CN115494362A - 环网柜局部放电在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了环网柜局部放电在线监测系统；包括控制模块，所述控制模块通过光电耦合器连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有在线监测模块，所述在线监测模块上电性连接有超声波传感器和暂态地电压传感器；所述控制模块上电性连接有通讯模块，所述通讯模块通过通讯模块接口连接有后台模块；所述控制模块通过电流电压检测模块连接有调压模块，所述电流电压检测模块上还电性连接有反馈模块；本发明通过超声波传感器与暂态地电压传感器对环网柜局部放电进行检测，光电耦合器对数据信息进行传输，减少数据信息受到环网柜局部放电产生的电磁波和超声波的干扰，设有电流电压检测模块和反馈模块，保持稳定的供电运行。
Description
技术领域
本发明属于环网柜技术领域，具体涉及环网柜局部放电在线监测系统。
背景技术
环网柜是配网系统中的重要电力设备，其运行可靠性关系到整个电网的安全稳定及城市供电的可靠性。环网柜的内部绝缘部分若存在气泡间隙、杂质、尖刺等绝缘故障，那么缺陷部位的电场分布不均匀，电场强度增大，电荷定向移动，导致该部位发生未贯穿整个绝缘的放电，即局部放电。局部放电是电器元件和机械元件老化的预兆，是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的重要原因。每次放电，高能量电子或加速电子的冲击，特别是长期局部放电作用都会引起多种形式的物理效应和化学反应，如带电质点撞击气泡外壁时，就可能打断绝缘的化学键而发生裂解，破坏绝缘的分子结构，造成绝缘劣化，加速绝缘损坏过程，影响电气设备寿命。
在长期工作在高压环境下，环网柜绝缘材料在电场作用下逐渐劣化，能量损失，在强电场作用下还会击穿，柜内局部放电对设备的绝缘造成了破坏，会严重影响环网柜的正常运行。绝缘故障表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，CT闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。
为了解决上述存在的问题，开发了环网柜局部放电在线监测系统，该系统适用于10kV以上电压等级环网柜及其内部高压设备的局部放电在线监测，能实时显示各个监测点局部放电幅值、频次，必要时给出报警，及时发现环网柜的绝缘缺陷，并为评估其绝缘水平及老化程度提供判据，为环网柜的检修工作提供依据，从而确保环网柜的安全可靠运行。
发明内容
本发明的目的在于提供环网柜局部放电在线监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：环网柜局部放电在线监测系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有光电耦合器，所述光电耦合器上电性连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有在线监测模块，所述在线监测模块上电性连接有超声波传感器和暂态地电压传感器，所述超声波传感器和所述暂态地电压传感器为二合一监测传感器，所述光电耦合器用于实现所述处理模块和所述控制模块进行接通，实现对数据信息进行传输，所述光电耦合器的使用能够减少电磁的干扰，所述超声波传感器用于监测通过检测局部放电产生的超声波信号来判定局部放电，所述暂态地电压传感器用于监测通过检测局部放电产生的电磁波信号来判定局部放电；
所述控制模块上电性连接有通讯模块，所述通讯模块上电性连接有通讯模块接口，所述通讯模块接口通过485总线/网线组网通讯连接有后台模块，所述通讯模块用于实现对数据信息进行通讯传输，实现与所述后台模块进行连接，实现将数据信息传输给所述后台模块；
所述控制模块上电性连接有电流电压检测模块，所述电流电压检测模块上电性连接有调压模块，所述电流电压检测模块上还电性连接有反馈模块，所述反馈模块与所述电流电压检测模块电性连接，所述电流电压检测模块用于实现对电流和电压进行检测，保持电路的稳定性，所述调压模块用于实现对电路进行调节控制，保持电路供电的稳定性，所述反馈模块用于实现在所述电流电压检测模块检测到电路供电异常后，进行反馈调节电路，保持电路的供电稳定性。
较佳的，所述处理模块上电性连接有辅助监测模块，所述辅助监测模块中包括有柜内温湿度传感器、柜外温湿度传感器、震荡传感器和超高频传感器，所述柜内温湿度传感器和所述柜外温湿度传感器用于实现对柜内和柜外的温度和湿度进行检测，保持环境情况，所述震荡传感器用于检测柜内的震荡情况，防止碰撞柜体，所述超高频传感器用于电气设备局部放电超高频检测，针对局部放电超高频检测的特点，超高频天线应具有较宽的工作频带，其工作频带应在超高频段，以避开常规的电磁干扰。
较佳的，所述处理模块中包括有用于对数据信息进行获取的数据信息接收电路、用于实现对数据信息进行模数转换的数据信息转换电路、用于实现对数据信息进行放大处理的数据信息增益电路和用于实现对数据信息进行滤波处理的数据信息滤波电路。
较佳的，所述数据信息滤波电路采用的是FIR滤波器中有限长单位冲激响应滤波器，一个M阶FIR滤波器的定义如下：
长度为M的FIR输出对应于输入时间序列x(n)的关系由一种有限卷积和的形式给出：
上式表达的是一个M-1阶的FIR滤波器，它有M个抽头，因此有M个乘法器，M-1个累加器组成，每一个抽头需要消耗逻辑资源的乘法器累加器单元；
其中k为输入信号，h（k）为FIR滤波系数，y（n）为经过滤波后的信号，M为阶数，n为
输入时间变量数据，
为时间序列函数变量；
或者采用的是二阶IIR低通滤波；
所述二阶IIR低通滤波的计算公式如下：
较佳的，所述控制模块上电性连接有辅助模块，所述辅助模块中包括有用于连接网线的网口，用于实现通讯连接的RS485通讯接口和RS232通讯接口、用于实现对通讯功能或者通讯方式选择的通讯选择按键、用于显示通讯状态的通讯指示灯、用于插接外置存储卡的TF卡接口、用于连接外置设备的外同步接口或者干接点接口和用于对系统进行供电的电源输入接口。
较佳的，所述辅助模块中还包括有存储模块、时钟晶振电路、复位电路和报警器，所述存储模块包括有SDRAM、NORFLASH和NANDFLASH，所述时钟晶振电路用于实现对系统进行控制波形的输出和时钟控制，所述复位电路用于在系统出现故障的时候进行复位重启，所述报警器用于在系统出现故障的时候进行报警提醒，所述报警器采用的是声光报警器。
较佳的，所述调压模块上电性连接有电压互感器模块和备用电池模块，所述电压互感器模块用于实现与环网柜本体内部的供电系统进行互感，实现系统进行供电运行，所述备用电池模块用于在所述电压互感器模块出现故障的时候进行紧急的备用转换供电方式，保持系统的稳定运行。
较佳的，所述调压模块中包括有用于实现对所述电压互感器模块的电压进行降低的降压电路、用于实现对交流电压进行转换成直流电压的整流电路、用于实现对电压进行稳定调节的稳压电路、用于实现对直流电压中的交流电压进行滤除的滤波电路和用于实现防止电压峰值冲击的防浪涌电路，以及包括有用于实现对雷击进行泄压的防雷击电路。
较佳的，所述备用电池模块与所述稳压电路电性连接，所述反馈模块也与所述稳压电路进行电性连接，所述反馈模块采用的闭环反馈电路，所述闭环反馈电路中包括有比较器，所述比较器用于实现对所述电流电压检测模块采集到的电流电压数值与设置的阈值进行比较。
较佳的，所述在线监测模块用于接收16路局放传感器信号，所述在线监测模块采用模拟滤波、脉冲分组、周期脉冲剔除、设置动态阈值综合抗干扰，所述超声波传感器的参数如下：
超声波线性度误差：≤±20%，
超声波检测频带：20～60kHz，
超声波传感器中心频率：40±1kHz，
超声波测量量程：0～60dBmV，
超声波分辨率：1dBmV，
超声波误差：2dBmV，
超声波灵敏度：峰值≥60dB，均值≥40dB，
所述暂态地电压传感器的参数如下：
暂态地电压波检测频带：3～100MHz，
暂态地电压波测量量程：0～60dBmV，
暂态地电压波脉冲计数误差：≤±10%。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过超声波传感器与暂态地电压传感器实现对环网柜局部放电进行检测，然后通过光电耦合器实现对数据信息进行传输，减少数据信息受到环网柜局部放电产生的电磁波和超声波的干扰，防止数据信息发生丢失或者错误，以及设有电流电压检测模块和反馈模块，实现对电流和电压进行检测，然后通过反馈模块实现对供电过程进行反馈调节，保持稳定的供电运行；
本发明用于监测主绝缘材料故障、绝缘材料表面及空气介质故障所激发的超声波信号及电磁波信号；绝缘材料污秽引起的表面爬电、闪络等；除以上功能特点以外还具有以下功能特点：
局放传感器为超声波（AE)与暂态地电压（TEV)二合一一体化设计，能准确反应环网柜内的局部放电情况；
16通道环网柜局放监测装置采用模拟滤波、脉冲分组、周期脉冲剔除、设置动态阈值等综合抗干扰措施，可接收16路局放传感器信号；
对局部放电特征量如（最大放电量、放电次数等）进行分析；
远程测量功能：系统将各监测单元安装于环网柜仪表室，在监控主机上可通过监测软件实时监测各测点的放电信息；
实时数据显示及查询功能：软件界面上可以显示多个测量通道的实时数据，并能查看相关历史数据等信息；
谱图显示功能：系统软件可以显示PRPS、PRPD放电谱图，局放谱图可以进行设置，如相位叠加，方便用户对数据的诊断；
良好的抗干扰功能：系统具有硬件和软件滤波，大幅度降低背景噪声影响；
报警功能：系统具备报警阈值设置、实时报警功能及报警查询功能；
平台对接功能：具备与其他平台对接功能。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：环网柜局部放电在线监测系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有光电耦合器，所述光电耦合器上电性连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有在线监测模块，所述在线监测模块上电性连接有超声波传感器和暂态地电压传感器，所述超声波传感器和所述暂态地电压传感器为二合一监测传感器，所述光电耦合器用于实现所述处理模块和所述控制模块进行接通，实现对数据信息进行传输，所述光电耦合器的使用能够减少电磁的干扰，所述超声波传感器用于监测通过检测局部放电产生的超声波信号来判定局部放电，所述暂态地电压传感器用于监测通过检测局部放电产生的电磁波信号来判定局部放电；
所述控制模块上电性连接有通讯模块，所述通讯模块上电性连接有通讯模块接口，所述通讯模块接口通过485总线/网线组网通讯连接有后台模块，所述通讯模块用于实现对数据信息进行通讯传输，实现与所述后台模块进行连接，实现将数据信息传输给所述后台模块；
所述控制模块上电性连接有电流电压检测模块，所述电流电压检测模块上电性连接有调压模块，所述电流电压检测模块上还电性连接有反馈模块，所述反馈模块与所述电流电压检测模块电性连接，所述电流电压检测模块用于实现对电流和电压进行检测，保持电路的稳定性，所述调压模块用于实现对电路进行调节控制，保持电路供电的稳定性，所述反馈模块用于实现在所述电流电压检测模块检测到电路供电异常后，进行反馈调节电路，保持电路的供电稳定性。
为了实现对系统进行多项检测，提高系统的稳定运行，便于进行工作运行，本实施例中，优选的，所述处理模块上电性连接有辅助监测模块，所述辅助监测模块中包括有柜内温湿度传感器、柜外温湿度传感器、震荡传感器和超高频传感器，所述柜内温湿度传感器和所述柜外温湿度传感器用于实现对柜内和柜外的温度和湿度进行检测，保持环境情况，所述震荡传感器用于检测柜内的震荡情况，防止碰撞柜体，所述超高频传感器用于电气设备局部放电超高频检测，针对局部放电超高频检测的特点，超高频天线应具有较宽的工作频带，其工作频带应在超高频段，以避开常规的电磁干扰。
为了实现对检测后的数据信息进行传输和计算处理，本实施例中，优选的，所述处理模块中包括有用于对数据信息进行获取的数据信息接收电路、用于实现对数据信息进行模数转换的数据信息转换电路、用于实现对数据信息进行放大处理的数据信息增益电路和用于实现对数据信息进行滤波处理的数据信息滤波电路。
为了使得数据信息具有一定的稳定性，防止杂波对数据信息造成影响，实现对数据信息进行滤波计算处理，本实施例中，优选的，所述数据信息滤波电路采用的是FIR滤波器中有限长单位冲激响应滤波器，一个M阶FIR滤波器的定义如下：
长度为M的FIR输出对应于输入时间序列x(n)的关系由一种有限卷积和的形式给出：
上式表达的是一个M-1阶的FIR滤波器，它有M个抽头，因此有M个乘法器，M-1个累加器组成，每一个抽头需要消耗逻辑资源的乘法器累加器单元；
其中k为输入信号，h（k）为FIR滤波系数，y（n）为经过滤波后的信号，M为阶数，n为
输入时间变量数据，
为时间序列函数变量；
或者采用的是二阶IIR低通滤波；
所述二阶IIR低通滤波的计算公式如下：
为了实现对系统进行辅助操作，提高系统的运行操作，方便操作控制，本实施例中，优选的，所述控制模块上电性连接有辅助模块，所述辅助模块中包括有用于连接网线的网口，用于实现通讯连接的RS485通讯接口和RS232通讯接口、用于实现对通讯功能或者通讯方式选择的通讯选择按键、用于显示通讯状态的通讯指示灯、用于插接外置存储卡的TF卡接口、用于连接外置设备的外同步接口或者干接点接口和用于对系统进行供电的电源输入接口。
为了实现对系统的数据信息进行存储，以及在出现故障的时候，能够实现复位重启，并且在故障的时候进行报警，本实施例中，优选的，所述辅助模块中还包括有存储模块、时钟晶振电路、复位电路和报警器，所述存储模块包括有SDRAM、NORFLASH和NANDFLASH，所述时钟晶振电路用于实现对系统进行控制波形的输出和时钟控制，所述复位电路用于在系统出现故障的时候进行复位重启，所述报警器用于在系统出现故障的时候进行报警提醒，所述报警器采用的是声光报警器。
为了实现对系统进行供电，并且为了实现对系统进行不同情况下进行供电，采用多样的供电方式，本实施例中，优选的，所述调压模块上电性连接有电压互感器模块和备用电池模块，所述电压互感器模块用于实现与环网柜本体内部的供电系统进行互感，实现系统进行供电运行，所述备用电池模块用于在所述电压互感器模块出现故障的时候进行紧急的备用转换供电方式，保持系统的稳定运行。
为了实现对系统进行稳定的供电运行，保持电压的稳定性，本实施例中，优选的，所述调压模块中包括有用于实现对所述电压互感器模块的电压进行降低的降压电路、用于实现对交流电压进行转换成直流电压的整流电路、用于实现对电压进行稳定调节的稳压电路、用于实现对直流电压中的交流电压进行滤除的滤波电路和用于实现防止电压峰值冲击的防浪涌电路，以及包括有用于实现对雷击进行泄压的防雷击电路。
为了实现对系统进行有效的反馈控制调节，本实施例中，优选的，所述备用电池模块与所述稳压电路电性连接，所述反馈模块也与所述稳压电路进行电性连接，所述反馈模块采用的闭环反馈电路，所述闭环反馈电路中包括有比较器，所述比较器用于实现对所述电流电压检测模块采集到的电流电压数值与设置的阈值进行比较。
为了实现对系统进行检测和抗干扰处理，本实施例中，优选的，所述在线监测模块用于接收16路局放传感器信号，所述在线监测模块采用模拟滤波、脉冲分组、周期脉冲剔除、设置动态阈值综合抗干扰，所述超声波传感器的参数如下：
超声波线性度误差：≤±20%，
超声波检测频带：20～60kHz，
超声波传感器中心频率：40±1kHz，
超声波测量量程：0～60dBmV，
超声波分辨率：1dBmV，
超声波误差：2dBmV，
超声波灵敏度：峰值≥60dB，均值≥40dB，
所述暂态地电压传感器的参数如下：
暂态地电压波检测频带：3～100MHz，
暂态地电压波测量量程：0～60dBmV，
暂态地电压波脉冲计数误差：≤±10%。
本发明的工作原理及使用流程：在使用的时候，通过电压互感器模块和调压模块实现对控制模块进行供电运行，并且通过电流电压检测模块实现对电路进行检测，并且通过反馈模块实现对系统进行反馈调压电压，使得系统电路的供电过程能够稳定，保持系统的稳定运行，并且在电路出现故障的时候，通过备用电池模块进行安全供电运行；
然后，在线监测模块通过二合一的超声波传感器和暂态地电压传感器进行检测，然后检测的结果通过在线检测模块进行处理后，再通过处理模块进行传输，且处理模块上设有辅助监测模块，通过辅助监测模块实现对环网柜进行环境检测，保持环网柜的稳定运行，然后处理模块将数据信息通光电耦合器传输给控制模块，且光电耦合器的设置可以防止干扰，提高信息传输的稳定性；
然后，控制模块通过通讯模块和通讯模块接口实现对数据信息进行上传，传输给后台模块，便于后台模块进行监控处理。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.环网柜局部放电在线监测系统，包括控制模块，其特征在于：所述控制模块上电性连接有光电耦合器，所述光电耦合器上电性连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有在线监测模块，所述在线监测模块上电性连接有超声波传感器和暂态地电压传感器，所述超声波传感器和所述暂态地电压传感器为二合一监测传感器，所述光电耦合器用于实现所述处理模块和所述控制模块进行接通，实现对数据信息进行传输，所述光电耦合器的使用能够减少电磁的干扰，所述超声波传感器用于监测通过检测局部放电产生的超声波信号来判定局部放电，所述暂态地电压传感器用于监测通过检测局部放电产生的电磁波信号来判定局部放电；
所述控制模块上电性连接有通讯模块，所述通讯模块上电性连接有通讯模块接口，所述通讯模块接口通过485总线/网线组网通讯连接有后台模块，所述通讯模块用于实现对数据信息进行通讯传输，实现与所述后台模块进行连接，实现将数据信息传输给所述后台模块；
所述控制模块上电性连接有电流电压检测模块，所述电流电压检测模块上电性连接有调压模块，所述电流电压检测模块上还电性连接有反馈模块，所述反馈模块与所述电流电压检测模块电性连接，所述电流电压检测模块用于实现对电流和电压进行检测，保持电路的稳定性，所述调压模块用于实现对电路进行调节控制，保持电路供电的稳定性，所述反馈模块用于实现在所述电流电压检测模块检测到电路供电异常后，进行反馈调节电路，保持电路的供电稳定性。
2.根据权利要求1所述的环网柜局部放电在线监测系统，其特征在于：所述处理模块上电性连接有辅助监测模块，所述辅助监测模块中包括有柜内温湿度传感器、柜外温湿度传感器、震荡传感器和超高频传感器，所述柜内温湿度传感器和所述柜外温湿度传感器用于实现对柜内和柜外的温度和湿度进行检测，保持环境情况，所述震荡传感器用于检测柜内的震荡情况，防止碰撞柜体，所述超高频传感器用于电气设备局部放电超高频检测，针对局部放电超高频检测的特点，超高频天线应具有较宽的工作频带，其工作频带应在超高频段，以避开常规的电磁干扰。
3.根据权利要求1所述的环网柜局部放电在线监测系统，其特征在于：所述处理模块中包括有用于对数据信息进行获取的数据信息接收电路、用于实现对数据信息进行模数转换的数据信息转换电路、用于实现对数据信息进行放大处理的数据信息增益电路和用于实现对数据信息进行滤波处理的数据信息滤波电路。
4.根据权利要求3所述的环网柜局部放电在线监测系统，其特征在于：所述数据信息滤波电路采用的是FIR滤波器中有限长单位冲激响应滤波器，一个M阶FIR滤波器的定义如下：
长度为M的FIR输出对应于输入时间序列x(n)的关系由一种有限卷积和的形式给出：
上式表达的是一个M-1阶的FIR滤波器，它有M个抽头，因此有M个乘法器，M-1个累加器组成，每一个抽头需要消耗逻辑资源的乘法器累加器单元；
其中k为输入信号，h（k）为FIR滤波系数，y（n）为经过滤波后的信号，M为阶数，n为输入
时间变量数据，
为时间序列函数变量；
或者采用的是二阶IIR低通滤波；
所述二阶IIR低通滤波的计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的环网柜局部放电在线监测系统，其特征在于：所述控制模块上电性连接有辅助模块，所述辅助模块中包括有用于连接网线的网口，用于实现通讯连接的RS485通讯接口和RS232通讯接口、用于实现对通讯功能或者通讯方式选择的通讯选择按键、用于显示通讯状态的通讯指示灯、用于插接外置存储卡的TF卡接口、用于连接外置设备的外同步接口或者干接点接口和用于对系统进行供电的电源输入接口。
6.根据权利要求5所述的环网柜局部放电在线监测系统，其特征在于：所述辅助模块中还包括有存储模块、时钟晶振电路、复位电路和报警器，所述存储模块包括有SDRAM、NORFLASH和NANDFLASH，所述时钟晶振电路用于实现对系统进行控制波形的输出和时钟控制，所述复位电路用于在系统出现故障的时候进行复位重启，所述报警器用于在系统出现故障的时候进行报警提醒，所述报警器采用的是声光报警器。
7.根据权利要求1所述的环网柜局部放电在线监测系统，其特征在于：所述调压模块上电性连接有电压互感器模块和备用电池模块，所述电压互感器模块用于实现与环网柜本体内部的供电系统进行互感，实现系统进行供电运行，所述备用电池模块用于在所述电压互感器模块出现故障的时候进行紧急的备用转换供电方式，保持系统的稳定运行。
8.根据权利要求7所述的环网柜局部放电在线监测系统，其特征在于：所述调压模块中包括有用于实现对所述电压互感器模块的电压进行降低的降压电路、用于实现对交流电压进行转换成直流电压的整流电路、用于实现对电压进行稳定调节的稳压电路、用于实现对直流电压中的交流电压进行滤除的滤波电路和用于实现防止电压峰值冲击的防浪涌电路，以及包括有用于实现对雷击进行泄压的防雷击电路。
9.根据权利要求8所述的环网柜局部放电在线监测系统，其特征在于：所述备用电池模块与所述稳压电路电性连接，所述反馈模块也与所述稳压电路进行电性连接，所述反馈模块采用的闭环反馈电路，所述闭环反馈电路中包括有比较器，所述比较器用于实现对所述电流电压检测模块采集到的电流电压数值与设置的阈值进行比较。
10.根据权利要求7所述的环网柜局部放电在线监测系统，其特征在于：所述在线监测模块用于接收16路局放传感器信号，所述在线监测模块采用模拟滤波、脉冲分组、周期脉冲剔除、设置动态阈值综合抗干扰，所述超声波传感器的参数如下：
超声波线性度误差：≤±20%，
超声波检测频带：20～60kHz，
超声波传感器中心频率：40±1kHz，
超声波测量量程：0～60dBmV，
超声波分辨率：1dBmV，
超声波误差：2dBmV，
超声波灵敏度：峰值≥60dB，均值≥40dB，
所述暂态地电压传感器的参数如下：
暂态地电压波检测频带：3～100MHz，
暂态地电压波测量量程：0～60dBmV，
暂态地电压波脉冲计数误差：≤±10%。
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