CN115184710A - 一种开关柜老化在线监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种开关柜老化在线监测方法及系统，通过选取开关柜内的绝缘件进行模拟放电，模拟放电时采用不同的模拟放电电压和模拟放电时间，预设不同的模拟放电场景，收集每种模拟放电场景下的气体进行检测分析，最终得到模拟放电情景、泄露电流、气体种类和气体浓度之间的对应记录，再根据所述对应记录，选取老化监测气体和对应的气体浓度阈值。在开关柜内安装该老化检测气体的气体检测器，通过气体检测器实时监测开关柜内老化监测气体，得到气体监测浓度数据，以及，如果所述气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则进行报警。本申请将绝缘件的老化做到提前预测和提前报警，并且本申请的误报警率很低，准确度高。

Description

一种开关柜老化在线监测方法及系统

技术领域

本申请涉及电力设备技术领域，具体涉及一种开关柜老化在线监测方法及系统。

背景技术

高压开关柜是一种应用范围广泛的电力设备，其主要是起在电力系统中发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用。由于高压开关柜具有全封闭结构、良好的互换性、容易安装、操作性能和防误操作功能完善以及检修维护方便等特点，已广泛应用于供电系统。

随着高压开关柜向小型化方向发展，开关柜的外形尺寸及占地面积大大缩小，带电体之间、带电体与地电位之间的距离也随之缩小。由于制造和运行环境等原因，现有高压开关柜大多采用底板开通风口，后板和顶板密封的设计，除湿设备通常采用平板式加热器，效果不佳。加上运行条件差，电缆沟内部积水严重而且通风不畅，特别是高温、高湿和昼夜温差大的地区，极易在固体绝缘材料表面形成凝露。此外，某些开关柜密封不严造成绝缘件表面污秽严重，绝缘件表面的污秽在凝露的湿润下成为导电或半导电层，其表面的泄露电流增大，引起局部过热，局部过热进而引起绝缘老化加速，绝缘老化更进一步引起泄露电流增大，进而恶性循环。

现有技术提供一种根据声音和温度对开关柜老化进行在线监测的方法，然而声音和温度均是在发生严重放电情况下才能有效监测，其监测的时间段靠后，很难在发生严重故障前提前预警。

发明内容

本申请提供一种开关柜老化在线监测方法及系统，监测和分析绝缘件老化并实时报警，做到提前预警和提前预防。

本申请第一方面提供一种开关柜老化在线监测方法，包括：

预设多种模拟放电电压和对应的多种模拟放电时间，得到多种模拟放电情景；

基于所述多种模拟放电情景，对开关柜中的一种或多种绝缘件进行模拟放电；

检测每种模拟放电情景下的泄露电流和产生气体，得到模拟放电情景、泄露电流、气体种类和气体浓度之间的对应记录；

根据所述对应记录，选取老化监测气体和对应的气体浓度阈值；

实时监测开关柜内老化监测气体，得到气体监测浓度数据，以及，如果所述气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则进行报警。

可选的，所述每种模拟放电情景包括一种模拟放电电压和对应的一种模拟放电时间，所述每种模拟放电情景还包括多种模拟放电电压和对应阶段性的模拟放电时间。

可选的，所述对开关柜中的一种或多种绝缘件进行模拟放电，包括：

统计历史开关柜中多种绝缘件的故障率；

根据故障率对多种绝缘件进行排序；

根据排序选取其中一种或多种绝缘件进行模拟放电。

可选的，所述老化监测气体为氢气，所述气体浓度阈值为10ppm。

可选的，所述对开关柜中的一种或多种绝缘件进行模拟放电，包括：

选取肘型头和套管位置进行模拟放电。

本申请第二方面提供一种开关柜老化在线监测系统，包括位于开关柜内的多个气体检测器和在线监测控制器以及模拟放电模块；

所述模拟放电模块用于执行以下步骤：预设多种模拟放电电压和对应的多种模拟放电时间，得到多种模拟放电情景，基于所述多种模拟放电情景，对开关柜中的一种或多种绝缘件进行模拟放电，测每种模拟放电情景下的泄露电流和产生气体，得到模拟放电情景、泄露电流、气体种类和气体浓度之间的对应记录，根据所述对应记录，选取老化监测气体和对应的气体浓度阈值；

所述多个气体检测器用于实时监测开关柜内老化监测气体，得到每个气体检测器检测的浓度数据，以及多个浓度数据发送至所述在线监测控制器；

所述在线监测控制器用于根据接收的多个浓度数据确定老化监测气体对应的气体监测浓度数据，以及根据气体监测浓度数据和气体浓度阈值，判断是否触发报警。

可选的，所述在线监测控制器进一步被配置为：

将多个气体检测器检测的浓度数据取浓度平均值，得到的气体监测浓度数据；

如果所述的气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则触发报警。

可选的，所述在线监测控制器进一步被配置为：

选取多个气体检测器检测的浓度数据中最大值作为气体监测浓度数据；

如果所述气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则触发报警。

可选的，所述气体检测器为传感器，多个所述传感器均匀分布在开关柜顶部；

当老化监测气体为氢气时，所述传感器为氢气监测传感器，所述氢气监测传感器采用差分吸收光谱分析方法对氢气测量，所述差分吸收光谱分析方法的光谱波段确定为270～310nm，所述差分吸收光谱分析方法针对连续和周期震荡光谱结合的氢气吸收光谱特性，利用Beer-Lambert定律。

可选的，所述开关柜老化在线监测系统还包括智能网关、4G/5G通信模块和远程监测中心，所述触发报警包括：

所述在线监测控制器将所述气体监测浓度数据和报警信号发送至智能网关或4G/5G通信模块，以由所述智能网关或所述4G/5G通信模块传输至所述远程监测中心。

由以上方案可知，本申请通过选取开关柜内的绝缘件进行模拟放电，模拟放电时采用不同的模拟放电电压和模拟放电时间，预设不同的模拟放电场景，收集每种模拟放电场景下的气体进行检测分析，最终得到模拟放电情景、泄露电流、气体种类和气体浓度之间的对应记录，再根据所述对应记录，选取老化监测气体和对应的气体浓度阈值。在开关柜内安装该老化检测气体的气体检测器，通过气体检测器实时监测开关柜内老化监测气体，得到气体监测浓度数据，以及，如果所述气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则进行报警。本申请将绝缘件的老化做到提前预测和提前报警，并且本申请的误报警率很低，准确度高。

附图说明

图1为本申请实施例提供的开关柜老化在线监测方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的开关柜内传感器分布的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限定本申请的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对申请的技术方案进行，以下首先在对本申请所涉及到的一些概念进行说明。

参见图1，本申请实施例第一方面提供一种开关柜老化在线监测方法，包括步骤S1至步骤S5。

S1、预设多种模拟放电电压和对应的多种模拟放电时间，得到多种模拟放电情景。

本申请实施例的每种模拟放电情景包括一种模拟放电电压和对应的一种模拟放电时间，还包括多种模拟放电电压和对应阶段性的模拟放电时间，例如，在一种模拟放电场景下，采取的模拟放电电压和模拟放电时间为施加20kV电压8h，又例如，在另一种模拟放电场景下，采取的模拟放电电压和模拟放电时间为依次施加20kV电压8h后15kV电压5h。可以根据实际经验在合理的范围内组合，本申请实施例在此不作具体限制。

S2、基于所述多种模拟放电情景，对开关柜中的一种或多种绝缘件进行模拟放电。

本申请实施例首先统计历史开关柜中多种绝缘件的故障率，根据故障率对多种绝缘件进行排序，选取其中故障率较高的一种或多种绝缘件作为试验进行模拟放电。

示例性地，选取开关柜中故障率最高的肘型头和套管位置，进行模拟放电分析。采用四种模拟放电场景，分别为施加20kV电压8h、施加20kV电压12h、依次施加20kV电压12h后施加15kV电压8h以及依次施加20kV电压12h后施加15kV电压8h后施加6kV电压8h。

S3、检测每种模拟放电情景下的泄露电流和产生气体，得到模拟放电情景、泄露电流、气体种类和气体浓度之间的对应记录。

本申请实施例检测每种模拟放电情景下的泄露电流和产生气体，其中，产生气体可能包括多种气体，本申请实施例检测每种气体对应的气体浓度。

示例性地，如下表1所示，4个序号对应四种模拟放电场景，根据检测的产生气体的浓度将产生的气体种类分为氢气、一氧化碳、甲烷和其他可燃气体。

表1模拟放电的对应记录

S4、根据所述对应记录，选取老化监测气体和对应的气体浓度阈值。

根据模拟放电的对应记录，根据实际经验合理地选择老化监测气体和对应的气体浓度阈值。

示例性地，如表1所述，在绝缘件发生老化时，产生的氢气最多，且氢气的对于不同的模拟放电情景的敏感度较高，所以选择氢气作为监测对象，选取10ppm作为报警点，即老化监测气体为氢气，对应的气体浓度阈值为10ppm。此外，由于氢气是非大气中常见的气体，所以误报警率很低，监测的准确率很高。

S5、实时监测开关柜内老化监测气体，得到气体监测浓度数据，以及，如果所述气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则进行报警。

在确定老化监测气体和对应的气体浓度阈值后，可以在开关柜内安装该老化监测气体的气体检测器，实时监测开关柜内老化监测气体，得到气体监测浓度数据，以及，如果所述气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则进行报警。比如检测到的氢气的气体监测浓度数据大于10ppm，则可进行报警。

为了更加清楚地说明本申请实施例提供的开关柜老化在线监测方法，本申请实施例还提供一种开关柜老化在线监测系统，包括位于开关柜内的多个气体检测器和在线监测控制器以及模拟放电模块，每个气体检测器均与在线监测控制器连接。

该模拟放电模块用于执行以下步骤：预设多种模拟放电电压和对应的多种模拟放电时间，得到多种模拟放电情景，基于所述多种模拟放电情景，对开关柜中的一种或多种绝缘件进行模拟放电，测每种模拟放电情景下的泄露电流和产生气体，得到模拟放电情景、泄露电流、气体种类和气体浓度之间的对应记录，根据所述对应记录，选取老化监测气体和对应的气体浓度阈值。

该模拟放电模块的具体细节可以参考前述的开关柜老化在线监测方法，本申请实施例在此不再赘述。

在确定老化监测气体和对应的气体浓度阈值之后，本申请实施例在开关柜内安装多个该老化监测气体的气体检测器，该气体检测器用于实时监测开关柜内老化监测气体，得到每个气体检测器检测的浓度数据，以及多个浓度数据发送至所述在线监测控制器。

在一部分优选实施例中，气体检测器气体检测器为传感器，多个所述传感器均匀分布在开关柜顶部。参见图2，老化监测气体为氢气，所述传感器为氢气监测传感器，每个110kV变电站35kV开关柜装有4个氢气监测传感器和一个对应的在线监测控制器。4个氢气监测传感器实时监测开关柜的氢气，定时将检测的氢气浓度数据传输至在线检测控制器。

进一步的，本申请实施例通过对氢气体吸收光谱的研究，确定研究光谱波段270至310nm，针对氢气吸收光谱特征即连续和周期震荡光谱结合，利用Beer-Lambert定律，建立改进的差分吸收光谱分析方法对氢气测量，使氢气的浓度测量有更好的线性度和抗干扰能力。基于此设计并建立氢气检测实验研究装置，研究结果表明该方法对氢气监测指标如下：在信噪比为2时的探测限为0.1ppm，零点漂移小于0.2ppm，测量误差和量程飘移小于1％。在此基础上，本申请实施例研制样机，开发的氢气监测传感器适合用于在线现场测量。

在多个气体检测器将多个浓度数据发送至所述在线监测控制器后，在线监测控制器根据多个浓度数据确定气体监测浓度数据，例如，将多个气体检测器检测的浓度数据取浓度平均值，得到的气体监测浓度数据，如果所述的气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则触发报警。又例如，选取多个气体检测器检测的浓度数据中最大值作为气体监测浓度数据，如果所述气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则触发报警。

本申请实施例的开关柜老化在线监测系统还包括智能网关、4G/5G通信模块和远程监测中心，在线监测控制器可以将所述气体监测浓度数据和报警信号发送至智能网关或4G/5G通信模块，以由所述智能网关或所述4G/5G通信模块传输至所述远程监测中心。如此，远程监测中心可以远程对开关柜实时监测，远程即时预警。

由以上方案可知，本申请实施例通过选取开关柜内的绝缘件进行模拟放电，模拟放电时采用不同的模拟放电电压和模拟放电时间，预设不同的模拟放电场景，收集每种模拟放电场景下的气体进行检测分析，最终得到模拟放电情景、泄露电流、气体种类和气体浓度之间的对应记录，再根据所述对应记录，选取老化监测气体和对应的气体浓度阈值。在开关柜内安装该老化检测气体的气体检测器，通过气体检测器实时监测开关柜内老化监测气体，得到气体监测浓度数据，以及，如果所述气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则进行报警。本申请将绝缘件的老化做到提前预测和提前报警，并且本申请的误报警率很低，准确度高。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，根据本申请的技术方案及其申请构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关柜老化在线监测方法，其特征在于，包括：

预设多种模拟放电电压和对应的多种模拟放电时间，得到多种模拟放电情景；

基于所述多种模拟放电情景，对开关柜中的一种或多种绝缘件进行模拟放电；

检测每种模拟放电情景下的泄露电流和产生气体，得到模拟放电情景、泄露电流、气体种类和气体浓度之间的对应记录；

根据所述对应记录，选取老化监测气体和对应的气体浓度阈值；

实时监测开关柜内老化监测气体，得到气体监测浓度数据，以及，如果所述气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种开关柜老化在线监测方法，其特征在于，所述每种模拟放电情景包括一种模拟放电电压和对应的一种模拟放电时间，所述每种模拟放电情景还包括多种模拟放电电压和对应阶段性的模拟放电时间。

3.根据权利要求1所述的一种开关柜老化在线监测方法，其特征在于，所述对开关柜中的一种或多种绝缘件进行模拟放电，包括：

统计历史开关柜中多种绝缘件的故障率；

根据故障率对多种绝缘件进行排序；

根据排序选取其中一种或多种绝缘件进行模拟放电。

4.根据权利要求1所述的一种开关柜老化在线监测方法，其特征在于，所述老化监测气体为氢气，所述气体浓度阈值为10ppm。

5.根据权利要求1所述的一种开关柜老化在线监测方法，其特征在于，所述对开关柜中的一种或多种绝缘件进行模拟放电，包括：

选取肘型头和套管位置进行模拟放电。

6.一种开关柜老化在线监测系统，其特征在于，包括位于开关柜内的多个气体检测器和在线监测控制器以及模拟放电模块；

所述模拟放电模块用于执行以下步骤：预设多种模拟放电电压和对应的多种模拟放电时间，得到多种模拟放电情景，基于所述多种模拟放电情景，对开关柜中的一种或多种绝缘件进行模拟放电，测每种模拟放电情景下的泄露电流和产生气体，得到模拟放电情景、泄露电流、气体种类和气体浓度之间的对应记录，根据所述对应记录，选取老化监测气体和对应的气体浓度阈值；

所述多个气体检测器用于实时监测开关柜内老化监测气体，得到每个气体检测器检测的浓度数据，以及多个浓度数据发送至所述在线监测控制器；

所述在线监测控制器用于根据接收的多个浓度数据确定老化监测气体对应的气体监测浓度数据，以及根据气体监测浓度数据和气体浓度阈值，判断是否触发报警。

7.根据权利要求6所述的一种开关柜老化在线监测系统，其特征在于，所述在线监测控制器进一步被配置为：

将多个气体检测器检测的浓度数据取浓度平均值，得到的气体监测浓度数据；

如果所述的气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则触发报警。

8.根据权利要求6所述的一种开关柜老化在线监测系统，其特征在于，所述在线监测控制器进一步被配置为：

选取多个气体检测器检测的浓度数据中最大值作为气体监测浓度数据；

如果所述气体监测浓度数据大于所述气体浓度阈值，则触发报警。

9.根据权利要求6所述的一种开关柜老化在线监测系统，其特征在于，所述气体检测器为传感器，多个所述传感器均匀分布在开关柜顶部；

当老化监测气体为氢气时，所述传感器为氢气监测传感器，所述氢气监测传感器采用差分吸收光谱分析方法对氢气测量，所述差分吸收光谱分析方法的光谱波段确定为270～310nm，所述差分吸收光谱分析方法针对连续和周期震荡光谱结合的氢气吸收光谱特性，利用Beer-Lambert定律。

10.根据权利要求6所述的一种开关柜老化在线监测系统，其特征在于，所述开关柜老化在线监测系统还包括智能网关、4G/5G通信模块和远程监测中心，所述触发报警包括：

所述在线监测控制器将所述气体监测浓度数据和报警信号发送至智能网关或4G/5G通信模块，以由所述智能网关或所述4G/5G通信模块传输至所述远程监测中心。

Images