CN112067980A - 一种高压断路器燃弧监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压断路器燃弧监测系统及方法，涉及高压断路器状态诊断技术领域；系统包括传感器、第一终端、服务器和第二终端，传感器与第一终端连接并通信，第一终端通过物联网与服务器连接并通信，第二终端与服务器连接并通信；方法包括地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存，第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存；其通过用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、服务器和用于管理的第二终端等，实现断路器燃弧监测效率高、效果好。

Description

一种高压断路器燃弧监测系统及方法

技术领域

本发明涉及高压断路器状态诊断技术领域，尤其涉及一种高压断路器燃弧监测系统及方法。

背景技术

高压断路器电力系统中最重要的控制和保护设备，它的作用是：

1、控制作用。根据电力系统运行的需要，将部分或全部电气设备，以及部分或全部线路投入或退出运行。

2、保护作用。当电力系统某一部分发生故障时，它和保护装置、自动装置相配合，将该故障部分从系统中迅速切除，减少停电范围，防止事故扩大，保护系统中各类电气设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运行。

3、灭弧作用。高压断路器不仅能可靠的开断空载电流和负荷电流，而且能可靠的开断短路电流。

高压断路器的主要结构大体分为:导流部分，灭弧部分，绝缘部分，操动机构部分。断路器分合过程中，导流部分实现主回路中电流的流通与断开，操动机构为开断元件分合闸操作提供能量，并实现各种规定的操作。灭弧部分及时熄灭导流部分断开时的产生的电弧，开断及关合电力线路，安全隔离电源。绝缘部分保证开断元件有可靠的对地绝缘。灭弧部分即灭弧室，是高压断路器的重要组成部分。而灭弧室的寿命直接决定了高压断路器的使用寿命。

当高压断路器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的瞬间火花，我们称之为电弧。电弧的实质是一种气体放电现象。电弧的形成过程为：当开关设备的触头分断有载电路时，电子在强电场的作用下高速冲向阳极，碰撞触头间隙中的中性质点，发生链式反应。在电场的作用下带电离子定向移动，使触头间隙由绝缘状态变成导电状态。触头间隙被击穿通过电流形成电弧。

高压断路器分合过程中产生的电弧存在以下危害：

1、电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。

2、电弧产生的高温，将使触头表面熔化，烧坏绝缘材料，对充油电气设备还可能引起着火爆炸等危险。

3、由于电弧在电动力或热动力的作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。

灭弧室作为高压断路器中的最核心部件，其寿命直接影响到高压断路器的使用寿命。因此监测灭弧室内导流部件的磨损程度、评估灭弧室寿命显得尤为重要。

目前，高压断路器监测灭弧室寿命主要采用两种方法。一种是根据断路器的动作次数与生产厂家给出的可靠动作次数进行比对，从而间接判断灭弧室的磨损程度，进而对其使用寿命进行评估；二是通过对灭弧室内SF6组分进行检测，间接判断灭弧室内的燃弧过程，进而对灭弧室的整体情况作大致推测。以上两种方法均是采用间接监测法，无法直观、有效地为评估灭弧室寿命提供有效的数据支撑，其评估结果可靠性差，对检修人员判断灭弧室状态基本没有帮助。

地电波，又称暂态地电波，TEV，Transientearthvoltage。

现有技术问题及思考：

如何解决断路器燃弧监测效率较低、效果较差的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高压断路器燃弧监测系统及方法，其通过用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、服务器和用于管理的第二终端等，实现断路器燃弧监测效率高、效果好。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高压断路器燃弧监测系统包括用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、服务器和用于管理的第二终端，所述传感器与第一终端连接并通信，所述第一终端通过物联网与服务器连接并通信，所述第二终端与服务器连接并通信。

进一步的技术方案在于：所述传感器为地电波传感器，所述地电波传感器与第一终端单向通信。

进一步的技术方案在于：所述地电波传感器为电容耦合式传感器。

进一步的技术方案在于：所述第一终端为智能终端，所述智能终端与服务器双向通信。

进一步的技术方案在于：所述智能终端为微计算机终端设备。

进一步的技术方案在于：还包括用于监测断路器放电的超声波传感器、红外热成像传感器或者可见光红外热成像传感器，所述超声波传感器与第一终端连接并通信，所述红外热成像传感器与第一终端连接并通信，所述可见光红外热成像传感器与第一终端连接并通信。

进一步的技术方案在于：还包括监测模块和管理模块，监测模块，用于地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存；管理模块，用于第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。

进一步的技术方案在于：所述服务器为云服务器。

进一步的技术方案在于：所述物联网为4G或者5G的物联网。

一种高压断路器燃弧监测方法，基于地电波传感器、第一终端、服务器和第二终端，所述传感器与第一终端连接并单向通信，所述第一终端通过物联网与服务器连接并双向通信，所述第二终端与服务器连接并双向通信，包括如下步骤，S1监测，地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存；S2管理，第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

一种高压断路器燃弧监测系统包括用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、服务器和用于管理的第二终端，所述传感器与第一终端连接并通信，所述第一终端通过物联网与服务器连接并通信，所述第二终端与服务器连接并通信。其通过用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、服务器和用于管理的第二终端等，实现断路器燃弧监测效率高、效果好。

一种高压断路器燃弧监测方法，基于地电波传感器、第一终端、服务器和第二终端，所述传感器与第一终端连接并单向通信，所述第一终端通过物联网与服务器连接并双向通信，所述第二终端与服务器连接并双向通信，包括如下步骤，S1监测，地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存；S2管理，第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。其通过S1监测和S2管理的步骤等，实现断路器燃弧监测效率高、效果好。

详见具体实施方式部分描述。

附图说明

图1是本发明实施例1的原理框图；

图2是本发明实施例2的原理框图；

图3是本发明实施例3的原理框图；

图4是本发明实施例4的原理框图；

图5是本发明实施例5的原理框图；

图6是本发明实施例6的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1：

如图1所示，本发明公开了一种高压断路器燃弧监测系统包括用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、服务器和用于管理的第二终端以及监测模块和管理模块，所述传感器为地电波传感器，所述地电波传感器与第一终端单向通信，所述第一终端为智能终端，所述智能终端通过物联网与服务器连接并双向通信，所述第二终端与服务器连接并通信。

监测模块，用于地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存。

管理模块，用于第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。

本申请为组合发明，其中，所述地电波传感器为电容耦合式传感器，所述智能终端为微计算机终端设备，所述服务器为云服务器，所述物联网为4G物联网，地电波传感器、第一终端、第二终端和服务器本身以及相应的通信连接技术为现有技术在此不再赘述。

实施例2：

实施例2与实施例1不同之处在于，还包括用于监测断路器放电的超声波传感器，所述超声波传感器与第一终端连接并单向通信。

如图2所示，本发明公开了一种高压断路器燃弧监测系统包括用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、用于管理的第二终端、服务器、用于监测断路器放电的超声波传感器以及监测模块和管理模块，所述传感器为地电波传感器，所述地电波传感器与第一终端单向通信，所述第一终端为智能终端，所述智能终端通过物联网与服务器连接并双向通信，所述第二终端与服务器连接并通信，所述超声波传感器与第一终端连接并单向通信。

监测模块，用于地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存。

管理模块，用于第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。

本申请为组合发明，其中，所述地电波传感器为电容耦合式传感器，所述智能终端为微计算机终端设备，所述服务器为云服务器，所述物联网为4G物联网，地电波传感器、第一终端、第二终端、超声波传感器和服务器本身以及相应的通信连接技术为现有技术在此不再赘述。

实施例3：

实施例3与实施例2不同之处在于，用于监测断路器放电的红外热成像传感器，所述红外热成像传感器与第一终端连接并单向通信。

如图3所示，本发明公开了一种高压断路器燃弧监测系统包括用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、用于管理的第二终端、服务器、用于监测断路器放电的红外热成像传感器以及监测模块和管理模块，所述传感器为地电波传感器，所述地电波传感器与第一终端单向通信，所述第一终端为智能终端，所述智能终端通过物联网与服务器连接并双向通信，所述第二终端与服务器连接并通信，所述红外热成像传感器与第一终端连接并单向通信。

监测模块，用于地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存。

管理模块，用于第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。

本申请为组合发明，其中，所述地电波传感器为电容耦合式传感器，所述智能终端为微计算机终端设备，所述服务器为云服务器，所述物联网为4G物联网，地电波传感器、第一终端、第二终端、红外热成像传感器和服务器本身以及相应的通信连接技术为现有技术在此不再赘述。

实施例4：

实施例4与实施例2不同之处在于，用于监测断路器放电的可见光红外热成像传感器，所述可见光红外热成像传感器与第一终端连接并单向通信。

如图4所示，本发明公开了一种高压断路器燃弧监测系统包括用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、用于管理的第二终端、服务器、用于监测断路器放电的可见光红外热成像传感器以及监测模块和管理模块，所述传感器为地电波传感器，所述地电波传感器与第一终端单向通信，所述第一终端为智能终端，所述智能终端通过物联网与服务器连接并双向通信，所述第二终端与服务器连接并通信，所述可见光红外热成像传感器与第一终端连接并单向通信。

监测模块，用于地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存。

管理模块，用于第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。

本申请为组合发明，其中，所述地电波传感器为电容耦合式传感器，所述智能终端为微计算机终端设备，所述服务器为云服务器，所述物联网为4G物联网，地电波传感器、第一终端、第二终端、可见光红外热成像传感器和服务器本身以及相应的通信连接技术为现有技术在此不再赘述。

实施例5：

实施例5与实施例1不同之处在于，还包括用于监测断路器放电的超声波传感器、红外热成像传感器和可见光红外热成像传感器，所述超声波传感器与第一终端连接并单向通信，所述红外热成像传感器与第一终端连接并单向通信，所述可见光红外热成像传感器与第一终端连接并单向通信。

如图5所示，本发明公开了一种高压断路器燃弧监测系统包括用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、用于管理的第二终端、服务器、用于监测断路器放电的超声波传感器、红外热成像传感器和可见光红外热成像传感器以及监测模块和管理模块，所述传感器为地电波传感器，所述地电波传感器与第一终端单向通信，所述第一终端为智能终端，所述智能终端通过物联网与服务器连接并双向通信，所述第二终端与服务器连接并通信，所述超声波传感器与第一终端连接并单向通信，所述红外热成像传感器与第一终端连接并单向通信，所述可见光红外热成像传感器与第一终端连接并单向通信。

监测模块，用于地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存。

管理模块，用于第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。

本申请为组合发明，其中，所述地电波传感器为电容耦合式传感器，所述智能终端为微计算机终端设备，所述服务器为云服务器，所述物联网为4G物联网，地电波传感器、第一终端、第二终端、超声波传感器、红外热成像传感器、可见光红外热成像传感器和服务器本身以及相应的通信连接技术为现有技术在此不再赘述。

实施例6：

如图6所示，本发明公开了一种高压断路器燃弧监测方法，基于实施例1的硬件，包括如下步骤：

S1监测

地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存。

S2管理

第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。

本申请的发明构思：

目前高压断路器监测灭弧室寿命主要采用两种方法。一种是根据断路器的动作次数对灭弧室寿命进行大致判断，并且与生产厂家给出的可靠动作次数进行比对，从而间接判断灭弧室的磨损程度，进而对其使用寿命进行评估；二是在每次断路器分闸或合闸动作后，通过对灭弧室内SF6组分进行检测，通过推测灭弧室内部发生的化学反应来间接判断灭弧室内的燃弧过程，进而对灭弧室的整体情况作大致推测。以上两种方法均是采用间接方法对灭弧室进行监测，无法直观、有效地为评估灭弧室寿命提供有效的数据支撑，其评估结果可靠性差，对检修人员判断灭弧室状态基本没有帮助。

发明人发现，高压断路器在分闸时会产生开关电弧，继而激发出射频电磁波向四周传播，同时在设备的金属封闭壳体上产生地电波（TEV）信号。TEV信号可以通过特制的电容耦合探测器进行捕捉。当断路器灭弧性能良好时，电弧将被迅速熄灭，其激发出的电磁波数量少，TEV信号持续时间短；而当断路器灭弧性能不足时，其灭弧速度下降，电弧持续长，开断过程中会激发多个电磁波信号，TEV信号持续时间延长。

因此，该案的发明构思在于，使用TEV传感器监测高压断路器在开断过程中发出的特定TEV信号，通过TEV的数量及持续时间，对高压断路器灭弧室的灭弧特性进行检测与评估。

本申请的目的：

本发明旨在解决无法直观监测灭弧室燃弧过程，从而无法对灭弧室的寿命进行有效评估、灭弧室状态诊断准确性不高的问题。

本发明创新的目的在于提供一种基于地电波技术的灭弧室燃弧过程监测装置及系统。在高压断路器动作状态下可实时、远程监测多种型号的高压断路器灭弧室的燃弧过程。利用该装置及系统，在高压断路器每次动作后，可以通过灭弧室内的电弧变化推测灭弧室寿命，为高压断路器整体寿命评估提供有效依据。

技术方案说明：

1、地电波（TEV）传感器

地电波（TEV）传感器是电容耦合式传感器，设计了高灵敏度信号采集电路，能够精确检测到电力设备内部局部放电。该传感器对尖端放电、电晕放电和绝缘子内部放电比较敏感，可精确采集局部放电在设备外壳上产生的地电波信号，具有与现场总线接口功能。

2、智能终端

智能终端是一个微计算机终端设备，它通过现场总线可收集多台高压断路器的地电波（TEV）传感器及其它传感器（如超声波传感器、红外热成像传感器、可见光红外热成像传感器等）采集到的数据，并利用智能算法对地电波信号与干扰信号进行区分，利用图像识别算法对设备的高温部位进行计算分析，实现设备故障部位识别。该终端具有彩色人机接口界面，实现设备放电曲线的显示；同时，具有放电越限告警功能与远程通信功能。

3、信息存储服务器

该服务器负责接收智能终端的实时数据，并存储到其数据库中。

4、移动客户终端APP

该APP安装于负责相关配电设备管理的运维人员的手机上，它能够实时接收终端发出的监测数据和告警信息。

5、运维监控中心

第二终端为运维监控中心，该中心基于大数据和云平台技术构建，主要实现：设备状态监测、设备故障预测、设备状态评估；丰富的人机接口，设备的态势感知可视化；设备劣化趋势分析、失效率分析；基于地图的设备故障紧急抢修全过程监控；设备台账和状态监测信息的大数据管理与分析；基于状态的设备维修计划制定等。

6、通信模式

支持4G等无线通信方式；支持工业以太网通信。

本申请保密运行一段时间后，现场技术人员反馈的有益之处在于：

本发明的效果在于能够提供一种基于地电波技术的灭弧室燃弧过程监测装置及系统。在高压断路器动作状态下可实时、远程监测多种型号的高压断路器灭弧室的燃弧过程。利用该装置及系统，在高压断路器每次动作后，可以通过灭弧室内的电弧变化推测灭弧室寿命，为高压断路器整体寿命评估提供有效依据。

当高压断路器进行分闸使，其灭弧室动、静触头之间为产生燃弧，其放电量主要聚集在接地屏蔽的内表面，屏蔽连续时在设备外部很难检测到地电波信号，但屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接、电缆绝缘终端等部位不连续，放电高频信号会由此传输到设备屏蔽外壳。因此局放产生的电磁波通过断路器金属壳体的接缝处传出，并沿着设备金属箱体外表面继续传播，同时对地产生一定的暂态电压脉冲信号。

利用暂态对地电压幅值的相对读数(dB)来表征局部放电的强度，从几个毫伏到几伏，存在的时间很短，上升时间也只有几个纳秒，利用特制的电容耦合传感器接收TEV信号。TEV局放传感器配备高灵敏度信号采集电路，可精确记录局部放电在外壳上产生的TEV信号。

随后将采集到的模拟信号转换为数字信号，即将输入传感器的电压信号经过采样、保持、量化及编码的过程，转换为数字信号输出。量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。编码采用二进制，对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。

TEV传感器实时采集局部地电波信号，并通过内嵌的检测算法来区分和辨别地电波信号与外界噪声干扰，能够有效排除干扰引起的测量误差。采样信号处理后通过现场总线将采集到的数据传送至智能设备状态监测终端，智能终端通过智能算法来判断被监测设备的燃弧情况。同时，智能终端将数据通过曲线形式在其彩色窗口上显示出来，并实时显示出电气设备的燃弧波形。高压断路器进行分闸动作时，该装置能够记录燃弧瞬间产生暂态地电压波形信号，以方便后期检修人员分析电弧特性。

同时，该系统具备远程通信功能通过物联网，可通过如4G、以太网、无线网络或光纤信道，将设备状态监测数据传送至后台云服务器中，云服务器向监控中心和用户的手机发送监测数据，用户可以实时了解被监测设备的信息。这些数据在服务器中通过丰富的人工智能算法进一步处理，从而得到断路器灭弧能力更进一步的分析结果。

本发明具有以下特征：

1、实时监测

TEV传感器实时监测高压断路器分闸时的燃弧过程，并通过现场总将线其采集到的数据传送至智能终端，智能终端通过智能算法来判断被监测设备的燃弧情况。

2、燃弧过程波形记录

智能终端能够记录分闸瞬间产生的暂态地电压波形信号，以方便后期检修人员进行燃弧特性分析与灭弧室寿命评估。并将数据通过曲线形式在其彩色窗口上显示出来，并实时显示出电气设备的燃弧强度。

3、较强的局放信号识别与干扰抑制能力

TEV传感器实时采集暂态地电压波形信号，并通过内嵌的检测算法来区分和辨别地电波信号与外界噪声干扰，能够有效排除干扰引起的误报警。

4、支持泛在物联网与远程监控

智能终端通过物联网，例如4G或光纤信道，将收集到的数据传送至后台云服务器中，同时云服务器向监控中心和用户的手机发送监测数据，用户可以实时了解被监测设备的信息。

Claims (10)

1.一种高压断路器燃弧监测系统，其特征在于：包括用于测量并获取断路器地电波信息的传感器、用于处理断路器地电波信息的第一终端、服务器和用于管理的第二终端，所述传感器与第一终端连接并通信，所述第一终端通过物联网与服务器连接并通信，所述第二终端与服务器连接并通信。

2.根据权利要求1所述的一种高压断路器燃弧监测系统，其特征在于：所述传感器为地电波传感器，所述地电波传感器与第一终端单向通信。

3.根据权利要求2所述的一种高压断路器燃弧监测系统，其特征在于：所述地电波传感器为电容耦合式传感器。

4.根据权利要求1所述的一种高压断路器燃弧监测系统，其特征在于：所述第一终端为智能终端，所述智能终端与服务器双向通信。

5.根据权利要求4所述的一种高压断路器燃弧监测系统，其特征在于：所述智能终端为微计算机终端设备。

6.根据权利要求1所述的一种高压断路器燃弧监测系统，其特征在于：还包括用于监测断路器放电的超声波传感器、红外热成像传感器或者可见光红外热成像传感器，所述超声波传感器与第一终端连接并通信，所述红外热成像传感器与第一终端连接并通信，所述可见光红外热成像传感器与第一终端连接并通信。

7.根据权利要求2所述的一种高压断路器燃弧监测系统，其特征在于：还包括监测模块和管理模块，监测模块，用于地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存；管理模块，用于第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。

8.根据权利要求1所述的一种高压断路器燃弧监测系统，其特征在于：所述服务器为云服务器。

9.根据权利要求1所述的一种高压断路器燃弧监测系统，其特征在于：所述物联网为4G或者5G的物联网。

10.一种高压断路器燃弧监测方法，其特征在于：基于地电波传感器、第一终端、服务器和第二终端，所述传感器与第一终端连接并单向通信，所述第一终端通过物联网与服务器连接并双向通信，所述第二终端与服务器连接并双向通信，包括如下步骤，S1监测，地电波传感器获取断路器地电波信息并发送至第一终端，第一终端接收地电波传感器发来的断路器地电波信息并保存；S2管理，第一终端将断路器地电波信息发送至服务器，服务器接收第一终端发来的断路器地电波信息并保存。

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