CN111426342A - 一种高压环网柜的状态诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种高压环网柜的状态诊断装置及方法，所述装置包括电流过流监测模块、电压掉电监测模块、电缆温度监测模块、局部放电监测模块、室内温湿度监测模块、柜内水位监测块、柜内烟雾监测模块、无线模块、上位机模块及与上述模块连接的控制器。所述方法包括获取环网柜内电流过流信息、电压掉电信息、三相电缆终端头的绝缘表面温度、电缆终端头的局部放电情况、温湿度信息、水位状态信息和烟雾状态信息，进行环网柜状态诊断。

Description

一种高压环网柜的状态诊断装置及方法

技术领域

本发明涉及一种高压环网柜的状态诊断装置及方法，属高压电器设备技术 领域。背景技术

随着经济的发展，我国供配电网络的规模不断扩大，环网柜在我国配电网 中的用量巨大，也是故障频出的配网薄弱环节，建立完善的环网柜全景在线监 测网络化平台，用于故障预警和系统评估，是保证配电网安全可靠运行的关键。 在配网中，电缆接头是电缆线路绝缘最薄弱的环节，容易出现缺陷导致运行故 障。据配电网故障发生率的不完全统计，在整个绝缘故障当中，电缆中间接头 故障率大概占到27％。国家电网公司曾统计过电力电缆设备运行故障和缺陷情 况，统计结果显示：70％以上的电力电缆线路运行故障是由电缆附件故障引起的， 而其中最主要的就是接头故障。每年因电缆接头故障导致线路停运的事故不在 少数，造成的经济损失相当可观。

电缆线路发生掉电、过载等电力故障如不及时处理，会引发更严重的事故。 如电缆线路发生单相接地故障时电网长期运行，因非故障的两相对地电压升高， 可能引起绝缘的薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户 的正常用电；电缆线路过负荷会导致电缆温度上升，加速电缆绝缘老化，缩短 电缆使用寿命，严重的会引发火灾。同时，电缆中间接头通常不能选配故障指 示器，不便于迅速查找电缆故障。

同样，环网柜内部其它电气设备绝缘也经常存在一些缺陷，如气泡间隙、 杂质、尖刺等，导致电缆绝缘性能下降。这些潜在隐患容易在环网柜运行时发 生局部放电，若局部放电现象长期存在，则会在一定条件下造成装置绝缘电气 强度的破坏，最终造成设备绝缘击穿，环网柜起火爆炸。

目前针对环网柜的在线监测系统监测的量值不够全面，通常缺少对环网柜 局部放电量的监测。且现有局部放电在线监测系统价格较高，不利于推广普及。 目前我国对于环网柜广泛采用人工巡检的方式，巡检工作人员需现场检查环网 柜的工作状态，通过现场观察或手持设备进行监测，在检修的过程中，不仅存 在检修过剩或检修不足等问题，也耗费了大量的人力、物力和财力；另外，对 局部放电的检测通常采用预防性试验，需要在停电的状态下进行测试，会出现 试验过程中设备的绝缘状况与运行时存在差别的情况，此外检测周期较长，设 备绝缘可能在试验间隔期内发生故障。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决现有环网柜的在线监测系统存在的问题，提 出一种高压环网柜的状态诊断装置及方法。

本发明实现的技术方案如下，一种高压环网柜的状态诊断装置，所述装置 包括电流过流监测模块、电压掉电监测模块、电缆温度监测模块、局部放电监 测模块、室内温湿度监测模块、柜内水位监测块、柜内烟雾监测模块、无线模 块、上位机模块及与上述模块连接的控制器；所述电缆温度监测模块的表带测 温传感器绑在三相电缆头的绝缘表面，通过无线传输至控制器；所述电流过流 监测模块通过光纤向控制器传输信号；所述局部放电监测模块通过同轴电缆连 接控制器。

所述电流过流监测模块用于对柜内三相电缆是否短路情况进行监测；所述 电压掉电监测模块对柜内三相电缆是否掉电情况进行监测；所述电缆温度监测 模块用于对环网柜内电缆绝缘表面温度进行监测；所述局部放电监测模块对柜 内的电缆头的局部放电进行实时监测；所述室内温湿度监测模块用于监测环网 柜外部室内温湿度；所述柜内水位监测模块用于对环网柜中水位进行监测；所 述柜内烟雾监测模块对环网柜是否产生烟雾进行实时监测；所述无线模块对上 述模块所采集的数据信息进行传输；所述上位机模块对上述数据进行处理，根 据历史数据与实时数据作出状态诊断。

所述电流过流监测模块包含电流传感器及其信号调理电路和传输光纤；所 述电流传感器为短路故障传感器，输出信号为光信号，通过光纤传输到信号调 理电路输入端，经过调理转换为电信号。

所述电压掉电监测模块包括电压传感器及其信号调理电路；所述电压传感 器为电容芯棒，与信号调理电路的输入端电容构成电容分压，分得低压信号进 行处理。

所述电缆温度监测模块包括无线测温点及接收单元；无线测温点与接收单 元之间采用433MHz电磁波进行信号载波传输。

所述局部放电监测模块包括高频电流传感器(HFCT)、对地暂态电压传感器 (TEV)及其高速信号调理电路。

所述室内温湿度监测模块采用温湿度复合传感器，包括一个电容式感湿元 件和一个高精度测温元件，传感器与控制器采用单总线传输协议。

所述柜内水位检测模块包括PP液位浮漂开关及其信号调理电路；所述柜内 烟雾检测模块包括气敏元件及其信号调理电路。

所述无线模块包含数据发送点和数据接收单元；所述上位机模块用于统计 实时数据并进行数据的可视化处理；所述上位机模块对上述数据进行处理，根 据历史数据与实时数据做出状态诊断。

一种高压环网柜的状态诊断方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

(1)通过电流过流监测模块，获取环网柜内电流过流信息，电流一旦过流， 电流传感器会发出光信号，光信号经过光纤，传输到调理电路的光敏传感器上， 光敏传感器将光信号转化为电信号，经过比较器确定信号的有无；

(2)通过电压掉电监测模块，获取环网柜内电压掉电信息，电容芯棒和调 理电路输入端电容分压，输入端电容分得小部分交流电压，经过整流桥转换为 直流电压，通过比较器确定环网柜内电压是否处于掉电状态；

(3)通过电缆温度监测模块，获取环网柜内三相电缆终端头的绝缘表面温 度，表带测温传感器绑在三相电缆头的绝缘表面，测得温度信号通过无线传输， 发送到接收单元上，测得三相电缆头的绝缘表面温度；

(4)通过局部放电监测模块，获取环网柜内电缆终端头的局部放电情况， 将高频电流传感器制作成开合式，使得三相电缆的地线穿过，当有放电发生时， 地线中的电流发生变化，采用罗氏线圈的原理耦合出放电信号，信号通过一级 放大后进行检波，得到正半波波形，波形通过积分器进行积分运算，然后通过 反相器反相，采集到放电处理后的信号，进行最终运算，运算公式如下：

其中：V为本次采集得到的信号经过处理后的积分值，定义为信号处理后的 能量；v_n为模数转换器采集的当前点的数值；v_n+1为模数转换器采集的下一个点 的数值；AVG为本次控制器模数转换器采集的采样点数；V_REF为控制器模数转换 器的参考电压；

将对地暂态电压传感器贴到环网柜的四壁上，当发生放电时，环网柜体表 面出现电荷变化，传感器的金属盘上感应出相同的电荷变化，形成高频感应电 流，电流信号通过放大器放大，然后接入比较器，形成脉冲波形，统计脉冲波 形的特征量；

(5)通过室内温湿度监测模块，获取环网柜室内温湿度信息；

(6)通过柜内水位监测块，获取环网柜柜内水位状态信息，PP浮球开关固 定在环网柜底部合适位置，遇水浮球上升，触发开关产生信号；

(7)通过柜内烟雾监测模块，获取环网柜柜内烟雾状态信息；

(8)统计以上数据信息，按照一定的顺序排列，进行数据的初次诊断：

i、若是诊断为故障，立刻发送故障数据到上位机；

ii、若是诊断为没有故障，重复以上步骤，每当经过一定的时间间隔，通 过无线传输方式，将数据传送到上位机；

(9)上位机接收到数据信息，根据数据的不同，进行以下两种环网柜状态 诊断：

i、若数据为故障数据，上位机则发出报警信号，并将数据记录下来；

ii、若数据为正常数据，上位机则将数据记录下来，重复步骤(1)到步骤 (9)。

本发明的有益效果如下，本发明属状态监测技术中的在线非侵入式的检测 技术，可提供最直接的环网柜故障预警信息，大幅度提高本地区配网电缆运维 水平，保证配网安全可靠运行。

附图说明

图1为本发明一种高压环网柜的状态诊断的装置及方法的流程框图；

图2为本发明一种高压环网柜的状态诊断的装置及方法的结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例一种高压环网柜的状态诊断方法，包括以下步骤：

步骤一、获取环网柜内电流过流信息，电流一旦过流，电流传感器会发出 光信号，光信号经过光纤，传输到调理电路的光敏传感器上，光敏传感器将光 信号转化为电信号，经过比较器确定信号的有无。

步骤二、获取环网柜内电压掉电信息，电容芯棒和调理电路输入端电容分 压，输入端电容分得小部分交流电压，经过整流桥转换为直流电压，通过比较 器确定环网柜内电压是否处于掉电状态。

步骤三、获取环网柜内三相电缆终端头的绝缘表面温度，表带测温传感器 绑在三相电缆头的绝缘表面，测得温度信号通过无线传输，发送到接收单元上， 测得三相电缆头的绝缘表面温度。

步骤四、获取环网柜内电缆终端头的局部放电情况。将高频电流传感器 (HFCT)制作成开合式，使得三相电缆的地线穿过，当有放电发生时，地线中 的电流发生变化，采用罗氏线圈的原理耦合出放电信号，信号通过一级放大后 进行检波，得到正半波波形，波形通过积分器进行积分运算，然后通过反相器 反相，采集到放电处理后的信号，进行最终运算，运算公式如下：

其中：V为本次采集得到的信号经过处理后的积分值，定义为信号处理后的 能量，v_n为模数转换器采集的当前点的数值，v_n+1为模数转换器采集的下一个点 的数值，AVG为本次控制器模数转换器采集的采样点数，V_REF为控制器模数转换 器的参考电压。

将对地暂态电压传感器(TEV)贴到环网柜的四壁上，当发生放电时，环网 柜体表面出现电荷变化，传感器的金属盘上感应出相同的电荷变化，形成高频 感应电流，电流信号通过放大器放大，然后接入比较器，形成脉冲波形，统计 脉冲波形的特征量。

步骤五、获取环网柜室内温湿度信息。

步骤六、获取环网柜柜内水位状态信息，PP浮球开关固定在环网柜底部合 适位置，遇水浮球上升，触发开关产生信号。

步骤七、获取环网柜柜内烟雾状态信息。

步骤八、统计以上数据信息，按照一定的顺序排列，进行数据的初次诊断：

(1)若是诊断为故障，立刻发送故障数据到上位机；

(2)若是诊断为没有故障，重复以上步骤，每当经过一定的时间间隔，通 过无线传输方式，将数据传送到上位机。

步骤九、上位机接收到数据信息，根据数据的不同，进行以下两种环网柜 状态诊断：

(1)若数据为故障数据，上位机则发出报警信号，并将数据记录下来；

(2)若数据为正常数据，上位机则将数据记录下来，重复步骤一到步骤九。

具体实施例：

高压环网柜的状态诊断过程如下：

在现场条件下将装置安装好，装置开始运行。

步骤一、获取环网柜内电流过流信息，电流一旦过流，电流传感器会发出 光信号，光信号经过光纤，传输到调理电路的光敏传感器上，光敏传感器将光 信号转化为电信号，经过比较器确定信号的有无，在本实施例中，电流未过流， 返回状态信息为状态量1；

步骤二、获取环网柜内电压掉电信息，电容芯棒和调理电路输入端电容分 压，输入端电容分得小部分交流电压，经过整流桥转换为直流电压，通过比较 器确定环网柜内电压是否处于掉电状态，在本实施例中，电压未掉电，返回状 态信息为状态量0；

步骤三、获取环网柜内三相电缆终端头的绝缘表面温度，表带测温传感器 绑在三相电缆头的绝缘表面，测得温度信号通过无线传输，发送到接收单元上， 测得三相电缆头的绝缘表面温度，在本实施例中，A相绝缘表面温度为16.7℃， B相绝缘表面温度为16.7℃，C相绝缘表面温度为16.7℃；

步骤四、获取环网柜内电缆终端头的局部放电情况。将高频电流传感器 (HFCT)制作成开合式，使得三相电缆的地线穿过，当有放电发生时，地线中 的电流发生变化，采用罗氏线圈的原理耦合出放电信号，信号通过一级放大后 进行检波，得到正半波波形，波形通过积分器进行积分运算，然后通过反相器 反相，采集到放电处理后的信号，进行最终运算，运算公式如下：

其中：V为本次采集得到的信号经过处理后的积分值，定义为信号处理后的 能量，v_n为模数转换器采集的当前点的数值，v_n+1为模数转换器采集的下一个点 的数值，AVG为本次控制器模数转换器采集的采样点数，V_REF为控制器模数转换 器的参考电压。

将对地暂态电压传感器(TEV)到环网柜的四壁上，当发生放电时，环网柜 体表面出现电荷变化，传感器的金属盘上感应出相同的电荷变化，形成高频感 应电流，电流信号通过放大器放大，然后接入比较器，形成脉冲波形，统计脉 冲波形的特征量。

在本实施例中，通过计算，两路高频传感器返回结果均为等级1，四路对地 暂态传感器返回结果均为等级1。

步骤五、获取环网柜室内温湿度信息，在本实施例中，室内温度为17.5℃。

湿度为88.4％；

步骤六、获取环网柜柜内水位状态信息，PP浮球开关固定在环网柜底部合 适位置，遇水浮球上升，触发开关产生信号，在本实施例中，环网柜内无积水， 水位状态信息返回为1。

步骤七、获取环网柜柜内烟雾状态信息，在本实施例中，环网柜内无烟雾 颗粒产生，烟雾状态信息返回为0。

步骤八、统计以上数据信息，按照一定的顺序排列，进行数据的初次诊断：

(1)若是诊断为故障，立刻发送故障数据到上位机。

(2)若是诊断为没有故障，重复以上步骤，每当经过一定的时间间隔，通 过无线传输方式，将数据传送到上位机。

在本实施例中，数据为无故障数据，返回步骤一执行，若是达到设定时间 间隔，则执行步骤九。

步骤九、上位机接收到数据信息，根据数据的不同，进行以下两种环网柜 状态诊断：

(1)若数据为故障数据，上位机则发出报警信号，并将数据记录下来；

(2)若数据为正常数据，上位机则将数据记录下来，重复步骤一到步骤九。

根据本发明所述的一种高压环网柜的状态诊断的装置及方法，可监测大部 分种类的环网柜，并进行状态诊断，通过该装置和方法，能够合理的诊断出环 网柜的运行状态，对保证配电网的正常运行具有重要意义。

Claims (9)

1.一种高压环网柜的状态诊断装置，其特征在于，所述装置包括电流过流监测模块、电压掉电监测模块、电缆温度监测模块、局部放电监测模块、室内温湿度监测模块、柜内水位监测块、柜内烟雾监测模块、无线模块、上位机模块及与上述模块连接的控制器；所述电缆温度监测模块的表带测温传感器绑在三相电缆头的绝缘表面，通过无线传输至控制器；所述电流过流监测模块通过光纤向控制器传输信号；所述局部放电监测模块通过同轴电缆连接控制器。

2.根据权利要求1所述的一种高压环网柜的状态诊断装置，其特征在于，所述电流过流监测模块包含电流传感器及其信号调理电路和传输光纤；所述电流传感器为短路故障传感器，输出信号为光信号，通过光纤传输到信号调理电路输入端，经过调理转换为电信号。

3.根据权利要求1所述的一种高压环网柜的状态诊断装置，其特征在于，所述电压掉电监测模块包括电压传感器及其信号调理电路；所述电压传感器为电容芯棒，与信号调理电路的输入端电容构成电容分压，分得低压信号进行处理。

4.根据权利要求1所述的一种高压环网柜的状态诊断装置，其特征在于，所述电缆温度监测模块包括无线测温点及接收单元；无线测温点与接收单元之间采用433MHz电磁波进行信号载波传输。

5.根据权利要求1所述的一种高压环网柜的状态诊断装置，其特征在于，所述局部放电监测模块包括高频电流传感器、对地暂态电压传感器及其高速信号调理电路。

6.根据权利要求1所述的一种高压环网柜的状态诊断装置，其特征在于，所述室内温湿度监测模块采用温湿度复合传感器，包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，传感器与控制器采用单总线传输协议。

7.根据权利要求1所述的一种高压环网柜的状态诊断装置，其特征在于，所述柜内水位检测模块包括PP液位浮漂开关及其信号调理电路；所述柜内烟雾检测模块包括气敏元件及其信号调理电路。

8.根据权利要求1所述的一种高压环网柜的状态诊断装置，其特征在于，所述无线模块包含数据发送点和数据接收单元；所述上位机模块用于统计实时数据并进行数据的可视化处理；所述上位机模块对上述数据进行处理，根据历史数据与实时数据做出状态诊断。

9.采用如权利要求1～8所述高压环网柜的状态诊断装置的一种高压环网柜的状态诊断方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

(1)通过电流过流监测模块，获取环网柜内电流过流信息，电流一旦过流，电流传感器会发出光信号，光信号经过光纤，传输到调理电路的光敏传感器上，光敏传感器将光信号转化为电信号，经过比较器确定信号的有无；

(2)通过电压掉电监测模块，获取环网柜内电压掉电信息，电容芯棒和调理电路输入端电容分压，输入端电容分得小部分交流电压，经过整流桥转换为直流电压，通过比较器确定环网柜内电压是否处于掉电状态；

(3)通过电缆温度监测模块，获取环网柜内三相电缆终端头的绝缘表面温度，表带测温传感器绑在三相电缆头的绝缘表面，测得温度信号通过无线传输，发送到接收单元上，测得三相电缆头的绝缘表面温度；

(4)通过局部放电监测模块，获取环网柜内电缆终端头的局部放电情况，将高频电流传感器制作成开合式，使得三相电缆的地线穿过，当有放电发生时，地线中的电流发生变化，采用罗氏线圈的原理耦合出放电信号，信号通过一级放大后进行检波，得到正半波波形，波形通过积分器进行积分运算，然后通过反相器反相，采集到放电处理后的信号，进行最终运算，运算公式如下：

其中：V为本次采集得到的信号经过处理后的积分值，定义为信号处理后的能量；v_n为模数转换器采集的当前点的数值；v_n+1为模数转换器采集的下一个点的数值；AVG为本次控制器模数转换器采集的采样点数；V_REF为控制器模数转换器的参考电压；

将对地暂态电压传感器贴到环网柜的四壁上，当发生放电时，环网柜体表面出现电荷变化，传感器的金属盘上感应出相同的电荷变化，形成高频感应电流，电流信号通过放大器放大，然后接入比较器，形成脉冲波形，统计脉冲波形的特征量；

(5)通过室内温湿度监测模块，获取环网柜室内温湿度信息；

(6)通过柜内水位监测块，获取环网柜柜内水位状态信息，PP浮球开关固定在环网柜底部合适位置，遇水浮球上升，触发开关产生信号；

(7)通过柜内烟雾监测模块，获取环网柜柜内烟雾状态信息；

(8)统计以上数据信息，按照一定的顺序排列，进行数据的初次诊断：

i、若是诊断为故障，立刻发送故障数据到上位机；

ii、若是诊断为没有故障，重复以上步骤，每当经过一定的时间间隔，通过无线传输方式，将数据传送到上位机；

(9)上位机接收到数据信息，根据数据的不同，进行以下两种环网柜状态诊断：

i、若数据为故障数据，上位机则发出报警信号，并将数据记录下来；

ii、若数据为正常数据，上位机则将数据记录下来，重复步骤(1)到步骤(9)。

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