CN117491720A - 电压及局放测量的多功能监测装置及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电压及局放测量的多功能监测装置及其监测方法，包括用于测量电压和局放信号的测量传感模块、与测量传感模块相连且用于采集与处理工频电压信号的电压模块、与测量传感模块相连且用于采集与处理高频局放信号的高频局放模块以及控制模块，所述控制模块根据工频电压信号和高频局放信号计算局放严重程度。本发明利用安装于变压器内部的测量传感模块，在进行工频电压测量的同时，提取测量传感模块所包含高频分量，无需额外的局放传感器即可达到对变压器内部局部放电现象进行测量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统变电技术领域，尤其涉及一种电压及局放测量的多功能监测装置及其监测方法。
背景技术
局部放电是反映高压电气设备绝缘状态的重要指标之一，通过对局放的测量可以发现早期绝缘缺陷以便有计划地实施状态检修工作，避免因故障所造成的损失。当变压器内部产生局放时，会产生电磁波、超声波、变压器油分解物的物理化学现象。
运行终端变压器的局放检测一般通过油色谱检测及在变压器接地线上加装高频电流传感器来进行局放信号的检测，或在变压器放油阀加装内置的特高频(UHF)传感器进行局放的测量。而当局放产生时，会存在畸变的高压电场，并在变压器外壳、连接金属表面产生电荷，并在高压回路中形成高频脉冲电流信号，但高频传感器价格较贵、且装在配电变压器外部容易被损坏。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种电压及局放测量的多功能监测装置，利用从电容分压式电压互感器中分离出局放高频脉冲信号，实现了局放信号的检测能力。
本发明的第二目的是提供该电压及局放测量的多功能监测装置的监测方法。
技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种电压及局放测量的多功能监测装置，包括与变压器高压输入端并联连接且用于测量电压和局放信号的测量传感模块、与测量传感模块相连且用于采集与处理工频电压信号的电压模块、与测量传感模块相连且用于采集与处理高频局放信号的高频局放模块以及控制模块，所述控制模块根据工频电压信号和高频局放信号计算局放严重程度。
其中，测量传感模块包括三个单相的电容分压式电压互感器。
优选的，电容分压式电压互感器包括一端接地的低压电容、与低压电容串联的高压电容、与低压电容并联的真空放电管以及与低压电容并联的泄放电阻。
再者，电压模块包括用于对模拟量信号进行低通滤波及信号放大的电压调理电路和用于将工频电压信号的模拟量信号转换为数字信号的电压采集模块。
优选的，高频局放模块包括用于提取并调制高频局放信号的高频局放信号调理模块和用于将高频局放信号的模拟量信号转换为数字信号的高频局放信号采集模块。
再者，测量传感模块与变压器高压输入端并联连接。
进一步，测量传感模块与一二次融合柱上断路器高压输入端并联连接。
本发明一种电压及局放测量的多功能监测装置的监测方法，包括如下步骤：
(1)控制模块控制电压模块采集工频电压信号，控制高频局放模块采集高频局放信号；
(2)控制模块根据电压模块所采集的工频电压信号当前及历史数据，通过傅里叶变换提取基波信号，计算并获得当前时刻电压的相位、频率和有效值，将所获得的相位值作为高频局放信号的同步参考；
(3)控制模块根据高频局放模块所采集的高频局放信号当前及历史数据，判断选取的区间内是否存在脉冲，若存在脉冲，则获得最大值并找到脉冲最大值所在位置，并计算脉冲最大值对应时刻的相位值，并记录；
(4)将0～1000mV、0～360°分别分割M、N等分，记录到当前时刻的时间间隔为设定时间间隔的局放脉冲的幅值、相位、时间；
(5)从开始工作，按照设定时间周期Tx，每到设定的时间周期，统计并记录一次时间间隔内所采集到的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx，其中下标x＝{1,2，...，M}，表示第x个时间周期；
(6)按天计算局放活动量，当超过设定门槛，则发出报警；天周期内局放活动量的计算公式为：
其中Tp表示出现局放脉冲的周期之和，单位为秒；
局放活动量P(d)代表对应天周期内的局放严重程度，T(d)为对应天的时间，长度单位为秒；
(7)输出天周期内的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx。
本发明一种电压及局放测量的多功能监测装置的监测方法，包括如下步骤：
(1)控制模块控制电压模块采集工频电压信号，控制高频局放模块采集高频局放信号；
(2)控制模块根据电压模块所采集的工频电压信号当前及历史数据，通过傅里叶变换提取基波信号，计算并获得当前时刻电压的相位、频率和有效值，将所获得的相位值作为高频局放信号的同步参考；
(3)控制模块根据高频局放模块所采集的高频局放信号当前及历史数据，判断选取的区间内是否存在脉冲，若存在脉冲，则获得最大值并找到脉冲最大值所在位置，并计算脉冲最大值对应时刻的相位值，并记录；
(4)将0～1000mV、0～360°分别分割M、N等分，记录到当前时刻的时间间隔为设定时间间隔的局放脉冲的幅值、相位、时间；
(5)从开始工作，按照设定时间周期Tx，每到设定的时间周期，统计并记录一次时间间隔内所采集到的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx，其中下标x＝{1,2，...，M}，表示第x个时间周期；
(6)按月计算局放活动量，当超过设定门槛，则发出报警；月周期内局放活动量的计算公式为：
其中Tp表示出现局放脉冲的周期之和，单位为秒；
局放活动量P(m)代表对应月周期内的局放严重程度，T(m)为对应月的时间，长度单位为秒；
(7)输出月周期内的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx。
本发明一种电压及局放测量的多功能监测装置的监测方法，包括如下步骤：
(1)控制模块控制电压模块采集工频电压信号，控制高频局放模块采集高频局放信号；
(2)控制模块根据电压模块所采集的工频电压信号当前及历史数据，通过傅里叶变换提取基波信号，计算并获得当前时刻电压的相位、频率和有效值，将所获得的相位值作为高频局放信号的同步参考；
(3)控制模块根据高频局放模块所采集的高频局放信号当前及历史数据，判断选取的区间内是否存在脉冲，若存在脉冲，则获得最大值并找到脉冲最大值所在位置，并计算脉冲最大值对应时刻的相位值，并记录；
(4)将0～1000mV、0～360°分别分割M、N等分，记录到当前时刻的时间间隔为设定时间间隔的局放脉冲的幅值、相位、时间；
(5)从开始工作，按照设定时间周期Tx，每到设定的时间周期，统计并记录一次时间间隔内所采集到的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx，其中下标x＝{1,2，...，M}，表示第x个时间周期；
(6)按年计算局放活动量，当超过设定门槛，则发出报警；年周期内局放活动量的计算公式为：
其中Tp表示出现局放脉冲的周期之和，单位为秒；
局放活动量P(y)代表对应年周期内的局放严重程度，T(y)为对应年的时间，长度单位为秒；
(7)输出年周期内的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
(1)本发明利用安装于变压器内部的测量传感模块，在进行工频电压测量的同时，提取低压部分所包含高频分量，无需额外的局放传感器即可达到对变压器内部局部放电现象进行测量的目的；
(2)本发明同时实现了工频电压与局放测量，实现了测量器件的高度融合，降低了变压器内部状态监测的成本；
(3)本发明除测量局放并输出局放脉冲幅值、脉冲数以及测量时序数据外，计算的得到了局放活动量，用于对局放严重程度进行监测并报警。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明中测量传感模块的单相接线示意图；
图3为本发明中测量传感模块的三相接线示意图；
图4为本发明的控制流程图；
图5为本发明中电压调理电路的电路图；
图6为本发明中高频局放信号调理模块的电路图；
图7为本发明中高频局放信号调理模块中高通滤波电路的电路图；
图8为本发明中高频局放信号调理模块中低通滤波电路的电路图；
图9为本发明中高频局放信号调理模块中整流电路的电路图；
图10为本发明中高频局放信号调理模块中放大电路的电路图；
图11为本发明中高频局放信号调理模块中展宽电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
如图1和图2所示，本发明一种电压及局放测量的多功能监测装置包括测量传感模块、电压模块、高频局放模块和通讯模块，其中测量传感模块与变压器高压输入端并联连接，测量传感模块用于测量电压和局放信号，测量传感模块包括三个单相的电容分压式电压互感器，电容分压式电压互感器包括一端接地的低压电容、与低压电容串联的高压电容、与低压电容并联的真空放电管以及与低压电容并联的泄放电阻。如图2所示，采用10kV高压电容与低压电容串联连接，低压电容另外一端接地，测量信号从低压电容两端引线，并联真空放电管及泄放电阻，用以防止高压电容击穿所引起的高电压，如图3所示为三相接线示意图。测量传感模块封装为一体，与10kV油浸式配电变压器高压输入端并联连接，该测量传感模块安装于10kV油浸式配电变压器内部，测量传感模块与其它10kV带电体间通过变压器绝缘油进行绝缘。测量传感模块的测量信号由10kV配电变压器内部引出，分别接入到电压模块、高频局放模块。
电压模块与测量传感模块相连，电压模块负责对输入的工频电压信号进行处理与采集，电压模块包括电压调理电路和电压采集模块，电压调理电路负责对输入的模拟量信号进行低通滤波及信号放大，电压采集模块负责将模拟量信号转换为数字信号，电压采集模块由模数转换芯片及相关外围电路构成，由控制模块控制进行数据采集。
其中，电压调理电路如图5所示，该电压调理电路分为三级：第一级从UB_H_1到UB_H_2为电压跟随器；第二级从UB_H_2到UB_H_3为比例运算放大器，放大倍数为6倍；第三极从UB_H_3到UB_H_P为同相加法器；UB_H_P输入到采样模块进行信号采集。
本发明中从测量传感模块引入信号到高频局放模块，高频局放模块包含高频局放信号调理模块和高频局放信号采集模块，其中高频局放信号调理模块负责信号滤波、放大，以提取信号中的高频局放脉冲；同时负责对局放信号进行调制，将局放脉冲信号整流变换为正向脉冲信号，为降低对采样频率的要求，电路中对脉冲信号进行展宽。高频局放信号采集模块负责将模拟量信号转换为数字信号，高频局放信号采集模块由模数转换芯片及相关外围电路构成，由控制模块控制进行数据采集。
如图6所示，高频局放信号调理模块由低通滤波电路、高通滤波电路、整流电路、放大电路以及展宽电路构成。
其中，高通滤波电路用于滤除工频信号，低通滤波电路用于滤除不需要的高频分量，分别设置高通与低通滤波电路使输出信号带宽在500kHz～10MHz范围内，本实施例中采用典型的RLC滤波电路，滤波电路原理如图7和图8所示；本实施例中，整流电路设计为由两个运放组成的全波整流电路，如图9所示；本实施例中，放大电路用于对输入信号进行放大，如图10所示；本实施例中，展宽电路用于将狭窄的脉冲信号进行时间展宽，电路原理如图11所示。
控制模块负责对系统进行初始化，负责控制电压模块和高频局放模块按照要求进行工作，并将采集的电压、高频局放数字化数据进行处理。电压及局放测量的多功能监测装置通过通讯模块与上位机相连接，并向上位机提供局放和电压的测量值，并提出了局放活动量作为局放严重程度和老化程度的评价指标。本发明同时实现了工频电压与局放测量，实现了测量器件的高度融合，降低了变压器内部状态监测的成本；也可用于一二次融合柱上断路器设备内部的局放监测，测量传感模块与一二次融合柱上断路器高压输入端并联连接。
如图4所示，本发明一种电压及局放测量的多功能监测装置的监测方法，包括如下步骤：
(1)控制模块控制电压模块采集工频电压信号，控制高频局放模块采集高频局放信号；
(2)控制模块根据电压模块所采集的工频电压信号当前及历史数据，通过傅里叶变换提取基波信号，计算并获得当前时刻电压的相位、频率和有效值，将所获得的相位值作为高频局放信号的同步参考；
(3)控制模块根据高频局放模块所采集的高频局放信号当前及历史数据，判断选取的区间内是否存在脉冲，若存在脉冲，则获得最大值并找到脉冲最大值所在位置，并计算脉冲最大值对应时刻的相位值，并记录；
(4)将0～1000mV、0～360°分别分割M、N等分，记录到当前时刻的时间间隔为设定时间间隔的局放脉冲的幅值、相位、时间；
(5)从开始工作，按照设定时间周期Tx，每到设定的时间周期，统计并记录一次时间间隔内所采集到的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx，其中下标x＝{1,2，...，M}，表示第x个时间周期；
(6)按天计算局放活动量，当超过设定门槛，则发出报警；天周期内局放活动量的计算公式为：
其中Tp表示出现局放脉冲的周期之和，单位为秒；
局放活动量P(d)代表对应天周期内的局放严重程度，T(d)为对应天的时间，长度单位为秒；
(7)输出天周期内的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx。
如图4所示，本发明一种电压及局放测量的多功能监测装置的监测方法，包括如下步骤：
(1)控制模块控制电压模块采集工频电压信号，控制高频局放模块采集高频局放信号；
(2)控制模块根据电压模块所采集的工频电压信号当前及历史数据，通过傅里叶变换提取基波信号，计算并获得当前时刻电压的相位、频率和有效值，将所获得的相位值作为高频局放信号的同步参考；
(3)控制模块根据高频局放模块所采集的高频局放信号当前及历史数据，判断选取的区间内是否存在脉冲，若存在脉冲，则获得最大值并找到脉冲最大值所在位置，并计算脉冲最大值对应时刻的相位值，并记录；
(4)将0～1000mV、0～360°分别分割M、N等分，记录到当前时刻的时间间隔为设定时间间隔的局放脉冲的幅值、相位、时间；
(5)从开始工作，按照设定时间周期Tx，每到设定的时间周期，统计并记录一次时间间隔内所采集到的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx，其中下标x＝{1,2，...，M}，表示第x个时间周期；
(6)按月计算局放活动量，当超过设定门槛，则发出报警；月周期内局放活动量的计算公式为：
其中Tp表示出现局放脉冲的周期之和，单位为秒；
局放活动量P(m)代表对应月周期内的局放严重程度，T(m)为对应月的时间，长度单位为秒；
(7)输出月周期内的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx。
如图4所示，本发明一种电压及局放测量的多功能监测装置的监测方法，包括如下步骤：
(1)控制模块控制电压模块采集工频电压信号，控制高频局放模块采集高频局放信号；
(2)控制模块根据电压模块所采集的工频电压信号当前及历史数据，通过傅里叶变换提取基波信号，计算并获得当前时刻电压的相位、频率和有效值，将所获得的相位值作为高频局放信号的同步参考；
(3)控制模块根据高频局放模块所采集的高频局放信号当前及历史数据，判断选取的区间内是否存在脉冲，若存在脉冲，则获得最大值并找到脉冲最大值所在位置，并计算脉冲最大值对应时刻的相位值，并记录；
(4)将0～1000mV、0～360°分别分割M、N等分，记录到当前时刻的时间间隔为设定时间间隔的局放脉冲的幅值、相位、时间；
(5)从开始工作，按照设定时间周期Tx，每到设定的时间周期，统计并记录一次时间间隔内所采集到的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx，其中下标x＝{1,2，...，M}，表示第x个时间周期；
(6)按年计算局放活动量，当超过设定门槛，则发出报警；年周期内局放活动量的计算公式为：
其中Tp表示出现局放脉冲的周期之和，单位为秒；
局放活动量P(y)代表对应年周期内的局放严重程度，T(y)为对应年的时间，长度单位为秒；
(7)输出年周期内的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx。
Claims (10)
1.一种电压及局放测量的多功能监测装置，其特征在于：包括用于测量电压和局放信号的测量传感模块、与测量传感模块相连且用于采集与处理工频电压信号的电压模块、与测量传感模块相连且用于采集与处理高频局放信号的高频局放模块以及控制模块，所述控制模块根据工频电压信号和高频局放信号计算局放严重程度。
2.根据权利要求1所述的电压及局放测量的多功能监测装置，其特征在于：所述测量传感模块包括三个单相的电容分压式电压互感器。
3.根据权利要求2所述的电压及局放测量的多功能监测装置，其特征在于：所述电容分压式电压互感器包括一端接地的低压电容、与低压电容串联的高压电容、与低压电容并联的真空放电管以及与低压电容并联的泄放电阻。
4.根据权利要求1所述的电压及局放测量的多功能监测装置，其特征在于：所述电压模块包括用于对模拟量信号进行低通滤波及信号放大的电压调理电路和用于将工频电压信号的模拟量信号转换为数字信号的电压采集模块。
5.根据权利要求1所述的电压及局放测量的多功能监测装置，其特征在于：所述高频局放模块包括用于提取并调制高频局放信号的高频局放信号调理模块和用于将高频局放信号的模拟量信号转换为数字信号的高频局放信号采集模块。
6.根据权利要求1所述的电压及局放测量的多功能监测装置，其特征在于：所述测量传感模块与变压器高压输入端并联连接。
7.根据权利要求1所述的电压及局放测量的多功能监测装置，其特征在于：所述测量传感模块与一二次融合柱上断路器高压输入端并联连接。
8.一种根据权利要求1至7任一所述的电压及局放测量的多功能监测装置的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)控制模块控制电压模块采集工频电压信号，控制高频局放模块采集高频局放信号；
(2)控制模块根据电压模块所采集的工频电压信号当前及历史数据，通过傅里叶变换提取基波信号，计算并获得当前时刻电压的相位、频率和有效值，将所获得的相位值作为高频局放信号的同步参考；
(3)控制模块根据高频局放模块所采集的高频局放信号当前及历史数据，判断选取的区间内是否存在脉冲，若存在脉冲，则获得最大值并找到脉冲最大值所在位置，并计算脉冲最大值对应时刻的相位值，并记录；
(4)将0～1000mV、0～360°分别分割M、N等分，记录到当前时刻的时间间隔为设定时间间隔的局放脉冲的幅值、相位、时间；
(5)从开始工作，按照设定时间周期Tx，每到设定的时间周期，统计并记录一次时间间隔内所采集到的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx，其中下标x＝{1,2，...，M}，表示第x个时间周期；
(6)按天计算局放活动量，当超过设定门槛，则发出报警；天周期内局放活动量的计算公式为：
其中Tp表示出现局放脉冲的周期之和，单位为秒；
局放活动量P(d)代表对应天周期内的局放严重程度，T(d)为对应天的时间，长度单位为秒；
(7)输出天周期内的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx。
9.一种根据权利要求1至7任一所述的电压及局放测量的多功能监测装置的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)控制模块控制电压模块采集工频电压信号，控制高频局放模块采集高频局放信号；
(2)控制模块根据电压模块所采集的工频电压信号当前及历史数据，通过傅里叶变换提取基波信号，计算并获得当前时刻电压的相位、频率和有效值，将所获得的相位值作为高频局放信号的同步参考；
(3)控制模块根据高频局放模块所采集的高频局放信号当前及历史数据，判断选取的区间内是否存在脉冲，若存在脉冲，则获得最大值并找到脉冲最大值所在位置，并计算脉冲最大值对应时刻的相位值，并记录；
(4)将0～1000mV、0～360°分别分割M、N等分，记录到当前时刻的时间间隔为设定时间间隔的局放脉冲的幅值、相位、时间；
(5)从开始工作，按照设定时间周期Tx，每到设定的时间周期，统计并记录一次时间间隔内所采集到的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx，其中下标x＝{1,2，...，M}，表示第x个时间周期；
(6)按月计算局放活动量，当超过设定门槛，则发出报警；月周期内局放活动量的计算公式为：
其中Tp表示出现局放脉冲的周期之和，单位为秒；
局放活动量P(m)代表对应月周期内的局放严重程度，T(m)为对应月的时间，长度单位为秒；
(7)输出月周期内的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx。
10.一种根据权利要求1至7任一所述的电压及局放测量的多功能监测装置的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)控制模块控制电压模块采集工频电压信号，控制高频局放模块采集高频局放信号；
(2)控制模块根据电压模块所采集的工频电压信号当前及历史数据，通过傅里叶变换提取基波信号，计算并获得当前时刻电压的相位、频率和有效值，将所获得的相位值作为高频局放信号的同步参考；
(3)控制模块根据高频局放模块所采集的高频局放信号当前及历史数据，判断选取的区间内是否存在脉冲，若存在脉冲，则获得最大值并找到脉冲最大值所在位置，并计算脉冲最大值对应时刻的相位值，并记录；
(4)将0～1000mV、0～360°分别分割M、N等分，记录到当前时刻的时间间隔为设定时间间隔的局放脉冲的幅值、相位、时间；
(5)从开始工作，按照设定时间周期Tx，每到设定的时间周期，统计并记录一次时间间隔内所采集到的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx，其中下标x＝{1,2，...，M}，表示第x个时间周期；
(6)按年计算局放活动量，当超过设定门槛，则发出报警；年周期内局放活动量的计算公式为：
其中Tp表示出现局放脉冲的周期之和，单位为秒；
局放活动量P(y)代表对应年周期内的局放严重程度，T(y)为对应年的时间，长度单位为秒；
(7)输出年周期内的局放幅值最大值Amaxx、平均值AAvex及脉冲数量Nx。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311593213.5A CN117491720A (zh) | 2023-11-27 | 2023-11-27 | 电压及局放测量的多功能监测装置及其监测方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311593213.5A CN117491720A (zh) | 2023-11-27 | 2023-11-27 | 电压及局放测量的多功能监测装置及其监测方法 |
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| CN117491720A true CN117491720A (zh) | 2024-02-02 |
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