CN208780775U - 用于开关柜的放电监测系统以及开关柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于开关柜(1)的放电监测系统以及开关柜。该系统包括：信号采集设备(21)，其被布置在开关柜(1)内部并且朝向位于开关柜(1)内的电气设备，被配置为采集与开关柜(1)内部的由电气设备引起的放电相关联的信号，该信号包括图像信号和音频信号；以及处理设备，其与信号采集设备通信地耦合，被配置为接收和处理由信号采集设备采集的信号，以识别开关柜(1)内的放电。本公开可以同时采集视频信号和音频信号来监测开关柜内的放电，使得以较低的成本和简便的方式实现对开关柜放电的准确监测和定位。本公开还能够发出警示以便于提醒维护人员及时对开关柜中绝缘进行修复，从而避免了开关柜内部电弧故障(IAC)的发生。

Description

用于开关柜的放电监测系统以及开关柜

技术领域

本公开涉及一种放电监测系统，更具体地涉及利用光和声音对开关柜内的放电进行监测的系统以及具有该监测系统的开关柜。

背景技术

开关柜是电力系统中的重要设备，其能够对发电和输配电起到控制和保护的作用。因此，开关柜需要高的可靠性。开关柜内部电弧是开关柜内发生的最严重的故障，会对设备造成严重破坏，还将给电力系统带来重大冲击，甚至会造成人身伤害。同时，开关柜内部电弧还可能导致停电事故。

为了最大限度地减少内部电弧故障(IAC)的损害和损失，快速灭弧装置被引入到开关设备中。通过触发快速动作的接地开关将主电路接地，快速灭弧装置可以在很短的时间内熄灭电弧。尽管如此，即使配备了这种快速灭弧装置，内部电弧故障仍然会发生，并且由此导致的停电事故也无法避免。

实用新型内容

为了预测并消除开关柜的内部电弧故障，本公开的实施例提供了一种用于开关柜的放电监测系统，以及包括该放电监测系统的开关柜。

根据本公开的一方面，提供了一种用于开关柜的放电监测系统，该系统包括：信号采集设备，其被布置在开关柜内部并且朝向位于开关柜内的电气设备，被配置为采集与开关柜内部的由电气设备引起的放电相关联的信号，该信号包括图像信号和音频信号；以及处理设备，其与信号采集设备通信地耦合，被配置为接收和处理由信号采集设备采集的信号，以识别开关柜内的放电。

在本公开的某些实施例中，信号采集设备包括图像捕获设备和反射镜，图像捕获设备和反射镜朝向彼此，并且被布置在电气设备的不同侧。

在本公开的某些实施例中，反射镜被放置在开关柜的侧壁上并且与该侧壁平行。

在本公开的某些实施例中，反射镜相对于开关柜的侧壁倾斜地放置在开关柜的底角处。

在本公开的某些实施例中，信号采集设备包括被布置在电气设备不同侧的多个图像捕获设备。

在本公开的某些实施例中，该系统还包括：通信设备，其与信号采集设备和处理设备通信地耦合，被配置为将信号采集设备采集的信号传送给处理设备。

在本公开的某些实施例中，通信设备包括路由器和服务器，路由器布置在开关柜中并且被配置为将来自信号采集设备的信号发送给服务器，服务器被配置为将从路由器接收到的信号转发给处理设备。

在本公开的某些实施例中，该系统还包括：警示器，被配置为在处理设备的控制下指示开关柜内发生放电的位置和开关柜的状态。

在本公开的某些实施例中，信号采集设备被布置在开关柜的电缆室中。

在本公开的另一方面，提供了一种开关柜，其包括如以上所描述的放电监测系统。

本公开的实施例可以同时采集视频信号和音频信号来监测开关柜内的放电，使得以较低的成本和简便的方式实现对开关柜放电的准确监测和定位。本公开的实施例还能够发出警示以便于提醒维护人员及时对开关柜中绝缘进行修复，从而避免了开关柜内部电弧故障(IAC)的发生。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本公开的实施例的放电监测系统以及开关柜的结构示意图。

图2示出了根据本公开的一个实施例的信号采集设备的布置的示意图。

图3示出了根据本公开的另一实施例的信号采集设备的布置的示意图。

图4示出了根据本公开的又一实施例的信号采集设备的布置的示意图。

图5示出了在根据本公开的实施例的开关柜电缆室中进行放电监测测试的示意图。

图6A和图6B示出了有放电和无放电时由放电监测系统所获取的图像的对比图。

图7A和图7B示出了有放电和无放电时由放电监测系统所获取的音频的对比图。

具体实施方式

现在将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的原理进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不意在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域的技术人员将容易地认识到，从下面的描述中，本文中所说明的结构和方法的替代实施例可以被采用而不脱离通过本文描述的本实用新型的原理。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“根据”表示“至少部分地根据”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。下文还可能包括其它明确的和隐含的定义。

大多数内部电弧故障并非突然发生，而是由绝缘材料中或绝缘材料与带电部件之间的交界处的局部放电发展而来。局部放电通常不会贯穿性的击穿绝缘，但是却可能局部损坏绝缘。如果长期存在局部放电，则绝缘可能会被严重损坏，进而导致内部电弧故障。因此，监控开关柜内的局部放电，并在内部电弧产生之前对开关柜内的绝缘进行修复可以有效避免内部电弧故障的发生。常规的局部放电的测量存在成本高和复杂的缺陷，难以广泛应用。

本公开提出了新的放电监测系统，以及包括该放电监测系统的开关柜。本公开的放电监测系统能够在开关柜内实时拍摄视频和录制音频，并对采集的视频信号和音频信号进行处理。局部放电会产生火花和声音，利用局部放电所产生的火花和声音，本公开的监测系统能够从所采集的信号中识别出局部放电。本公开可以根据所监测到的局部放电情况而准确指示是否发生发电以及放电发生的位置，并且提示维护人员是否需要对开关柜内的电气设备进行修复。由于摄像机或摄像头的视野限制和遮挡物，仅利用视频信号进行监测可能会存在监测死角；同时，由于声音的互相干扰，仅利用音频信号进行监测可能存在误判以及定位困难。基于此，本公开利用视频信号和音频信号两者来进行放电监测，从而避免上述缺点，具有准确定位和避免监测遗漏的优点。

首先参考图1，图1示出了根据本公开的实施例的放电监测系统以及使用该放电监测系统的开关柜。开关柜1可以包括多个室，例如电缆室11、母线室12、断路器室13和低压室14。根据本公开的实施例，放电监测系统被布置成监测开关柜1的一个或多个室内的局部放电现象。放电监测系统所监测的开关柜的室并不限于上述的四个室，如果开关柜具有其它室并且可能产生放电，则放电监测系统也可以对其它室进行监测。该放电监测系统可以包括信号采集设备21以及处理设备24。信号采集设备21与处理设备24之间可以进行通信。信号采集设备21与处理设备24可以直接通信地耦合，也可以通过另外的通信设备来通信地耦合。

根据本公开的实施例，放电监测系统还可以包括通信设备22、23，通信设备22、23与信号采集设备21和处理设备24通信地耦合，通信设备22、23可以将信号采集设备21采集的数据发送给处理设备24以进行处理。

根据本公开的实施例，信号采集设备21被布置在开关柜1的内部，并且朝向开关柜1内的电气设备。信号采集设备21可以被布置在电缆室11、母线室12、断路器室13和低压室14的至少一个室内。除了开关柜1的上述室之外，如果还存在开关柜1的其它室并且需要进行放电监测，信号采集设备21也可以被布置在其中。作为示例，在图1中，信号采集设备21被布置在开关柜1的电缆室11内。开关柜1内的电气设备可能发生局部放电，而局部放电会产生火花和声音。信号采集设备21被配置成采集与由开关柜1内的电气设备引起的放电相关联的信号。其中，与放电相关联的信号包括图像信号和音频信号。

具体地，信号采集设备21可以包括图像捕获设备，该图像捕获设备被布置在开关柜1的内部并被配置为实时地拍摄视频以捕获放电的图像。如图1所示，图像捕获设备为摄像头211，其也可以是摄像机或其它类型的视频探头。摄像头211可以被放置在开关柜1的一个或多个室内。作为示例，在图1中，摄像头211被放置在电缆室11内。摄像头211的镜头被设置成朝向电缆室11内的电气设备。摄像头211的拍摄区域应当尽可能包含电缆室11内所有可能发生放电的区域。因此，摄像头211可以被布置在靠近电缆室11的侧壁或者角落的位置，从而能够获得更大的拍摄区域。

此外，信号采集设备21还可以包括麦克风，以便采集开关柜1内的放电的声信号。麦克风可以是摄像机、摄像头和视频探头上的麦克风，或者是单独的音频设备上的麦克风。音频监测是放电监测的辅助手段。特别是摄像头无法拍摄到的区域中发生的放电，也能通过音频监测而被监测到。

根据本公开的实施例，放电监测系统可以包括通信设备22、23。通信设备22、23可以被配置为将信号采集设备21采集的信号传送给处理设备24。具体地，通信设备可以包括路由器22和服务器23。其中，路由器22可以被布置在开关柜1内，例如被布置在开关柜1的低压室14内。服务器23可以被布置在开关柜1外。路由器22可以通信地耦合到开关柜1内的多个图像捕获设备和多个麦克风，以及通信地耦合到服务器23。路由器22可以被配置为将来自信号采集设备21的信号发送给服务器23，以便服务器23将该信号转发给处理设备24。备选地，通信设备也可以是无线通信设备，从而可以将信号采集设备21与处理设备24进行无线通信耦合。

根据本公开的实施例，处理设备24被配置为接收和处理由信号采集设备21采集的信号。处理设备24可以包括处理器241，以便对数据进行处理。此外，处理设备24还可以包括用于存储数据和程序的存储器。

具体地，处理器241可以执行图像识别算法。其中，处理器241可以将图像捕获设备(例如摄像头211)所获得的图像进行二值化处理。图像的二值化处理会将图像上的像素点的值设置为“0”或“1”。如果所有像素点都为“0”，则表示图像中的所有内容都是黑色，并会将“0”作为输出信号；如果存在像素点为“1”，则表示图像中出现亮点，此时会将“1”作为输出信号。由于封闭的开关柜内部没有照明，在通常情况下，图像处理的输出信号应当为“0”。一旦检测到图像处理的输出信号为“1”，系统就会告知开关柜内可能出现火花或闪络。

此外，处理设备24还可以执行音频识别算法。与背景噪声相比较，放电时发出的声音具有更高的频率。因此，通过对音频信号进行频率分析以及使用带通滤波器，能够提取或识别放电的声音，从而监测到开关柜内发生了放电。

根据本公开的实施例，处理设备24还可以包括警示器242，警示器242被配置为在处理设备21的控制下指示开关柜1内发生放电的位置和开关柜1的状态。具体地，在监测到开关柜1内发生了放电时，处理设备24可以对图像进行分析以确定发生放电的具体位置。此外，如果存在多个被监测的开关柜，处理设备24可以分析确定哪个开关柜发生放电，并进一步确定是开关柜的哪个室发生放电。警示器242根据分析结果指示维护人员发生放电的位置。同时，警示器242还可以根据分析结果确定开关柜1的状态。具体而言，警示器242可以根据放电发生的频率和强度来对放电的危害程度进行分级。例如，开关柜的状态可以被分为三个级别：安全级别，设备处于良好状态；警告级别，需要对设备保持观察和监测；以及危险级别，需要立即对设备进行修复。警示器242可以根据状态级别显示不同颜色(例如绿色、黄色和红色)或发出不同警报声(例如危险级别越高，发出的警报声越短促)。

根据本公开的实施例，警示器242可以将开关柜1内发生放电的位置和开关柜1的状态发送到终端25以便于维护人员及时了解开关柜1的状态。其中，终端25可以是台式计算机或者便携式设备(例如移动电话和平板计算机)。

开关柜1相对于外部环境通常处于封闭的状态，并且开关柜1的内部没有照明。开关柜1内发生的放电会产生明显的火花和声音。据此，本公开的实施例通过在开关柜1内布置诸如摄像头211的信号采集设备来采集开关柜1内放电的图像信息，进而实现了对开关柜1内放电的实时监测。此外，本公开还在开关柜1内设置麦克风来采集放电的声信号以监测放电，使得可以将视频监测与音频监测相结合以实现对放电位置的准确定位并且避免遗漏。与常规手段相比，本公开的上述实施例以较低的成本实现了对开关柜1内放电的有效监测，并且能够发出警示以便于维护人员及时修复开关柜1内的设备，从而避免了内部电弧故障的发生。该实施例中的方案易于实施，并且对于已有开关柜，通过简单改造即可实现。

现在参考图2至图4，图2至图4示出了在开关柜1内布置信号采集设备21的多个实施方式。

参考图2，图2示出了根据一个实施例的信号采集设备在开关柜内的布置。在该实施例中，信号采集设备21被提供有作为图像捕获设备的多个摄像头211，多个摄像头211被布置在开关柜1内的电气设备不同侧。该实施例通过增加摄像头211的数量，并将多个摄像头211设置在开关柜的不同位置，有效增大了监测放电的区域。

参考图3，图3示出了根据本公开的另一实施例的信号采集设备在开关柜内的布置。与上一实施例的不同之处在于，在该实施例中，信号采集设备21还包括反射镜212。摄像头211和反射镜212可以被布置成朝向彼此。如图3所示，摄像头211和反射镜212位于电缆室11中，并且它们被布置在电缆室11中的电气设备的不同侧。摄像头211被放置在该电气设备的一侧，而反射镜212被放置在另一侧的开关柜1的侧壁上并且与该侧壁平行。这样的布置可以使摄像头211拍摄到更大范围的区域的放电。具体而言，由于摄像头211位于电气设备的一侧，因此，在电气设备的另一侧存在无法被拍摄的区域。然而，通过在另一侧设置反射镜212，电气设备的另一侧发生放电所产生的光可以被反射到摄像头211处。

通过设置反射镜212，上述实施例有效扩大了摄像头211监测放电的区域。尤其是背对摄像头211的电气设备的区域的放电也可以被监测到，而不用增加摄像头211的数目。减少摄像头211的数目可以降低成本，并且减少了开关柜1的监控系统的布线，节省了空间。

参考图4，图4示出了根据本公开的又一实施例的信号采集设备在开关柜内的布置。在该实施例中，图3中的反射镜212的放置方式被进一步改进。如图4所示，反射镜213相对于开关柜1的侧壁倾斜地放置在开关柜1的底角处。该实施例中的反射镜213的位置进一步扩大了摄像头211的拍摄范围。具体而言，由于电气设备的遮挡和摄像头211自身的视野所限，摄像头211无法拍摄到电缆室的上部空间。然而，通过将反射镜213倾斜地放置在电缆室11的底角位置，电缆室11的上部空间的电气设备放电所产生的光可以被反射到摄像头211处。

与图3所示的实施例相比，图4所示的实施例通过改变反射镜的姿态，进一步扩大了摄像头211的监测范围。

下面参考图5至图7描述在根据本公开的实施例的开关柜中进行放电监测测试的测试结果。

图5示出了在根据本公开的实施例的开关柜1的电缆室11中进行放电监测测试的示意图。在图5所示的放电监测测试中，摄像头的参数如表1所示。

表1

分辨率	1280×720
		视频帧率	20帧/秒
视频格式	MP4
		充电电压	DC-5V/1A
尺寸	32×32×34mm

图5的右侧示出了摄像头在发生放电时所拍摄的视频图像。如图5所示，当在开关柜1的电缆室的A、B处发生放电时，摄像头所拍摄的图像中出现了对应的两处亮点。所拍摄的图像被发送到处理设备进行处理，彩色图像将被转化为灰度图像，接着根据预先确定的二值化阈值对图像二值化，所有像素点的值被转化为“0”或“1”。

图6A和图6B示出了有放电和无放电时由放电监测系统所获取的图像的对比图。通过对图6A和图6B所示的图像进行二值化处理，可以获得图像中所有像素点的值。然后，像素点的值将被提取出来并汇总成表。参见下文所示的表2和表3，表2和表3分别示出了图6A和图6B的图像中的部分像素点的值。可以看到，像素点的值仅有“0”和“1”。在与图6A的图像对应的表2中，出现亮点处的四个像素点的值为“1”，而在与图6B的图像对应的表3中，未检测到亮点，所有像素点的值均为“0”。

表2

表3

图7A和图7B分别示出了有放电和无放电时由放电监测系统所获取的音频的对比图。在图7A和图7B中，701和703为时域图，以及702和704为频域图。如图7A和图7B所示，在频域图702和704中可以清楚识别出有放电和无放电之间的差异。在频域图702中，放电发生时捕获了如虚线框705所示的频率较高的音频信号。在频域图704中，仅有50Hz左右的背景噪声706。

由此可见，本公开通过同时对开关柜内的放电进行视频监测和音频监测，能够实时地、准确地监测到开关柜内的放电并对放电进行定位，进而实现对放电的有效监测。根据本公开的实施例的放电监测系统易于实现并且能够广泛适用。

通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的具体实施方式，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。

Claims (10)

1.一种用于开关柜(1)的放电监测系统，其特征在于，包括：

信号采集设备(21)，其被布置在所述开关柜(1)内部并且朝向位于所述开关柜(1)内的电气设备，被配置为采集与所述开关柜(1)内部的由所述电气设备引起的放电相关联的信号，所述信号包括图像信号和音频信号；以及

处理设备(24)，其与所述信号采集设备(21)通信地耦合，被配置为接收和处理由所述信号采集设备(21)采集的所述信号，以识别所述开关柜(1)内的放电。

2.根据权利要求1所述的放电监测系统，其特征在于，所述信号采集设备(21)包括图像捕获设备(211)和反射镜(212)，所述图像捕获设备(211)和所述反射镜(212)朝向彼此，并且被布置在所述电气设备的不同侧。

3.根据权利要求2所述的放电监测系统，其特征在于，所述反射镜(212)被放置在所述开关柜(1)的侧壁上并且与所述侧壁平行。

4.根据权利要求2所述的放电监测系统，其特征在于，所述反射镜(212)相对于所述开关柜(1)的侧壁倾斜地放置在所述开关柜(1)的底角处。

5.根据权利要求1所述的放电监测系统，其特征在于，所述信号采集设备(21)包括被布置在所述电气设备不同侧的多个图像捕获设备(211)。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的放电监测系统，其特征在于，还包括：

通信设备(22、23)，其与所述信号采集设备(21)和所述处理设备(24)通信地耦合，被配置为将所述信号采集设备(21)采集的信号传送给所述处理设备(24)。

7.根据权利要求6所述的放电监测系统，其特征在于，所述通信设备(22、23)包括路由器(22)和服务器(23)，所述路由器(22) 布置在所述开关柜(1)中并且被配置为将来自所述信号采集设备(21)的信号发送给所述服务器(23)，所述服务器(23)被配置为将从所述路由器(22)接收到的信号转发给所述处理设备(24)。

8.根据权利要求1-5和7中的任一项所述的放电监测系统，其特征在于，所述系统还包括：

警示器(242)，被配置为在所述处理设备(24)的控制下指示所述开关柜(1)内发生放电的位置和所述开关柜(1)的状态。

9.根据权利要求1-5和7中的任一项所述的放电监测系统，其特征在于，所述信号采集设备(21)被布置在所述开关柜(1)的电缆室(11)中。

10.一种开关柜(1)，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的放电监测系统。