CN204789882U - 基于双阀值的配网故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于双阀值的配网故障诊断系统，包括数据采集模块、便携式检测装置，所述数据采集模块用于实时采集配网设备局部的紫外线强度和温度值，所述便携式检测装置用于对数据采集模块采集的信息进行分析，所述数据采集模块包括依次连接的紫外光传感器、光纤测温传感器、光电转换单元、模数转换单元、主控制器；通过紫外光传感器和光纤测温传感器测的数据组成双阀值作为配网故障的判断条件,所述便携式检测装置通过信号传输光纤与主控制器的传感器航空插头连接，采集紫外光传感器和光纤测温传感器的数据。通过采用先进的紫外光传感技术，可以实现对配网设施故障隐患的主要表现形式之一的局放闪络提前把控和预警。

Description

基于双阀值的配网故障诊断系统

技术领域

本实用新型属于电力系统技术领域，涉及配网设置的故障监测，具体涉及一种基于双阀值的配网故障诊断系统。

背景技术

配网设施的电器故障不管最终表现如何、产生的破坏性有多大，在前期总有一些异常征兆，诸如温度异常升高、柜内压力增大，电流突变、局放闪络等等。准确的捕捉这些异常征兆并提前预警，及时对设备进行维护和保养，就有可能有效地避免事故的发生。但是，由于系统中高电压、大电流、电磁干扰源多、环境噪声严重等诸多影响检测的问题存在，因此，如何选择一种本质安全可靠的传感技术，准确、及时地对配网设备的各种潜在隐患进行早期诊断和预警，一直是个技术难题，目前还没有一套较好的解决方案。另外，由于配网设施面广量大，要研制一个对各种故障隐患进行准确诊断和预警的系统，投入的单位成本和今后推广应用的可行性也是一个不得不考虑的问题。因此，至今业内还处于配网故障发生后才启动告警和保护的消极被动的监测水平。

但是，鉴于高压故障大多起源于设备的局部放电闪络，因此电力行业检测局部放电的方法很多。目前比较流行的有紫外成像法、超声波法和超高频法等。1)采用紫外成像法对局部放电进行测量，配网设备表面局部放电过程中，放电部位将大量辐射紫外线，这样便可采用高灵敏度的紫外线辐射接受器——紫外成像仪，来记录表面放电过程中辐射的紫外线强度及其发展趋势，来间接评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘结构的缺陷，加以预防和维护。但目前市面上的紫外光成像仪价格昂贵，而且是作为检测仪器离线操作，因此难以在面广量大的配网系统进行推广应用。2)采用超高频法来检测局部放电。超高频局放检测(UHF)主要通过检测设备内部局放产生的超高频(300～3000MHz)电信号,来实现局部放电的检测和定位,其传感器实际上是接收超高频信号的天线。超高频检测法的优点是能够探测设备内部绝缘的局部放电，以及信号在传递过程中不易遮挡，因此该技术近年来得到了较快发展,在一些电力设备(如GIS、电机、电缆)的检测中已得到应用。但缺点是超高频信号容易受到其他高频干扰，如附近局部放电、无线广电通信、遥测遥控信号等，误报率高另外高压柜体箱壁也会对电磁波的传播带来不利影响,增加了局放超高频电磁波检测的难度。3)采用超声波法来检测局部放电。超声波检测法主要通过检测气体放电中产生的超声波,来实现局部放电的检测和定位。通常采用的超声传感器为压电传感器,为避开设备的磁噪声和机械振动噪声，选用的频率范围为70～150kHz。超声检测法相对来说可靠性更差一些，包括超声波信号在介质内部传播过程中的损耗，以及可能遇到的各种环境干扰源。目前主要用于定性判断是否有局放信号的产生。

现阶段，对配网设备表面和触点温度的监测，大部分还停留在人工巡查阶段，也有通过无线测温等方式进行的，但都存在着各自的不足。

电力职工通过红外测温仪等专用仪器，人工对开关柜触点温度进行测量。但由于开关柜数量众多,进行人工巡查效率低下。配网设备内高压部分大都是封闭的结构，由于安全的原因，人工监测不彻底，漏检漏报现象严重，且对隐患的发展判断往往局限于监测人员的专业水平，随意性较大，难以为设备的状态检修提供可靠的判据。所以人工巡查方式的非实时监测显然不符合配网自动化的要求。

目前比较流行的无线测温方法，由于传感器本身是电子器件，需要电池或者小电流互感器取能给测温芯片供电，再将测温芯片得到的信号通过无线芯片无线传输给接收器，这种方案虽然实现了温度信号的无线传输，但是由于电池供电需要定时更换电池，而且电池在夏季抗高温能力较差，给电力部门的运营带来影响；而采用电流互感器取能，传感头体积较大，而且布放的位置对取电是否方便影响很大，缺乏普遍适应性。

还有一种采用无源无线方式传感触点温度的技术，即前端传感器件采用声表面波技术设计，根据温度变化引起的声表面波器件震荡频率变化来测量温度。声表面波器件的核心部件是声表面波振荡器，其无源的工作原理免除了供电问题，克服了有源无线测温方法的问题。但该技术还处于早期发展阶段，目前还存在着在强电场环境下抗干扰能力不强、稳定性较差等问题，难以实现大规模的推广应用。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本实用新型提出一种基于紫外光检测技术的配网局放闪络在线监测系统，通过紫外光传感器进行采集信息实时对配网放闪络实时监测，解决了紫外成像法成本比较高的问题，具有抗干扰能力强、误报率低、灵敏度高等优点。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种基于双阀值的配网故障诊断系统，包括数据采集模块、便携式检测装置，所述数据采集模块用于实时采集配网设备局部的紫外线强度和温度值，所述便携式检测装置用于对数据采集模块采集的信息进行分析，所述数据采集模块包括依次连接的紫外光传感器、光纤测温传感器、光电转换单元、模数转换单元、主控制器；通过紫外光传感器和光纤测温传感器测的数据组成双阀值作为配网故障的判断条件,所述便携式检测装置通过信号传输光纤与主控制器的传感器航空插头连接，采集紫外光传感器和光纤测温传感器的数据。

该系统还包括当系统异常时进行报警的报警模块，所述报警模块包括声光报警单元和短信报警单元，所述短信报警单元在系统异常时通过短信发到设定手机号码上进行报警。所述声光报警单元中的蜂鸣器和故障指示灯嵌入在主控制器面板上。所述数据采集模块还设有与主控制器连接的显示单元，用于显示系统的工作状态、传感器数据、历史数据。所述光电转换单元和模数转换单元之间设有反向比例放大电路和高通滤波器，紫外光传感器接收到紫外光脉冲，经光电转换模块转换为负向的电流脉冲信号，经前置反向比例放大电路，得到正向电压信号，正向电压信号通过高通滤波器滤除低频干扰；进行模数转换后将信号送至装置主控制器。所述光纤测温传感器的传感器头将温度信号转换为调制光信号，并将光信号通过光纤传导到光电转换模块，光电转换模块的电流电压信号接入主控制器的传感器航空插头接头上。所述数据采集模块安装与开关柜上，紫外光传感器安装与开关柜的分割板或框架上，感光部分安装面向开关柜要保护的部分；所述光纤测温传感器安装在高压电缆接头和高压母线接头、开关柜触头及节点、刀闸开关关键部位，所述便携式检测装置用于将检测数据写入数据库并绘成曲线图，通过模拟实验和对现场配网设施故障隐患潜伏期和临界点的历史经验和实时跟踪记录设置相对应的局放闪络报警门限值。

本实用新型有益效果是:通过本产品，对紫外光传感技术在检测配网设备局部放电闪络方面，和光纤测温技术在检测配网设备异常温升方面的应用可行性进行深入的研究，为供电部门提供新的在线检测配网设备故障隐患的技术手段，与现有的其它各种检测方法进行对比提供参考。由于本设备是便携式的，可以一个设备对一个区域的配网设备，只需要巡检人员提着设备，逐个读取现场传感器数据，和目前市面上的各个功能模块都集合的监测产品相比，局方需要投入的资金少很多，为供电部门低成本地实现配网故障隐患监测和预警机制提供一种行之有效的解决方案。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本实用新型的具体实施方式的系统结构图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本产品采用国际上先进的紫外光局放探测传感器和光纤测温传感器为基本配置，本着经济实用的原则，产品功能模块化设计。基于紫外光局放探测和温升阀值双判据的配网故障诊断和早期预警智能巡检便携式装置能在配网开关柜设施日常巡检时早期预报电器电路的潜在故障，对提高配网开关柜长期工作的可靠性，有着重要的意义。智能巡检便携式装置，可以一对多，配网设备现场只安装传感器探头，而不需加装监测主机、电源、通信模块等，大大节省了产品的成本，低成本投入就可使得配网故障监测有据可依。

(1)光纤测温传感头灵敏度高，无源工作，完全采用光传感和光传输方式，温度检测和信号传输用同一根光纤，不受电磁干扰，本质安全绝缘、防爆防雷。系统安装非常简便，现场仅需要将传感光纤固定在测温点上即可轻松完成安装工作，非常适用于高电压、强电磁场和环境恶劣的场合。

(2)在局放电离过程中，空气中的电子不断获得和释放能量，当电子释放能量时，伴随有发光辐射现象，其辐射光谱包括可见光、红外线、紫外线。其中紫外辐射在大气中传播时衰减较小，而且日盲区的紫外线不易受到环境因素的干扰，较为稳定，所以选择紫外辐射作为局部放电检测的特征量，是一种极其有效的手段。但是目前同类产品价格昂贵，并不利于推广。本产品采用低成本、高灵敏度的日盲区紫外光敏管，来检测局部放电闪络产生的紫外光辐射，属于国际首创，没有经验可借鉴，既要考虑实际效果，又要考虑成本，难度很大。

(3)要根据现场实际情况确定紫外光传感器和测温传感器的安装点位和位置，以及便携式监测装置对传感器信号的处理方式和报警阀值等需要进行针对性的设计，无论在硬件选择上还是在系统软件的设计与编程方面都有着较大的难度和工作量。

(4)便携式装置预警报警阀值的设定，已经本地显示预警报警信息或者声光报警，直观明了。

如图1所示，一种基于双阀值的配网故障诊断系统，包括数据采集模块、便携式检测装置，所述数据采集模块用于实时采集配网设备局部的紫外线强度和温度值，所述便携式检测装置用于对数据采集模块采集的信息进行分析，所述数据采集模块包括依次连接的紫外光传感器、光纤测温传感器、光电转换单元、模数转换单元、主控制器；主控制器是整个装置的心脏，各个功能模块都必须通过主控制器进行连接，首先传感器探头感应到的变化，通过光电转换模块进行转换成微处理器能接受的信号，微处理器定时或者周期性(可设置)读取传感器数据，同时通过和通信模块之间的沟通，按规定的协议给到通信模块转发给主站系统，也可以通过本地液晶显示屏等进行显示当前状态等。当采集的状态超过设定的预警报警值时，通过声光报警单元进行提示，通过接通电源按钮，电源模块正常输出电源，主控制器和其他模块将工作。通过紫外光传感器和光纤测温传感器测的数据组成双阀值作为配网故障的判断条件,所述便携式检测装置通过信号传输光纤与主控制器的传感器航空插头连接，采集紫外光传感器和光纤测温传感器的数据。

该系统还包括当系统异常时进行报警的报警模块，所述报警模块包括声光报警单元和短信报警单元，所述短信报警单元在系统异常时通过短信发到设定手机号码上进行报警。所述声光报警模块中的蜂鸣器和故障指示灯嵌入在主控制器面板上。通过蜂鸣器发出警告声音，同时由主控制器控制LED灯，让故障指示灯进行闪络，根据不同的定义和阀值提示不同的故障状态等。所述数据采集模块还设有与主控制器连接的显示单元，液晶显示采用192X64的宽温液晶显示器，其背光为节电设计；指示灯采用高亮度LED发光二极管，显示模件用于设备的人机交互，显示现在装置工作状态、传感器数据、历史记录等，人机界面清晰易懂。所述光电转换单元和模数转换单元之间设有反向比例放大电路和高通滤波器，紫外光传感器接收到紫外光脉冲，经光电转换模块转换为负向的电流脉冲信号，经前置反向比例放大电路，得到正向电压信号，正向电压信号通过高通滤波器滤除低频干扰；进行模数转换后将信号送至装置主控制器。所述光纤测温传感器的传感器头将温度信号转换为调制光信号，并将光信号通过光纤传导到光电转换模块，光电转换模块的电流电压信号接入主控制器的传感器航空插头接头上。所述数据采集模块安装与开关柜上，紫外光传感器安装与开关柜的分割板或框架上，感光部分安装面向开关柜要保护的部分；所述光纤测温传感器安装在高压电缆接头和高压母线接头、开关柜触头及节点、刀闸开关关键部位，所述便携式检测装置用于将检测数据写入数据库并绘成曲线图，通过模拟实验和对现场配网设施故障隐患潜伏期和临界点的历史经验和实时跟踪记录设置相对应的局放闪络报警门限值。

电源模块：开关柜现场一般都有220V的外接电源提供，电源模块把220V转换成主控制器等模块所需要的电压，电源模块可输出12V,5V等多种电压。

紫外光局放探测传感器在开放空间，例如母线室，弧光传感器的安装间隔最大可以达到4米。传感器可以安装在开关柜分隔板上或框架上。感光部分安装在10mm孔中，面向开关柜中要保护的部分，用自攻螺丝固定。紫外光局放探测传感器也可用安装板安装在保护区域内。紫外光的另一头接到光电转换模块的端子上。光纤测温传感器安装在高压电缆接头和高压母线接头、开关柜触头及节点、刀闸开关等关键部位，传感器头将温度信号转换为调制光信号，并将光信号通过光纤传导到光电转换模块，光电转换模块的电流电压信号接入主控制器的传感器航空插头接头上。声光报警模块中的蜂鸣器和故障指示灯嵌入在主控制器面板上。电源模块都安装在主控制器机箱里。

产品操作：把电源模块接通外接220V电源，同时把装置电源开关合上，装置的各部分将自动开始工作。通信模块将现场装置的数据转发给后台主站，后台主站把监测装置发送过来数据整理成曲线图，并且写入数据库，通过模拟实验和对现场配网设施故障隐患潜伏期和临界点的大量调研和实时跟踪记录，精确地设置相对应的局放闪络报警门限值，并通过多种方式显示预警和报警信息。

本实用新型通过采用先进的紫外光传感技术，可以实现对配网设施故障隐患的主要表现形式之一的局放闪络提前把控和预警，改变了以往人工巡查或者事故发生后才发现和处理配网设施故障点位的做法，从而把电力公司配网自动化的发展进程从消极被动的事后排障提升到了积极主动的事前预知的新阶段，对于国家智能电网的建设和安全运行，具有重要的推动作用。具有抗干扰能力强、误报率低、灵敏度高等优点。在局放电离过程中，空气中的电子不断获得和释放能量，当电子释放能量时，伴随有发光辐射现象，其辐射光谱包括可见光、红外线、紫外线。其中紫外辐射在大气中传播时衰减较小，而且日盲区的紫外线不易受到环境因素的干扰，较为稳定，所以选择紫外辐射作为局部放电检测的特征量，是一种极其有效的手段。另外，采用紫外光传感器作为系统头端，既成本大大低于昂贵的紫外成像仪，又可以实现实时在线监测，在电力配网系统中具有极大的推广应用价值。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于双阀值的配网故障诊断系统，其特征在于,该系统包括数据采集模块、便携式检测装置，所述数据采集模块用于实时采集配网设备局部的紫外线强度和温度值，所述便携式检测装置用于对数据采集模块采集的信息进行分析，所述数据采集模块包括依次连接的紫外光传感器、光纤测温传感器、光电转换单元、模数转换单元、主控制器；通过紫外光传感器和光纤测温传感器测的数据组成双阀值作为配网故障的判断条件,所述便携式检测装置通过信号传输光纤与主控制器的传感器航空插头连接，采集紫外光传感器和光纤测温传感器的数据。

2.根据权利要求1所述的基于双阀值的配网故障诊断系统，其特征在于,该系统还包括当系统异常时进行报警的报警模块，所述报警模块包括声光报警单元和短信报警单元，所述短信报警单元在系统异常时通过短信发到设定手机号码上进行报警。

3.根据权利要求2所述的基于双阀值的配网故障诊断系统，其特征在于,所述声光报警单元中的蜂鸣器和故障指示灯嵌入在主控制器面板上。

4.根据权利要求1所述的基于双阀值的配网故障诊断系统，其特征在于,所述数据采集模块还设有与主控制器连接的显示单元，用于显示系统的工作状态、传感器数据、历史数据。

5.根据权利要求1所述的基于双阀值的配网故障诊断系统，其特征在于,所述光电转换单元和模数转换单元之间设有反向比例放大电路和高通滤波器，紫外光传感器接收到紫外光脉冲，经光电转换模块转换为负向的电流脉冲信号，经前置反向比例放大电路，得到正向电压信号，正向电压信号通过高通滤波器滤除低频干扰；进行模数转换后将信号送至装置主控制器。

6.根据权利要求1所述的基于双阀值的配网故障诊断系统，其特征在于,所述光纤测温传感器的传感器头将温度信号转换为调制光信号，并将光信号通过光纤传导到光电转换模块，光电转换模块的电流电压信号接入主控制器的传感器航空插头接头上。

7.根据权利要求1所述的基于双阀值的配网故障诊断系统，其特征在于,所述数据采集模块安装与开关柜上，紫外光传感器安装与开关柜的分割板或框架上，感光部分安装面向开关柜要保护的部分；所述光纤测温传感器安装在高压电缆接头和高压母线接头、开关柜触头及节点、刀闸开关关键部位。

8.根据权利要求1所述的基于双阀值的配网故障诊断系统，其特征在于,所述便携式检测装置用于将检测数据写入数据库并绘成曲线图，通过模拟实验和对现场配网设施故障隐患潜伏期和临界点的历史经验和实时跟踪记录设置相对应的局放闪络报警门限值。