数字信号变换，最终在采集装置端获得被监测电气设备的振动或压力、电场、放电、温度状态参数。
B、运维工作：振动传感器探测被监测电气设备的振动信号或压力信号，电场传感器、电容传感器和温度传感器分别探测被监测电气设备的电场信号、放电脉冲信号和温度信号，然后输出到运维诊断模块进行分析，判断是否需要向连接的驱动电路触发运维控制信号；
当振动传感器、电场传感器、电容传感器和温度传感器的输出信号中有至少两个信号达到设定门限、且其中一个达到门限值的为电容传感器输出信号，则运维诊断模块立即向驱动电路触发运维控制信号，驱动超声波换能器发射超声波信号、和/或驱动静电发生器发射高压静电信号(该判断基于泄漏电流增大，疑似设备表面有粉尘颗粒物，导致等效电阻降低，出现较大的放电脉冲电流信号和振动信号)；
当振动传感器、电场传感器、电容传感器的输出信号中有任一信号达到设定门限、且温度传感器的输出信号达到下限预警值，则运维诊断模块立即向驱动电路触发运维控制信号，驱动红外波发生器发射远红外信号、和驱动压电陶瓷换能器发射振动信号(该判断基于疑似被监测电气设备污垢过多导致表面温度探测失灵，且环境温度偏低导致污垢和空气中的湿度粘合，同步导致高频振动或电容电流增大)；
当振动传感器和电场传感器的输出信号接近零值或无输出状态，同时电容传感器和温度传感器的输出信号均达到设定门限，则运维诊断模块立即向驱动电路触发运维控制信号，驱动超声波换能器发射超声波信号、和/或驱动红外波发生器发射远红外信号(该判断基于疑似有障碍物堆积、覆冰、或鸟类粪便、鸟类盘踞破坏被测物体，导致监测点的电场信号降低、振动传感器处于断续或无输出状态)。
C、自取能：振动传感器利用压电效应进行发电获得电能，电场传感器利用电场能量获得电能，然后电能进入取能模块进行储能和电压变换，随后向发射模块、运维诊断模块和驱动电路输出电能，实现传感装置的自取能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将电气设备隐患监测系统分离成置于被监测电气设备上的传感装置和远离被监测电气设备的采集装置，传感装置与采集装置通过无线或有线连接的方式相呼应，实现对被监测电气设备的传感监测，不仅可靠性高、抗干扰能力强(主要原因在于：(1)传感装置里面不具有受电场、温度、湿度影响的微处理器；(2)不需要高压线路取电，与高压线路没有直接的电气通道连接，可有效隔离高压线路的雷击和操作过电压；(3)传感装置自取能方案解决了单纯的电池供电的可靠性不高问题)，而且便于特殊应用环境(如现场安装空间狭窄，或高压环境等)下的使用，如在高压杆塔顶部放置传感装置、地面或较低位置处放置采集装置、而无需到高电压杆塔顶部进行维护。传感装置与采集装置的分离解决了目前传感器与通信采集设备集成应用时带来的安装不便(体积大、受雷击或高压冲击范围面大)、安全性差、功耗大的问题。
处于探测端的传感装置，通过光伏发电、电场取能、压电效应发电和取能模块实现了自取能，保证了无需铺设供电和通信模块等，达到低耗能，同时完成针对电气设备特征信号的探测和发射。由于自取能、低功耗，传感装置体积便于小型化、轻量化，可配置到一些特殊监测区域，如大坝侧面、大型变压器外壳、变压器底部、地下电缆中间接头、高压绝缘子底部、电力变压器或互感器的套管等领域，解决了特殊应用环境取电难、取电安全顾虑高的问题。
处于接收端的采集装置，可以是与传感装置近距离布置、在有良好供电条件处布置，也可以是手持式的无线巡检模块。一个采集装置可以对接多个传感装置，可接收多个传感装置的信号并能够识别传感装置的地址信息。
传感装置具备治理功能。可以根据实际情况，启动发射振动信号、超声波信号、高压静电、远红外信号，用于去除被监测电气设备表面污垢和尘土，对附着在被监测电气设备表面的结冰、水等进行快速分解和干燥处理，驱逐昆虫和鸟类，并对附着微生物有治理清洁作用。解决了目前传感器只有传感功能，没有治理功能的问题。
本发明系统有较广泛的应用空间，典型的如杆塔全能监测、高压开关柜体监测、输电线路监测与防尘治理、绝缘子监测与治理、避雷器监测与治理、电缆接头的监测与治理等。本发明系统既可用巡检设备交互，也可与长时间远程监测系统对接。
附图说明
图1是本发明的电气设备隐患监测系统的结构示意图。
图2是声表面波传感器的结构示意图。
图3是本发明的采集装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。
实施例1
如图1所示。制备一种电气设备隐患监测系统用于输电线路杆塔的顶部绝缘子在线监测和治理。所述隐患监测系统包括置于输电线路杆塔顶部的绝缘子底座或中部瓷瓶上的传感装置，置于地面、与传感装置通过无线方式连接的采集装置。
所述传感装置包括，防止过电压对传感装置造成损坏的过电压保护器，与过电压保护器并联的振动传感器、电场传感器、电容传感器、温度传感器、光传感器、气体传感器和色谱传感器，发射模块，运维诊断模块，驱动电路，相互并联的压电陶瓷换能器、超声波换能器、静电发生器和红外波发生器，振子，及取能模块。
过电压保护器采用1kV压敏电阻。振动传感器，采用压电陶瓷PZT为衬底声表面波传感器，既具有振动信号传感功能能够探测绝缘子的振动信号，又具有振动-电能转换功能能够发电获得电能，振动传感器输出一路送入取能模块。电场传感器，探测绝缘子的电场信号，同时采用双平板电极的电场耦合方式取能，电场传感器输出一路送入取能模块；由于电场能只和感应的电压等级有关，和高压线路中流过的电流无关，因此电场能取电非常稳定，不受电流波动影响，即使高压线路负荷为零，处于空载状态，电场传感器均能获得稳定的输出电压，为传感装置实时监测绝缘子的状态提供必备的能源。光传感器，采用多晶硅光伏传感器，可灵敏地监测波长280-1200nm范围的光谱，探测绝缘子的光谱信号，并利用光伏发电获得电能，光传感器输出一路送入取能模块。电容传感器采用平板电极电容，可感应绝缘子的放电脉冲信号；温度传感器和气体传感器分别测试绝缘子底座或中部瓷瓶的温度和气体；色谱传感器用于探测绝缘子表面的色度。振动传感器、电场传感器、光传感器、电容传感器、温度传感器、气体传感器和色谱传感器的输出分别以并联方式连接发射模块、运维诊断模块。
发射模块，将各路传感器输出的信号进行放大、调制，并通过发射模块中的模拟天线向采集装置进行发射。发射模块可以是多路并联的电阻电容和电感组成，在各路传感器推动下，发射模块可根据传感器输出不同发射多组不同频率的信号；发射模块也可设计成逻辑电路和RLC电路的组合，即只有多路信号同时达到门限值时再启动逻辑开关，然后发射一组信号输出；发射模块还可是多组并联谐振RLC电路和发射天线的组合，即每路传感器输出对应一路RLC谐振电路，每路RLC电路谐振频率不同，最终各路RLC并联在一起通过模拟天线输出。
运维诊断模块，对各路传感器输出的信号进行分析，判断是否需要向连接的驱动电路触发运维控制信号；驱动电路，将运维诊断模块发出的运维控制信号进行放大，并驱动连接的压电陶瓷换能器发射振动信号、和/或驱动连接的超声波换能器发射超声波信号、和/或驱动连接的静电发生器发射高压静电、和/或驱动连接的红外波发生器发射远红外信号；压电陶瓷换能器，向连接的振子发射振动信号；超声波换能器，向连接的振子发射超声波信号；静电发生器，向连接的振子发射高压静电；红外波发生器，向连接的振子发射远红外信号；振子，将振动信号、和/或超声波信号、和/或高压静电、和/或远红外信号定向传送至绝缘子。
取能模块，将振动传感器、电场传感器和光传感器获得的电能进行储能和电压变换，然后向发射模块、运维诊断模块和驱动电路输出电能。
所述采集装置包括依次连接的接收天线、模数转换器、微处理器和通信模块；接收天线为前端，工作频段与发射模块中的模拟天线匹配，接收模拟天线发射的信号，并传入模数转换器，模拟天线和接收天线均为无线模拟信号耦合天线；模数转换器，实现传入信号的模拟数字变换，并依次传入微处理器和通信模块；微处理器，负责采集装置的控制，同时通过内部的频谱变换算法程序，解析出各传感器的频率信号，然后送入通信模块；通信模块，负责与外部计算机或网络进行通信，将代表不同频率信号的各传感器数字量发射出去，由远端的后台软件进行分析处理。
所述电气设备隐患监测系统的工作方法，包括：
A、信号监测：振动传感器、电场传感器、电容传感器、温度传感器、光传感器、气体传感器和色谱传感器分别探测绝缘子的振动、电场、放电脉冲、温度、光谱、气体和色谱信号，然后信号经过放大、调制，通过发射模块中的模拟天线将信号向接收天线进行发射，随后传入模数转换器进行模拟数字信号变换，最终在采集装置端获得绝缘子的各项状态参数。
B、运维工作：振动传感器、电场传感器、电容传感器、温度传感器、光传感器、气体传感器和色谱传感器分别探测绝缘子的振动、电场、放电脉冲、温度、光谱、气体和色谱信号，然后输出到运维诊断模块进行分析，判断是否需要向连接的驱动电路触发运维控制信号。
当输出信号中有至少两个信号达到设定门限、且其中一个达到门限值的为电容传感器输出信号，则运维诊断模块立即向驱动电路触发运维控制信号，驱动超声波换能器发射超声波信号、和驱动静电发生器发射高压静电信号。运维控制信号通过振子传递到绝缘子上，对绝缘子工作状态进行治理；其中超声波信号通过振子对绝缘子产生高频振动，高压静电信号通过振子对绝缘子表面的颗粒物、绝缘子周围的粉尘粒子进行分解，使得绝缘子表面的污垢和颗粒物与绝缘子产生分离，提高绝缘子表面清洁性能。
当输出信号中有任一信号达到设定门限、且温度传感器的输出信号达到下限预警值，则运维诊断模块立即向驱动电路触发运维控制信号，驱动红外波发生器发射远红外信号、和驱动压电陶瓷换能器发射振动信号；设电容传感器检测到了强烈的放电信号，设目标门限值为100mV，监测到的放电信号达到了1100V，且温度传感器探测到的温度为零上1度(设下限预警值为零上3度)，则运维诊断模块输出启动信号，以FET场效应管核心的功率驱动电路开始动作，驱动红外波发生器发射远红外信号、和驱动压电陶瓷换能器发射振动信号，绝缘子和振子相连，因而在各路治理信号的作用下，绝缘子表面污垢或覆冰开始脱落，电容传感器检测到的放电信号开始降低，达到90mV后，运维诊断模块及驱动电路停止工作。
当振动传感器和电场传感器的输出信号接近零值或无输出状态，同时电容传感器和温度传感器的输出信号均达到设定门限，则运维诊断模块立即向驱动电路触发运维控制信号，驱动超声波换能器发射超声波信号、和驱动红外波发生器发射远红外信号。绝缘子在治理信号作用下，通过超声波信号驱逐鸟类，远红外信号驱逐微生物或昆虫，减少绝缘子表面或绝缘子连接头的杂散电场，提升绝缘子爬距。在治理信号持续一段时间后，电容传感器探测到的放电信号降低，绝缘子表面泄漏电流降低从而带来温度降低，振动传感器开始有输出信号，遮挡电场能量传递的鸟类被驱逐后使得电场传感器从新获得电场信号，绝缘子恢复正常工作。
C、自取能：振动传感器利用压电效应进行发电获得电能，电场传感器利用电场能量获得电能，光传感器利用光伏发电获得电能，然后电能进入取能模块进行储能和电压变换，随后向发射模块、运维诊断模块和驱动电路输出电能，实现传感装置的自取能。
实施例2
如图1、图2、图3所示。与实施例1相同的地方不再重复赘述，不同之处在于：
声表面波传感器中心工作频率为433Mz，带宽为正负20MHz，由2个声表面波子传感器并联而成；声表面波子传感器包括叉指输入电极、声表面波传感带、叉指输出电极和衬底，输入电极和输出电极在衬底上方；输入电极前设有电磁波接收天线，输出电极后设有高频信号发射天线，电磁波接收天线和高频信号发射天线为微型线圈。采用两路声表面波子传感器并联而成的目的是，可以将一路声表面波传感器的声表面波传感带位于衬底最外侧，另一路位于其他侧面，这样两路传感器可以通过差异化的输出，滤除温度变化的影响，从而实现更精准的振动信号测量。
所述采集装置还包括采集发射天线和射频开关；采集发射天线，工作频段与传感装置发射模块中的模拟天线匹配，用于传感装置的远程无线校验、地址识别，同时向声表面波传感器提供初始能量信号；射频开关，控制采集发射天线和接收天线的启动，使得采集发射天线和接收天线的工作方式为互斥的非门关系。采集装置内部产生了433MHz的信号，通过采集发射天线发射出去，然后射频开关快速切换为接收状态，并将发射通道断开；433MHz的信号通过声表面波传感器后，输出了一个全新的信号；通过采集装置内部的微处理器频谱分析，接收到的信号包括了433MHz的发射信号，还包括了416MHz、418MHz的信号。设接收信号和发射信号的差频与振动传感器有对应线性关系，且对应关系为0.15倍率，则416MHz、418MHz信号对应的振动频率分别为(433-416)×0.15＝2.55MHz，(433-418)×0.15＝2.25MHz。如果采用单路声表面信号，有可能得到的频率是416MHz信号，则对应的振动频率为2.55MHz或2.25MHz，该信号并未考虑温度影响。
这里简单地对温度处理，即采用中间取值方式，(2.55+2.25)/2＝2.4MHz，该信号更接近真实的振动信号频率。当然，也可以通过持续的发射和接收信号，通过一段时间的数据更加精准，结合各种数学算法进行处理，这里不做详述。
需要说明的是，采集装置的微处理器和通信模块的作用下，也可以直接将采集装置转换的信号通过通信模块传送到其他系统，达到后台管理软件，由中央后台进行统一处理。
实施例3：
与实施例1相同的地方不再重复赘述，不同之处在于：传感装置安装在220kV输电架空线路上。
架空线路受到污染物影响，在多股金属绞线上产生了较明显的污垢和化学堆积物。三相电压的相间绝缘发生了改变；该堆积物在输电线路工作电流和三相电压的相间电场作用下产生了异常的超声波信号；电容传感器输出端感应的放电电压信号增强，运维诊断模块通过振动传感器感应到了启动信号，驱动超声波换能器发射超声波信号、和驱动静电发生器发射高压静电信号。架空线路表面沉积的颗粒物和污垢在超声波和高压静电信号作用下，表面附着力降低，开始脱离架空线路。
当然，本申请的运维工作可根据架空线路运行环境进行配置，比如一些运行环境不存在污垢物，但容易覆冰的，可重点配置远红外和超声波传感器，在远红外辐射加热或超声波作用下，一方面加速覆冰的融化，另一方面延缓覆冰状态的累积。
实施例4：
与实施例1相同的地方不再重复赘述，不同之处在于：传感装置安装在高压电缆接头上。
传感装置中的振子为带开口的中心圆环状，传感装置的所有部件均集成安装到振子内部。振子由氧化锌和压电陶瓷粉、有机硅材料混合制成；从外形上看，整个传感装置即是一个开口的环状薄片。传感装置卡套在电缆中间接头的外部，通过开口处的锁头锁紧，可完成快速安装。
在运行条件下，传感装置内部感应到高压电缆中间接头外部的电场信号实现取能，作为整个传感装置主要的取能方式。当中间接头进水或发生高温后，绝缘材料老化，发生老化、放电现象；传感装置可探测到放电带来的振动信号，放电产生的电容电流信号(通过电容传感器探测)，放电产生的二氧化硫释放物，放电产生的弧光光谱信号以及高温信号。同时在电缆外部电场作用下，电缆中间接头外部的污染物、化学、微生物等，可通过运维工作中的远红外、静电、超声波、振动信号方式实现清洁治理功能。
高压电缆是具有外部金属护套的设备，由于外部金属护套接地，在金属护套上工作的电流是非常小的，只有在故障状态下才会产生较大的电流信号，但即使是该故障电流信号，通常也只是护套中的环流或局部经接地装置接地的关联设备不良造成的，不同于驱动电流取电的工作方式；因此对于电缆中间接头或在电缆其他受到外金属保护的其他位置，基本上传统的高压电流CT取电方式无效；如果说本申请所述的电场取电方式在输电架空线路上与传统CT取电方式比较有安全优势和取电稳定的优势，那么在电缆外绝缘监测应用过程中，电场取电的优势就更加明显。经过实际测试和应用，电场取电的方式构造简单，只需要两路相互的感应电极(可以是平板、球状或其他状态)，输出连接到整流电路即可得到电能；当然，在实施过程中，考虑到具体的传感器功耗，可以采用多路独立电极，利用倍压整流的方式实现输出电压的叠加，直接将多路独立电极(或电极对)输出的电压进行并联，提升输出电流，达到提升电源功率的作用。
本实施例所述的传感装置的所有部件均集成安装到振子内部的方案，有利于提升传感装置的集成度和可靠性。根据实际需要，可以实现多路传感装置和振子的集成，或在低功耗、治理功率较低环境，将传感器小型化，实现精密小型化或微型化的传感装置。
本实施例所述的结构也可卡套在电缆终端头、高压绝缘子、变压器套管、电容式电压互感器外部；还可以通过改变振子的形状(如平面薄片、圆柱形、电缆状)、振子的材料、体积等，应用到环网柜、开关柜、地铁站、高压开关、发电厂、雷达站、船舶、航空、生产加工车间或其他领域。
综上所述，本申请有效结合了监测、治理、自取能功能，并建立了与采集装置的有效数据传输方式，使得本申请不仅可以独立运行，还具备改变发射频率来区分地址的监测组网运行能力。
Claims (9)
1.一种电气设备隐患监测系统的工作方法，所述隐患监测系统包括置于被监测电气设备上的传感装置，远离被监测电气设备、与传感装置通过无线或有线方式连接的采集装置；
所述传感装置包括，防止过电压对传感装置造成损坏的过电压保护器，与过电压保护器并联的振动传感器、电场传感器、电容传感器和温度传感器，发射模块，运维诊断模块，驱动电路，相互并联的压电陶瓷换能器、超声波换能器、静电发生器和红外波发生器，振子，及取能模块；
振动传感器，探测电气设备的振动信号或压力信号，并利用压电效应进行发电获得电能；电场传感器，探测电气设备的电场信号，并利用电场能量获得电能；电容传感器，探测电气设备的放电脉冲信号；温度传感器，探测电气设备的温度信号；振动传感器、电场传感器、电容传感器和温度传感器的输出分别以并联方式连接发射模块、运维诊断模块，振动传感器和电场传感器的输出以并联方式连接取能模块；
发射模块，将振动传感器、电场传感器、电容传感器和温度传感器输出的信号进行放大、调制，并通过发射模块中的模拟天线向采集装置进行发射；
运维诊断模块，对振动传感器、电场传感器、电容传感器和温度传感器输出的信号进行分析，判断是否需要向连接的驱动电路触发运维控制信号；驱动电路，将运维诊断模块发出的运维控制信号进行放大，并驱动连接的压电陶瓷换能器发射振动信号、和/或驱动连接的超声波换能器发射超声波信号、和/或驱动连接的静电发生器发射高压静电、和/或驱动连接的红外波发生器发射远红外信号；压电陶瓷换能器，向连接的振子发射振动信号；超声波换能器，向连接的振子发射超声波信号；静电发生器，向连接的振子发射高压静电；红外波发生器，向连接的振子发射远红外信号；振子，将振动信号、和/或超声波信号、和/或高压静电、和/或远红外信号定向传送至被监测电气设备；
取能模块，将振动传感器和电场传感器获得的电能进行储能和电压变换，然后向发射模块、运维诊断模块和驱动电路输出电能；
所述采集装置包括依次连接的接收天线、模数转换器、微处理器和通信模块；接收天线，工作频段与发射模块中的模拟天线匹配，接收模拟天线发射的信号，并传入模数转换器；模数转换器，实现传入信号的模拟数字变换，并依次传入微处理器和通信模块；微处理器，负责采集装置的控制；通信模块，负责与外部计算机或网络进行通信；
其特征在于：电气设备隐患监测系统的工作方法包括：
A、信号监测：振动传感器探测被监测电气设备的振动信号或压力信号，电场传感器、电容传感器和温度传感器分别探测被监测电气设备的电场信号、放电脉冲信号和温度信号，然后信号经过放大、调制，通过发射模块中的模拟天线将信号向接收天线进行发射，随后传入模数转换器进行模拟数字信号变换，最终在采集装置端获得被监测电气设备的振动或压力、电场、放电、温度状态参数；
B、运维工作：振动传感器探测被监测电气设备的振动信号或压力信号，电场传感器、电容传感器和温度传感器分别探测被监测电气设备的电场信号、放电脉冲信号和温度信号，然后输出到运维诊断模块进行分析，判断是否需要向连接的驱动电路触发运维控制信号；
当振动传感器、电场传感器、电容传感器和温度传感器的输出信号中有至少两个信号达到设定门限、且其中一个达到门限值的为电容传感器输出信号，则运维诊断模块立即向驱动电路触发运维控制信号，驱动超声波换能器发射超声波信号、和/或驱动静电发生器发射高压静电信号；
当振动传感器、电场传感器、电容传感器的输出信号中有任一信号达到设定门限、且温度传感器的输出信号达到下限预警值，则运维诊断模块立即向驱动电路触发运维控制信号，驱动红外波发生器发射远红外信号、和驱动压电陶瓷换能器发射振动信号；
当振动传感器和电场传感器的输出信号接近零值或无输出状态，同时电容传感器和温度传感器的输出信号均达到设定门限，则运维诊断模块立即向驱动电路触发运维控制信号，驱动超声波换能器发射超声波信号、和/或驱动红外波发生器发射远红外信号；
C、自取能：振动传感器利用压电效应进行发电获得电能，电场传感器利用电场能量获得电能，然后电能进入取能模块进行储能和电压变换，随后向发射模块、运维诊断模块和驱动电路输出电能，实现传感装置的自取能。
2.根据权利要求1所述的电气设备隐患监测系统的工作方法，其特征在于：所述传感装置还包括，与过电压保护器并联的光传感器、气体传感器和色谱传感器；光传感器，探测电气设备的光谱信号，并利用光伏发电获得电能，其输出分别连接发射模块、运维诊断模块和取能模块；气体传感器，探测电气设备释放的放电分解物，其输出分别连接发射模块和运维诊断模块；色谱传感器，探测电气设备的化学物质的色谱，其输出分别连接发射模块和运维诊断模块。
3.根据权利要求1所述的电气设备隐患监测系统的工作方法，其特征在于：传感装置和采集装置通过无线方式连接时，所述模拟天线和接收天线为无线模拟信号耦合天线；传感装置和采集装置通过有线方式连接时，所述模拟天线和接收天线为有线模拟信号耦合天线、且采用同轴电缆实现信号传输。
4.根据权利要求1所述的电气设备隐患监测系统的工作方法，其特征在于：所述振动传感器为压电陶瓷传感器，或压电薄膜传感器，或加速度传感器，或倾角传感器、或声表面波传感器。
5.根据权利要求4所述的电气设备隐患监测系统的工作方法，其特征在于：声表面波传感器包括输入电极、声表面波传感带、输出电极和衬底，输入电极、输出电极和声表面波传感带都在衬底上方；输入电极前设有电磁波接收天线，输出电极后设有高频信号发射天线，电磁波接收天线和高频信号发射天线为微型线圈、或贴片天线、或PCB印制天线。
6.根据权利要求5所述的电气设备隐患监测系统的工作方法，其特征在于：所述采集装置还包括采集发射天线和射频开关；采集发射天线，工作频段与传感装置发射模块中的模拟天线匹配，用于传感装置的远程无线校验、地址识别，同时向声表面波传感器提供初始能量信号；射频开关，控制采集发射天线和接收天线的启动，使得采集发射天线和接收天线的工作方式为互斥的非门关系。
7.根据权利要求1所述的电气设备隐患监测系统的工作方法，其特征在于：所述电场传感器的类型为球式，或旋片式，或平板电极，或双电磁耦合线圈。
8.根据权利要求2所述的电气设备隐患监测系统的工作方法，其特征在于：所述光传感器为晶硅光伏传感器，或非晶硅光伏传感器。
9.根据权利要求1所述的电气设备隐患监测系统的工作方法，其特征在于：所述振子为单层或叠层的平面状，或立体状；所述平面状为矩形，或圆形，或圆环，或扇形；所述立体状为法兰，或喇叭，或管型。
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