CN208477061U - 高压开关柜局部放电监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压开关柜局部放电监测系统，本系统包括泄漏电流监测单元、超声波放电监测单元、超高频放电监测单元、数字信号处理器和上位机；泄漏电流监测单元包括泄漏电流引流环、电流互感器、放大滤波电路、前端信号调理电路和后端信号调理电路，实现泄漏电流检测，超声波放电监测单元和超高频放电监测单元分别包括超声波传感器、第一放大电路、带通滤波电路和第一偏置电路以及超高频传感器、第二放大电路、前端滤波放大电路、频谱搬移电路和第二偏置电路，实现放电信号检测；数字信号处理器采集泄漏电流和放电信号并进行处理后传输至上位机，上位机对泄漏电流和放电信号进行监控。本系统对局部放电在线监测，确保电网的安全可靠运行。

Description

高压开关柜局部放电监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种高压开关柜局部放电监测系统。

背景技术

开关柜是智能电网的重要组成部分，主要用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制和保护等作用，其电压等级在3.6kV～550kV，开关柜运行的稳定性直接影响到电网的安全运行。高压开关柜长期工作在高压环境下，绝缘材料在电场作用下会劣化，有能量损失，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，严重影响开关柜的正常运行。

开关柜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。因此，对开关柜进行局部放电状态监测不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。

我国对局部放电在线监测诊断技术的重要性也早有认识，20世纪60年代就提出过不少带电试验方法，但由于操作复杂，测量结果分散性大，没有得到推广。80年代以来，随着电子技术的进步和传感器技术、光纤技术、计算机技术、信息处理技术等的发展和向各领域的渗透，使局部放电在线监测技术走向实用化阶段。

清华大学研制的利用超高频法检测的便携式局部放电检测仪，可以有效的检测放电信号，对放电源大致定位。但是这种设备不能进行实时在线监测，而且对采集到的放电信号的分析处理还不够好，可靠性有待完善。西安交通大学开发的电机局部放电在线监测系统通过检测放电产生的高频电磁波信号，经过处理得出局部放电的各种特征量，利用数字信号处理和模式识别技术，在放电故障类型的判别方面作了尝试。上海交通大学研制的局部放电在线监测系统利用宽带系统进行高速长时间采样，用数字信号处理器（DSP）及工控机处理大量数据，通过提取放电信号的特征值作为样板存于数据库中，对电气设备的长期监测来诊断设备的绝缘损坏情况。但针对高压开关柜局部放电在线监测的研究起步较晚，虽然取得了一些进步，研究成效还不明显。目前，市场上有些产品已经出现，但没有经过严格的测试和审核，可靠性和准确性较差，还没有在变电站和发电厂广泛使用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高压开关柜局部放电监测系统，本系统在综合多种传感器检测的基础上形成稳定的局部放电在线监测，提供电力系统运行状态参数，为电力供应的合理运行提供数据与技术支持，确保电网的安全可靠运行。

为解决上述技术问题，本实用新型高压开关柜局部放电监测系统包括泄漏电流监测单元、超声波放电监测单元、超高频放电监测单元、数字信号处理器和上位机；

所述泄漏电流监测单元包括泄漏电流引流环、电流互感器、放大滤波电路、前端信号调理电路和后端信号调理电路，所述泄漏电流引流环采用导电胶涂制而成并检测高压开关柜泄漏电流，所述电流互感器采集所述泄漏电流引流环的电流信号并且传输至所述放大滤波电路，所述放大滤波电路将电流信号转换成电压信号并进行放大和低通滤波，所述前端信号调理电路将放大后的电压信号转换为电流信号传输至所述后端信号调理电路，所述后端信号调理电路将电流信号转换为数字信号；

所述超声波放电监测单元包括超声波传感器、第一放大电路、带通滤波电路和第一偏置电路，所述超声波传感器设于高压开关柜内壁并且通过屏蔽电缆将监测到的信号传输至所述第一放大电路，所述第一放大电路输出信号依次经所述带通滤波电路和第一偏置电路将信号调理成数字信号；

所述超高频放电监测单元包括超高频传感器、第二放大电路、前端滤波放大电路、频谱搬移电路和第二偏置电路，所述超高频传感器接收高压开关柜内局部放电产生的高频电磁波信号并将电磁波信号转换成微电压信号传输至所述第二放大电路，所述第二放大电路将微电压信号进行放大并将放大后的信号依次经所述前端滤波放大电路、频谱搬移电路和偏置电路输出局部放电信号；

所述数字信号处理器分别采集所述泄漏电流监测单元、超声波放电监测单元和超高频放电监测单元的输出信号，所述数字信号处理器对所述泄漏电流监测单元的输出信号进行FIR滤波和运算处理后上传至所述上位机，所述上位机监控高压开关柜的泄漏电流；所述数字信号处理器对超声波放电监测单元输出信号进行短时傅里叶变换，得到所述超声波放电监测单元输出信号的频谱特征，再与实验得到的放电信号频谱特征进行模式识别，判断是否为放电信号并计算出放电参数，同时将放电参数上传至上位机进行监控；所述数字信号处理器对所述超高频放电监测单元输出的局部放电信号进行模数转换，模数转换后的信号经FIR滤波和短时傅里叶变换将信号由时域信号转变为频域信号，将频域信号在频轴上对各频率分量平移，恢复原高频电磁波信号的频谱，提取恢复后频谱信号的特征参量，并与实验得到的各放电类型的特征参量模式对比识别，诊断放电类型，统计放电发生的频次和幅值作为表征放电强度的参数，将所有放电强度的参数上传至所述上位机进行监控。

进一步，本系统还包括温湿度传感器，所述温湿度传感器设于高压开关柜的母线连接处和隔离触头上并且输出信号传输至所述数字信号处理器。

进一步，所述超声波传感器的超声监测带宽范围为20kHz～160kHz。

由于本实用新型高压开关柜局部放电监测系统采用了上述技术方案，即本系统包括泄漏电流监测单元、超声波放电监测单元、超高频放电监测单元、数字信号处理器和上位机；泄漏电流监测单元包括泄漏电流引流环、电流互感器、放大滤波电路、前端信号调理电路和后端信号调理电路，实现高压开关柜的泄漏电流检测，超声波放电监测单元和超高频放电监测单元分别包括超声波传感器、第一放大电路、带通滤波电路和第一偏置电路以及超高频传感器、第二放大电路、前端滤波放大电路、频谱搬移电路和第二偏置电路，实现高压开关柜的放电信号检测；数字信号处理器采集泄漏电流和放电信号并进行处理后传输至上位机，上位机对泄漏电流和放电信号进行监控。本系统在综合多种传感器检测的基础上形成稳定的局部放电在线监测，提供电力系统运行状态参数，为电力供应的合理运行提供数据与技术支持，确保电网的安全可靠运行。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：

图1为本实用新型高压开关柜局部放电监测系统原理框图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本实用新型高压开关柜局部放电监测系统包括泄漏电流监测单元1、超声波放电监测单元2、超高频放电监测单元3、数字信号处理器4和上位机5；

所述泄漏电流监测单元1包括泄漏电流引流环11、电流互感器12、放大滤波电路13、前端信号调理电路14和后端信号调理电路15，所述泄漏电流引流环11采用导电胶涂制而成并检测高压开关柜泄漏电流，所述电流互感器12采集所述泄漏电流引流环11的电流信号并且传输至所述放大滤波电路13，所述放大滤波电路13将电流信号转换成电压信号并进行放大和低通滤波，所述前端信号调理电路14将放大后的电压信号转换为电流信号传输至所述后端信号调理电路15，所述后端信号调理电路15将电流信号转换为数字信号；

所述超声波放电监测单元2包括超声波传感器21、第一放大电路22、带通滤波电路23和第一偏置电路24，所述超声波传感器21设于高压开关柜内壁并且通过屏蔽电缆将监测到的信号传输至所述第一放大电路22，所述第一放大电路22输出信号依次经所述带通滤波电路23和第一偏置电路24将信号调理成数字信号；

所述超高频放电监测单元3包括超高频传感器31、第二放大电路32、前端滤波放大电路33、频谱搬移电路34和第二偏置电路35，所述超高频传感器31接收高压开关柜内局部放电产生的高频电磁波信号并将电磁波信号转换成微电压信号传输至所述第二放大电路32，所述第二放大电路32将微电压信号进行放大并将放大后的信号依次经所述前端滤波放大电路33、频谱搬移电路34和偏置电路35输出局部放电信号；

所述数字信号处理器4分别采集所述泄漏电流监测单元1、超声波放电监测单元2和超高频放电监测单元3的输出信号，所述数字信号处理器4对所述泄漏电流监测单元1的输出信号进行FIR滤波和运算处理后上传至所述上位机5，所述上位机5监控高压开关柜的泄漏电流；所述数字信号处理器4对超声波放电监测单元2输出信号进行短时傅里叶变换，得到所述超声波放电监测单元2输出信号的频谱特征，再与实验得到的放电信号频谱特征进行模式识别，判断是否为放电信号并计算出放电参数，同时将放电参数上传至上位机5进行监控；所述数字信号处理器4对所述超高频放电监测单元3输出的局部放电信号进行模数转换，模数转换后的信号经FIR滤波和短时傅里叶变换将信号由时域信号转变为频域信号，将频域信号在频轴上对各频率分量平移，恢复原高频电磁波信号的频谱，提取恢复后频谱信号的特征参量，并与实验得到的各放电类型的特征参量模式对比识别，诊断放电类型，统计放电发生的频次和幅值作为表征放电强度的参数，将所有放电强度的参数上传至所述上位机5进行监控。

优选的，本系统还包括温湿度传感器6，所述温湿度传感器6设于高压开关柜的母线连接处和隔离触头上并且输出信号传输至所述数字信号处理器4。

优选的，所述超声波传感器的超声监测带宽范围为20kHz～160kHz。

本系统中，泄漏电流监测单元采用泄漏电流引流环检测高压开关柜的漏电，由电流互感器对漏电信号进行传输，同时对其两侧的电压进行隔离，进而提高整个检测电路的安全性和可靠性，然后对弱小电流信号就地放大，将弱小电流转换为1～5V电压信号，电压信号进行低通滤波后转换为4～20mA的电流信号进行传输，前端信号调理电路将4～20mA的电流信号采用高精度的电阻将电流信号换为电压信号，再经后端信号调理电路将其转换为符合数字信号处理器输入要求的0.2～2.8V电压信号，最后由信号处理器对信号进行数据采集、FIR滤波和运算处理，并将监测参数上传至上位机进行监控。

本系统的数字信号处理器内置经实验得到的高压开关柜放电信号频谱模型以及各放电类型的特征参数模型，由超声波放电监测单元和超高频放电监测单元检测的信号经数字信号处理器处理后与上述模型进行模式识别，从而判断高压开关柜是否放电并计算放电参数，诊断放电信号的类型，统计放电发生的频率次数和幅值作为表征放电强度的参数；同时数字信号处理器采集由温湿度传感器检测的高压开关柜温度和湿度信号，以判断高压开关柜的温度和湿度是否符合要求；经数字信号处理器处理的所有高压开关柜放电数据以及温湿度数据上传至上位机，由上位机对数据进行储存、显示、报警等操作。

本系统综合多种传感器检测的基础上形成更加稳定的高压开关柜放电的在线监测，提供更多的电力系统运行状态参数，将综合保护装置与在线监测系统进行集成，为工业生产电力供应的合理运行提供更多的数据与技术支持，形成智能化的设备故障诊断与智能评估系统。

Claims (3)

1.一种高压开关柜局部放电监测系统，其特征在于：包括泄漏电流监测单元、超声波放电监测单元、超高频放电监测单元、数字信号处理器和上位机；

所述泄漏电流监测单元包括泄漏电流引流环、电流互感器、放大滤波电路、前端信号调理电路和后端信号调理电路，所述泄漏电流引流环采用导电胶涂制而成并检测高压开关柜泄漏电流，所述电流互感器采集所述泄漏电流引流环的电流信号并且传输至所述放大滤波电路，所述放大滤波电路将电流信号转换成电压信号并进行放大和低通滤波，所述前端信号调理电路将放大后的电压信号转换为电流信号传输至所述后端信号调理电路，所述后端信号调理电路将电流信号转换为数字信号；

所述超声波放电监测单元包括超声波传感器、第一放大电路、带通滤波电路和第一偏置电路，所述超声波传感器设于高压开关柜内壁并且通过屏蔽电缆将监测到的信号传输至所述第一放大电路，所述第一放大电路输出信号依次经所述带通滤波电路和第一偏置电路将信号调理成数字信号；

所述超高频放电监测单元包括超高频传感器、第二放大电路、前端滤波放大电路、频谱搬移电路和第二偏置电路，所述超高频传感器接收高压开关柜内局部放电产生的高频电磁波信号并将电磁波信号转换成微电压信号传输至所述第二放大电路，所述第二放大电路将微电压信号进行放大并将放大后的信号依次经所述前端滤波放大电路、频谱搬移电路和偏置电路输出局部放电信号；

所述数字信号处理器分别采集所述泄漏电流监测单元、超声波放电监测单元和超高频放电监测单元的输出信号，所述数字信号处理器对所述泄漏电流监测单元的输出信号进行FIR滤波和运算处理后上传至所述上位机，所述上位机监控高压开关柜的泄漏电流；所述数字信号处理器对超声波放电监测单元输出信号进行短时傅里叶变换，得到所述超声波放电监测单元输出信号的频谱特征，再与实验得到的放电信号频谱特征进行模式识别，判断是否为放电信号并计算出放电参数，同时将放电参数上传至上位机进行监控；所述数字信号处理器对所述超高频放电监测单元输出的局部放电信号进行模数转换，模数转换后的信号经FIR滤波和短时傅里叶变换将信号由时域信号转变为频域信号，将频域信号在频轴上对各频率分量平移，恢复原高频电磁波信号的频谱，提取恢复后频谱信号的特征参量，并与实验得到的各放电类型的特征参量模式对比识别，诊断放电类型，统计放电发生的频次和幅值作为表征放电强度的参数，将所有放电强度的参数上传至所述上位机进行监控。

2.根据权利要求1所述的高压开关柜局部放电监测系统，其特征在于：本系统还包括温湿度传感器，所述温湿度传感器设于高压开关柜的母线连接处和隔离触头上并且输出信号传输至所述数字信号处理器。

3.根据权利要求1或2所述的高压开关柜局部放电监测系统，其特征在于：所述超声波传感器的超声监测带宽范围为20kHz～160kHz。