CN203433080U - 基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置，包括传感器组、与传感器组相连的信号调理单元、与信号调理单元相连的微处理器，所述微处理器上还连接有供电单元、存储单元、显示单元和控制单元，所述微处理器上还连接有通讯单元和GPS定位单元，所述传感器组包括紫外线传感器。本实用新型通过紫外线传感器对放电情况进行监测、通过通讯单元进行远程通讯、通过GPS定位单元定位，不受高频干扰，且能够在局部放电击穿绝缘、破坏电力设备之前发现放电，及时报警和采取措施，保障电力系统的稳定和安全，具有灵敏度高、体积小、便于携带等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及高压输电线路和高压电气设备的放电监测技术领域，尤其涉及一种基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置。
背景技术
随着电力工业的发展和电网负荷需求的提高，特高压长距离输电技术在我国快速发展，电压等级越来越高，高压输电线路和高压电气设备的安全运行越来越重要，对于高压输电线路而言，随着电压等级的升高，安全距离要求越大，传统的长杆上套装电压互感器的方法已经难以满足输电系统发展的要求，急需一种更加方便、安全、高效的验电技术；对于高压电气设备而言，安全监测手段多种多样，但大多均是实时监测，无法实现安全预警，而根据现场实际工况显示，高压电气设备在运行过程中会有电晕放电现象出现，电晕放电刚开始时是一种低能量的放电，一般来说，电晕放电不会很快引起绝缘击穿，随着放电量的增加会逐渐破坏设备的绝缘。以变压器为例，电晕放电会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光,并引起局部过热，变压器油中放电还将分解出气体、产生能量损耗等。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种体积小、易于携带的基于紫外脉冲监测技术的非接触式电气设备放电监测装置，其通过紫外线传感器对放电情况进行监测、通过通讯单元进行远程通讯、通过GPS定位单元定位，不受高频干扰，灵敏度高，且能够在局部放电击穿绝缘、破坏电力设备之前发现放电，及时报警和采取措施，保障电力系统的稳定和安全。
为实现上述目的，本实用新型的基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置包括传感器组、与传感器组相连的信号调理单元、与信号调理单元相连的微处理器，上述微处理器上连接有供电单元、存储单元、显示单元和控制单元，上述微处理器上还连接有通讯单元和GPS定位单元，上述传感器组包括紫外线传感器。目前国内对变压器等电气设备内部放电的在线监测方法和装置主要以脉冲电流法和电磁法为主。发明人在实际工作中发现，由于现场环境中电磁干扰信号比变压器内部放电脉冲电流信号强，在对放电进行在线监测时，放电信号可能被电磁干扰信号湮没。对于电磁干扰的抑制，通常从空域(如接地、隔离、屏蔽等)和时域(如采用模拟滤波和数字滤波等)同时采取措施，但往往无法抑制随机脉冲干扰信号。另外,虽然高频(超高频和甚高频)法在超高频范围(300MHz～3000MHz)内提取放电产生的电磁波信号，检测系统受外界干扰影响小，可以极大地提高变压器放电检测的可靠性和灵敏度，但用于检测超高频的仪器昂贵，而且不便于现场安装。本方案中，在监测装置中增设了紫外线传感器，紫外线传感器通过连续检测线路或电力设备放电的脉冲甄别出放电的状况，能直接检测出设备异常温升之前的放电过程，可用于达到一定强度后的放电图像拍摄。因此，本方案中，可以利用紫外线传感器监测放电过程、通过通讯单元远程通讯、通过GPS定位单元定位，可以在局部放电击穿绝缘、破坏电力设备之前采取措施，以及将信号传输给远程监控后台进行预警，及时避免电力设备被破坏。且紫外线传感器对电气设备的高压线圈端和高压接头的放电紫外光进行连续在线监测，不受高频干扰，灵敏度高。
作为本实用新型的进一步改进，上述传感器组还包括磁场传感器、电场传感器、温湿度传感器和风速风向测量仪，可以进一步采集更多的现场信息。
进一步，上述基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置还包括连接在微处理器上的声光报警器，可用于现场报警。
进一步，上述信号调理单元包括依次连接的滤波电路、放大电路和模数转换电路。
进一步，上述存储单元为SD卡或IDE存储器，用于存储传感器组采集的数据。
进一步，上述显示单元和控制单元为触摸显示屏。
进一步，上述通讯单元为GPRS通讯模块或3G通讯模块。
进一步，上述通讯单元采用型号为SIM900A的GPRS通信模块，上述GPS定位单元采用型号为SiRF StarⅢ-GPS的GPS模块，上述供电单元采用LM2576型号的芯片，上述微处理器采用三星公司 S3C2440芯片。
本实用新型的工作原理是：基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置的紫外线传感器、磁场传感器、电场传感器、温湿度传感器、风速风向测量仪分别采集各参数信号；通过信号调理单元处理该信号，使信号变成标准的0-5V或4-20mA信号，以及从模拟信号转换为数字信号，同时将数据传输至微处理器中；微处理器对信号进行计算分析，诊断现场带电状态，将诊断结果通过显示单元和声光报警装置输出，同时存储在大容量的存储单元上，如果有需要，工作人员可以通过通讯单元把数据发送至后台集控站，此外利用GPS定位单元，可准确实现电气设备定位。
相对于现有技术，本实用新型具有如下优点和有益效果：
1、本实用新型采用紫外线传感器进行放电监测，不受高频干扰，灵敏度高，且能够在局部放电击穿绝缘、破坏电力设备之前发现，及时报警和采取措施，使电力设备免受大的损坏；
2、本实用新型通过通讯单元进行远程通讯、通过GPS定位单元定位，不仅支持实时现场监测，还可以将信号传输给远程监控后台进行监控和预警；
3、本实用新型体积小、便于携带，运维人员可以随时携带该设备对各类电气设备进行放电监测，根据监测的放电量的大小，提前对电气设备的安全运行做出预警，保证了电力系统的安全稳定。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的实施例2中信号调理单元的结构示意图。
图例说明：1、传感器组； 2、信号调理单元； 3、声光报警器； 4、微处理器； 5、供电单元； 6、存储单元； 7、显示单元； 8、控制单元； 9、通讯单元； 10、GPS定位单元。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。
【实施例1】
如图1所示，基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置，包括依次相连的传感器1、信号调理单元2、微处理器4，上述微处理器4上还连接有供电单元5、存储单元6、显示单元7、控制单元8、通讯单元9、GPS定位单元10和声光报警器3。其中：上述传感器1包括紫外线传感器、磁场传感器、电场传感器、温湿度传感器和风速风向测量仪；上述存储单元6为具有大容量的SD卡或IDE存储器；上述通讯单元9为GPRS通讯模块或3G通讯模块；上述显示单元7和控制单元8为触摸显示屏，随着触摸显示屏设备的普及，其成本不断降低，且使用也非常方便，触摸显示屏同时具有显示作用和提供控制功能，实现本地人机交互功能，可用于本地监控数据、设备参数查看，历史记录查询等。实际应用中，上述显示单元7和控制单元8也可以采用其他装置实现，例如显示单元7采用液晶显示屏、控制单元8采用按键等；上述存储单元6也可以采用其他的具有数据存储功能的存储模块，例如但不限于FLASH存储器、SDRAM存储器等；上述通讯单元9也可以采用其他的通信模块，例如但不限于GSM通信模块。
【实施例2】
在实施例1的基础上，本实施例的信号调理单元2包括依次相连的滤波电路、放大电路和模数转换电路，由信号的滤波、放大、模数转换为自动监测、远程控制领域非常常见的技术，本实施例中不再赘述滤波电路、放大电路和模数转换电路的具体结构；存储单元6采用IDE存储器，即我们计算机中常用的硬盘；通讯单元9采用型号为SIM900A的GPRS通信模块，在3G信号未覆盖的地区也能使用，且SIM900A采用工业标准接口，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输；GPS定位单元10采用型号为SiRF StarⅢ-GPS的GPS模块，具备卫星定位接收功能，能够进行准确定位；信号调理单元2还可采用型号为AD7710的芯片，AD7710可直接接受来自应变计或传感器的低电平信号，并产生串行数字输出，利用双向串行端口，可在软件中进行输入通道选择、增益设置和信号极性配置。AD7710含有自校准、系统校准和后台校准选项，同时允许用户读取和写入片内校准寄存器，AD7710非常适合基于微控制器的智能系统应用。
【实施例3】
在实施例1的基础上，本实施例中的信号调理单元2包括依次相连的桥压电路、低通滤波电路、AD转换电路，以及同时与低通滤波电路、AD转换电路项链的微控电路，其中主要采用的芯片包括：桥压电路由REF3220提供精密的2V基准电压，通过将桥路产生电压和2V的基准电压接入精密运放OPA4313，通过运放输出到场效应管的G极，产生2V的稳定精确电压；低通滤波电路采用ispPAC20芯片，由两个可编程模拟宏单元(PAC Block)、两个可编程电压比较器、一个8位D／A转换器、配置存储器、参考电压电路、自动校正单元和ISP接口电路组成，PAC块中电路的增益和特性都可编程，器件可配置成1至10000倍的各种增益，输出放大器中的电容CF 有128 种值可供选择。反馈电阻RF可以断开或连通，器件中的基本单元可以通过模拟布线池实现互联，以便实现各种电路的组合；AD转换电路采用ADS5296模数转换器，四通道，10位，有效传输信号；微控采用DSP芯片TMS320F2812，集中双12位A/D转换器，一个转换单元，有效地进行数据处理和控制。信号调理单元2主要完成信号的滤波，放大，调零和调满量程的功能，可以消除其他噪声和高频信号的干扰，保证输入至AD的信号为标准的0-5V或4-20mA。
本实施例中的紫外线传感器、磁场传感器、温湿度传感器、电场传感器的型号分别依次为R2868、HMC1022、SHT10、MC34940；微处理器4采用三星公司S3C2440型号ARM9嵌入式CPU。
R2868为高灵敏度的紫外线火焰传感器，其主要用于检测电晕放电现象，该传感器可以探测185到260个不同的狭窄光谱敏感源。它对可见光完全没有感应，也不需要过滤任何可见光，它具有很小的体积和很宽敏感角度(择向性)，并能快速准确地发现发出的弱紫外线。线路发生电晕短路等故障时会使空气中的分子电离而发出紫外线，当紫外光波（主要是UVA和UVB波段）照射到传感器上时，传感器根据光波强度的不同，有一个不同的输出电压，后经过信号调理单元2处理后传给微处理器4进行处理。
磁场传感器HMC1022磁阻传动机构为四臂的惠斯通电桥，将磁场转换成差动输出的电压，可检测低至85微高斯的磁场。其具有更小的体积和更低的功耗，能将其在高速变化的非均匀强磁场中任意放置，也不会感应出影响测量精度的差模信号，为实现弱信号传输提供了有效的手段。
SHT10温湿度传感器是由瑞士Sensirion公司生产，基于领先世界的CMOSens数字传感技术，具有极高的可靠性和稳定性，其测量湿度精度在±4.5%内，温度精度在±0.5℃以内。
MC34940电场传感器采用宽带集成光波导电场传感器，由激光器、保偏光纤、电场传感器、普通光纤、光探测器组成。电场传感器是整个系统的核心器件，它是一种利用光波导技术实现的非功能型传感器，应用晶体的光电效应，通过晶体基片中光波导来检测空间中电磁波信号的电场分量，使电场信号调制到光载波上，光强度随着被检测电场相应地变化，经过光探测器后的输出信号电流即反映了被检测的是电场信号。
三星S3C2440是一款功能强大，功耗极低的ARM9嵌入式CPU，在该芯片基础上设计的TQ2440开发板具备丰富的通用接口，包括串口、网口、音频接口、SD卡存储器接口、USB接口、LCD结构、摄像头接口、打印机接口等，能实现各项常规功能。微处理器4主要负责接收传感器1采集并经信号调理单元2处理后的实时数据，同时对数据进行计算、分析处理、保存等，然后可通过显示单元7，还通过通讯单元9对数据进行远距离发布，以及控制声光报警器3报警。
本实施例中的供电单元5可采用型号为 LM2576的芯片实现，为其他电路提供电源，并接受一个7-36V DC的宽范围电源输入。
上述芯片的选择仅为优选实施例，对于本领域普通技术人员而言，模块和芯片型号选择、电路的简单变换来实现电路的相同功能非常容易，因此实际应用中，上述各个单元的芯片选择、芯片的具体型号选择、电路的简单替换可以根据实际需求选择。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置，包括传感器组（1）、与传感器组（1）相连的信号调理单元（2）、与信号调理单元（2）相连的微处理器（4），所述微处理器（4）上还连接有供电单元（5）、存储单元（6）、显示单元（7）和控制单元（8），其特征在于，所述微处理器（4）上还连接有通讯单元（9）和GPS定位单元（10），所述传感器组（1）包括紫外线传感器。
2.根据权利要求1所述的基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置，其特征在于，所述传感器组（1）还包括磁场传感器、电场传感器、温湿度传感器和风速风向测量仪。
3.根据权利要求1所述的基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置，其特征在于，还包括连接在微处理器（4）上的声光报警器（3）。
4.根据权利要求1所述的基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置，其特征在于，所述信号调理单元（2）包括依次连接的滤波电路、放大电路和模数转换电路。
5.根据权利要求1至4任一所述的基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置，其特征在于，所述存储单元（6）为SD卡或IDE存储器。
6.根据权利要求1至4任一所述的基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置，其特征在于，所述显示单元（7）和控制单元（8）为触摸显示屏。
7.根据权利要求1至4任一所述的基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置，其特征在于，所述通讯单元（9）为GPRS通讯模块或3G通讯模块。
8.根据权利要求1至4任一所述的基于紫外脉冲检测技术的非接触式电气设备放电监测装置，其特征在于，所述通讯单元（9）采用型号为SIM900A的GPRS通信模块，所述GPS定位单元（10）采用型号为SiRF StarⅢ-GPS的GPS模块，所述供电单元（5）采用LM2576型号的芯片，所述微处理器（4）采用三星公司 S3C2440芯片。
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20140212 Termination date: 20180731 |