CN112763874A - 一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，该装置与绝缘管型母线相连，检测装置包括局放传感器模块、智能传感模块、电源相位同步模块和终端设备，局放传感器模块安装在绝缘管型母线上；所述的局放传感器模块和电源相位同步模块分别与智能传感模块相连，智能传感模块与终端设备进行通信。与现有技术相比，本发明具有准确率高、抗干扰能力强、检测效率高、实时性好等优点。

Description

一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置
技术领域
本发明涉及绝缘管母设备检测技术领域，尤其是涉及一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置。
背景技术
绝缘管型母线由于集肤效应低、单位截面载流量大、散热条件好、机械强度高、电气绝缘性能强、维护工作量少等突出优点，而正在被广泛应用于变电站增容改造及新型紧凑型变电站中。绝缘管母作为主变压器和用户母线的重要联结导体，直接影响着系统运行的稳定性及供电可靠性。绝缘管母的全绝缘性能在一定程度上能避免变压器低压侧由于小动物、污秽、凝露等引起的近区短路，但作为一种较新的电气连接设备，绝缘管母在我国的应用还处于初始阶段。在生产、安装及运维等方面，由于针对该类设备的权威性标准及相关指导文件较少，使得绝缘管母行业在国内存在产品种类繁多、材料选型、结构设计及生产工艺各异、产品质量与稳定性参差不齐等突出问题。近年来因产品质量、安装工艺、运行环境等因素所导致的绝缘管母设备故障已发生数十起，对电网安全稳定运行及供电可靠性造成了较大的影响。因此，对绝缘管母中的局部放电现象进行带电检测分析，对于掌握母线的绝缘状况，保障其绝缘安全具有重要的理论意义和工程价值。
通过检测绝缘管母的局部放电水平，可以间接地反映绝缘管母的绝缘状况，是一种有效的绝缘管母绝缘缺陷检测手段。由于绝缘管型母线运行的现场背景干扰情况复杂，采用单一的检测方法对绝缘管母进行检测时，经常发生误判的情况，为了解决这个问题，实际应用中通常需要结合多种检测仪器的结果进行综合分析。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种准确率高、抗干扰能力强、检测效率高、实时性好的绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，该装置与绝缘管型母线相连，所述的检测装置包括局放传感器模块、智能传感模块、电源相位同步模块和终端设备；
所述的局放传感器模块安装在绝缘管型母线上；所述的局放传感器模块和电源相位同步模块分别与智能传感模块相连；所述的智能传感模块与终端设备进行通信。
优选地，所述的局放传感器模块包括高频电流传感器、特高频传感器和超声传感器；
所述的高频电流传感器卡接在绝缘管型母线屏蔽层的接地线上；
所述的特高频传感器贴装在绝缘管型母线上；
所述的超声传感器贴装在决绝缘管型母线的接头处。
更加优选地，所述的高频电流传感器具体为检测频带范围在120kHz～40MHz之间的高频电流传感器。
更加优选地，所述的特高频传感器具体为检测频带范围在100～500MHz之间的特高频传感器。
优选地，所述的智能传感模块包括高频智能传感子模块、特高频智能传感子模块和超声智能传感子模块；所述的高频智能传感子模块、特高频智能传感子模块和超声智能传感子模块均包括信号调理单元、MCU和无线通信模块；所述的信号调理单元的输入端与局放传感器模块相连，输出端与MCU相连；所述的无线通信模块与MCU相连。
更加优选地，所述的高频智能传感子模块和特高频智能传感子模块的信号调理单元均包括滤波电路、放大电路、检波电路、峰值保持电路，采集的放电信号依次经过一级滤波电路、一级线性放大电路、二级滤波电路、二级线性放大电路、对数检波电路及峰值保持电路后输出信号；
所述的超声智能传感子模块的信号调理单元包括放大电路、滤波电路、增益调节电路，采集的超声信号依次经过一级信号放大电路、低通滤波电路、高通滤波电路及二级信号放大电路后输出信号。
更加优选地，所述的无线通信模块为WIFI无线通信模块。
优选地，所述的电源相位同步模块与智能传感模块通过射频通信的方式进行通信。
优选地，所述的终端设备为移动终端。
优选地，所述的终端设备内嵌有检测软件，用于实现数据处理及图形可视化。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
一、准确率高：本发明中无线便携检测装置根据实际绝缘管母局放信号特征及放电频段范围，设计了适用于绝缘管母局放检测的特高频传感器，其频段检测范围与绝缘管母实际放电频段相吻合，提高局放检测的灵敏度和准确率。
二、抗干扰能力强：本发明中无线便携检测装置综合多个传感器的检测信息，发挥多传感器共同操作优势，消除单个或少量传感器的局限性，提高绝缘管型母线局部放电带电检测的灵敏度、抗干扰能力和检测效率。
三、检测效率高：本发明中无线便携检测装置中的检测软件可搭载在任意的移动智能终端，通过Wi-Fi无线通信实现数据交互，完成对现场局部放电数据自动处理，实时分析和智能诊断。同时，软件具有人性化的简洁的人机交互界面和优越的系统功能，能够进行采样参数和测试信息的灵活选择与配置及谱图模式的可视化功能，提高了检测效率。
四、实时性好：本发明中无线便携检测装置结构紧凑，检测软件通过Wi-Fi模块实现数据传输，装置体积小，易于携带，使用简单方便，可以快速有效地实现对绝缘管型母线的带电检测。
附图说明
图1为本发明中绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置的硬件结构示意图；
图2为本发明中检测软件功能结构框图；
图3为本发明中检测装置使用时的示意图；
图4为本发明实施例中一体式特高频智能传感子模块的结构示意图；
图5为本发明实施例中超声智能传感子模块的结构示意图；
图6为本发明实施例中高频智能传感子模块的结构示意图；
图7为本发明实施例中高频智能传感子模块和特高频智能传感子模块中信号调理单元的信号处理流程示意图；
图8为本发明实施例中超声智能传感子模块中信号调理单元的处理流程示意图。
图中标号所示：
1、绝缘管型母线，2、局放传感器模块，3、智能传感模块，4、电源相位同步模块，5、终端设备，201、高频电流传感器，202、特高频传感器，203、超声传感器，301、信号调理单元，302、MCU，303、无线通信模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，该装置与绝缘管型母线1相连，其硬件结构如图1所示，包括局放传感器模块2、智能传感模块3、电源相位同步模块4、终端设备5，局放传感器模块2安装在绝缘管型母线1上，局放传感器模块2和电源相位同步模块4分别与智能传感模块3相连，智能传感模块3与终端设备5进行通信。
下面对各个模块分别进行介绍：
1、局放传感器模块2包括高频电流传感器201、特高频传感器202和超声传感器203，高频电流传感器201卡接在绝缘管型母线1屏蔽层的接地线上，特高频传感器202贴装在绝缘管型母线1上，超声传感器203贴装在决绝缘管型母线1的接头处。
本实施例中高频电流传感器201(HFCT)采用外置钳式结构的Rogowski线圈，传递阻抗5.0Ω，检测频带为120kHz～40MHz，应用于现场检测的高频电流传感器安装在绝缘管型母线的屏蔽层接地线上，获取绝缘管型母线局部放电时的高频电流信号。为了更好的采集和检测绝缘管母的特高频信号，通过多次实验获取了绝缘管母的局部放电特高频信号的频段范围，基于此设计了一款适用于绝缘管母局放检测的特高频传感器202(UHF)，采用外置式微带天线结构，检测频带为100MHz～500MHz，应用于现场检测的特高频传感器安装在绝缘管型母线的接头附近，可以检测到绝缘管母周围空间中由局部放电激发的特高频电磁波信号；超声传感器203(AE)采用空气耦合方式的超声传感器，具有40kHz额定频率，6kHz的检测带宽，-46dB的检测灵敏度，应用于现场检测的超声传感器安装在绝缘管母的接头附近，可以检测到绝缘管母周围空气中由局部放电激发的超声波信号。本实施例中设计的传感器能够更好地检测绝缘管母的局放信号，获取更准确的数据，为后续信号的诊断识别提供支撑。
2、智能传感模块3包括高频智能传感子模块、特高频智能传感子模块和超声智能传感子模块，高频智能传感子模块、特高频智能传感子模块和超声智能传感子模块均包括信号调理单元301、MCU302和无线通信模块303，信号调理单元301的输入端与局放传感器模块2，输出端与MCU302相连，无线通信模块303与MCU302相连。
高频智能传感子模块和特高频智能传感子模块的信号调理单元301均包括滤波电路、放大电路、检波电路、峰值保持电路，如图7所示，采集的放电信号依次经过一级滤波电路、一级线性放大电路、二级滤波电路、二级线性放大电路、对数检波电路及峰值保持电路后输出信号；超声智能传感子模块的信号调理单元包括放大电路、滤波电路、增益调节电路，如图8所示，采集的超声信号依次经过一级信号放大电路、低通滤波电路、高通滤波电路及二级信号放大电路后输出信号。
本实施例中的无线通信模块303选用WIFI无线通信模块。
通过WIFI无线通信模块与移动终端5相连，将局放数据送入移动智能终端处理分析和诊断。
电源相位同步模块4与智能传感模块3通过射频通信的方式进行通信。
3、采用移动终端设备搭载检测软件系统，作为数据接收端，携带方便。移动终端设备与智能传感模块之间通过WIFI进行无线传输通信。
本实施例中的终端设备5为移动终端便于在现场直接进行局放检测，移动终端设备内嵌有检测软件，功能包括对测试信息的管理、采样模式与采样参数的配置、数据处理、特征提取、诊断结果分析、数据图谱显示、局放数据库的建立等内容，以及提供友好的用户界面。
检测软件包括数据处理模块与数据诊断模块和指纹特征库。检测软件系统负责完成对采集信息的统计、数据的预处理、特征的提取和结果的诊断分析。检测软件的功能结构框图如图2所示。
1)数据处理模块可以实现对采集的局放信号的预处理功能。首先将局部放电数据转换成需要的相位图谱模式，并得到谱图的可视化结果，随后提取谱图中的有效特征，将提取的特征向量输入到数据诊断模块进行进一步的故障识别。
2)由于不同类型的绝缘缺陷导致的局部放电具有较为明显区别，因此首先通过实验室模拟试验及现场实际检测数据预先得到各放电类型的谱图特征。建立特征指纹库，用于指导现场检测的分析诊断。检测软件根据输入的新的特征量进行判断分析并输出结果及可视化谱图，方便工作人员对测试诊断结果的分析。
3)信息处理模块负责对检测信息和数据的管理，可保存为数据文件，便于后续分析和故障诊断。该模块实现对现场检测信息的有效管理，使现场数据得到汇总和积累，为之后的算法优化、性能提升及验证打下基础，并通过现场检测的情况及时对测试软件系统进行更新优化，实现更准确的故障诊断。
4)检测软件对采样数据建立局部放电数据库，实现对检测数据的有效管理。用户可以通过软件方便地查询历史数据，查看原始数据、诊断数据。软件同时提供数据的对比分析功能，可以对比多根绝缘管型母线的诊断数据，为判断整个测试站内绝缘管型母线局部放电状况提供支撑。
当绝缘管母内部发生局部放电时，会有高频脉冲电流从局放源沿绝缘管母导体和管母接地线传播，同时从局放源向外激发出特高频电磁波和超声信号。对被测绝缘管型母线进行局部放电检测时，将高频电流传感器201安装于绝缘管母屏蔽层的接地线上，特高频传感器202和超声传感器203置于绝缘管母的接头附近。当被测绝缘管型母线内部发生局部放电时，传感器耦合放电信号，并传送至智能传感模块。智能传感模块对局放信号前置调理及采样处理，并通过WIFi无线通信模块实现传入移动智能终端，实现数据传输通信。移动智能终端搭载检测系统软件实现采集数据的处理、特征提取、数据存储、数据查询和故障诊断等内容，给出绝缘管型母线的诊断结果及可视化图谱。
数据处理模块通过对原始信号的预处理，得到不同的放电模式谱图，通过提取谱图中的有效放电信息，将提取的特征量输入到数据诊断模块中，通过与特征数据库的比对和训练，输出诊断分析结果和可视化图谱。用户可将数据及时存储，后台通过存储的数据及时更新特征数据库。同时用户也可以通过软件方便地查询历史数据，查看原始数据、诊断数据，对比多条绝缘管型母线线路的历史数据，为给出更为全面的诊断分析结果提供帮助。
应用绝缘管型母线局部放电带电检测装置的现场测试方案如下：
如图3所示，在绝缘管型母线屏蔽层的接地线上安装高频电流传感器，并将特高频传感器和超声传感器安装在绝缘管型母线的接头附近。
本实施例中采用的特高频智能传感子模块、超声智能传感子模块和高频智能传感子模块的结构分别如图4、图5和图6所示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，该装置与绝缘管型母线(1)相连，其特征在于，所述的检测装置包括局放传感器模块(2)、智能传感模块(3)、电源相位同步模块(4)和终端设备(5)；所述的局放传感器模块(2)安装在绝缘管型母线(1)上；所述的局放传感器模块(2)和电源相位同步模块(4)分别与智能传感模块(3)相连；所述的智能传感模块(3)与终端设备(5)进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，其特征在于，所述的局放传感器模块(2)包括高频电流传感器(201)、特高频传感器(202)和超声传感器(203)；
所述的高频电流传感器(201)卡接在绝缘管型母线(1)屏蔽层的接地线上；
所述的特高频传感器(202)贴装在绝缘管型母线(1)上；
所述的超声传感器(203)贴装在绝缘管型母线(1)的接头处。
3.根据权利要求2所述的一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，其特征在于，所述的高频电流传感器(201)具体为检测频带范围在120kHz～40MHz之间的高频电流传感器。
4.根据权利要求2所述的一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，其特征在于，所述的特高频传感器(202)具体为检测频带范围在100～500MHz之间的特高频传感器。
5.根据权利要求1所述的一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，其特征在于，所述的智能传感模块(3)包括高频智能传感子模块、特高频智能传感子模块和超声智能传感子模块；所述的高频智能传感子模块、特高频智能传感子模块和超声智能传感子模块均包括信号调理单元(301)、MCU(302)和无线通信模块(303)；所述的信号调理单元(301)的输入端与局放传感器模块(2)，输出端与MCU(302)相连；所述的无线通信模块(303)与MCU(302)相连。
6.根据权利要求5所述的一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，其特征在于，所述的高频智能传感子模块和特高频智能传感子模块的信号调理单元(301)均包括滤波电路、放大电路、检波电路、峰值保持电路，采集的放电信号依次经过一级滤波电路、一级线性放大电路、二级滤波电路、二级线性放大电路、对数检波电路及峰值保持电路后输出信号；
所述的超声智能传感子模块的信号调理单元包括放大电路、滤波电路、增益调节电路，采集的超声信号依次经过一级信号放大电路、低通滤波电路、高通滤波电路及二级信号放大电路后输出信号。
7.根据权利要求5所述的一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，其特征在于，所述的无线通信模块(303)为WIFI无线通信模块。
8.根据权利要求1所述的一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，其特征在于，所述的电源相位同步模块(4)与智能传感模块(3)通过射频通信的方式进行通信。
9.根据权利要求1所述的一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，其特征在于，所述的终端设备(5)为移动终端。
10.根据权利要求1所述的一种绝缘管型母线局部放电无线便携检测装置，其特征在于，所述的终端设备(5)内嵌有检测软件，用于实现数据处理及图形可视化。
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