CN209086374U - 一种用于gis开关柜设备的实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种用于GIS开关柜设备的实时监测系统。本实用新型包括多个光信号传输单元、多个信号调理单元、数据采集卡以及数据终端；其中，光信号传输单元由准直镜探头、紫外光纤、聚焦镜探头构成；信号调理单元由电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器、RC振荡器构成。本实用新型具备高抗干扰、高灵敏度特性能，提高了GIS开关设备的安全性。

Description

一种用于GIS开关柜设备的实时监测系统

技术领域

本实用新型涉及高压电器设备局部放电监测领域，具体涉及一种用于GIS开关柜设备的实时监测系统。

背景技术

随着国民经济持续、快速发展，生活用电及工业用电总量的迅速增加，可以预见未来几十年内电网互联是一种必然选择，大容量、超高压将是我国电力系统的发展方向。大面积的电网建设和电压等级的显著提高，使得电气设备的抗压等级越来越高，因而对电气设备的安全性要求也水涨船高。电力系统中最容易发生的故障是电气设备的绝缘故障。由于电气设备长时间工作，受环境影响、电场畸变等影响导致绝缘劣化，最终出现局部放电现象，据国内外对电气设备局部放电检测的研究现状来看，脉冲电流法仍是最常用的手段，但对于紫外脉冲信号检测的灵敏度、绝缘子表面微弱放电的检测，以及与传统的脉冲电流法的相关性和定量分析方面还有很大的提升空间。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种用于GIS开关柜设备的实时监测系统。本实用新型经光电传感器组对局部放电含有的紫外波段光信号的转换输出的脉冲电流作为整个监测系统的基础，并通过大量的实验进行了脉冲数—局部放电强度、局部放电强度—放电位置关系的标定。

本实用新型的技术方案为一种用于GIS开关柜设备的实时监测系统，其特征在于，包括第一光信号传输单元、...、第N光信号传输单元，第一信号调理单元、...、第N信号调理单元，数据采集卡、数据终端，N＞0；

所述第一光信号传输单元与所述第一信号调理单元通过第一光信号单元中聚焦镜探头部分与第一信号调理单元中光电传感器进行光耦合连接；...；所述第N光信号传输单元与所述第N信号调理单元通过第N光信号单元中聚焦镜探头部分与第N一信号调理单元中光电传感器进行光耦合连接；所述第一信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；...；所述第N信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；所述数据采集卡与所述数据终端连接。

作为优选，所述第i光信号传输单元，其特征在于，包括准直镜探头、紫外光纤、聚焦镜探头；所述准直镜探头与所述紫外光纤连接，i∈[1,N],N＞0。

作为优选，所述第i信号调理单元，其特征在于，包括电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器、RC振荡器；所述紫外光纤与所述光电传感器通过光耦合方式连接；所述的电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器通过导线依次串联连接；所述光电传感器与所述RC振荡器通过导线连接；所述RC振荡器与所述数据采集卡通过导线连接，i∈[1,N],N＞0。

作为优选，在所述第i光信号传输单元中，所述准直镜探头通过减小光束发散角的方式降低耦合进入紫外光纤的损耗；所述紫外光纤用于紫外光信号的传输；所述聚焦镜探头对尾纤出射的光信号进行聚焦并耦合至所述第i信号调理单元中光电传感器。

作为优选，在所述第i信号调理单元中，所述电压调节整流模块用于将市电转换为低压交流电，将低压交流电转换为低压直流电；所述滤波模块用于对低压直流电进行滤除纹波稳定电压；所述高压模块用于将滤波后低压直流电通过直流变换为高压直流电，并驱动所述光电传感器；所述电压传感器在高压直流电驱动下，将GIS开关柜中导出的加强后入射光通过光电转换转换为监测电信号；所述RC振荡器将监测电信号转换为脉冲电信号，i∈[1,N],N＞0。

作为优选，所述数据采集卡将第i信号调理单元输出的脉冲电信号转换为第i信号调理单元的脉冲数字信号，所述数据终端检测第i(i∈[1,N]，N＞0)信号调理单元的脉冲数字信号是否存在以表示GIS开关柜中存在放电现象。

相对于现有技术，本实用新型具有如下优点:

本实用新型运用准直镜探头、特定波段的紫外光导纤维和聚焦镜探头组合进行局部放电光信号的传输。在提升抗电磁干扰特性和安全性的条件下，还保证了采集信号的可利用性，从整体上增强了系统的可靠性与稳定性；

本实用新型通过对紫外脉冲驱动电路的优化，通过对电路的设计增强了驱动电源的稳定性，并通过一系列实验研究出最佳RC振荡器参数，实现了紫外脉冲的实时稳定输出，提升了放电检测的灵敏度；

本实用新型通过在GIS开关柜的不同位点上安装多路准直镜探头，将多路信号的实时采集与经过多次实验所得的标定数据进行对比分析以得出放电强度和放电位点的评估的方法在一定程度上保证了监测结果的可信度，加强了系统的可靠性。

附图说明

图1：本实用新型系统结构框图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本实用新型系统整体拓扑图。本实用新型实施方式的技术方案为一种用于GIS开关柜设备的实时监测系统，包括第一光信号传输单元、...、第N光信号传输单元，第一信号调理单元、...、第N信号调理单元，数据采集卡、数据终端，N＞0；所述第一光信号传输单元与所述第一信号调理单元通过第一光信号单元中聚焦镜探头部分与第一信号调理单元中光电传感器进行光耦合连接；...；所述第N光信号传输单元与所述第N信号调理单元通过第一光信号单元中聚焦镜探头部分与第一信号调理单元中光电传感器进行光耦合连接；所述第一信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；...；所述第N信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；所述数据采集卡与所述数据终端连接；所述第i光信号传输单元，其特征在于，包括准直镜探头、紫外光纤、聚焦镜探头；所述准直镜探头、聚焦镜探头在所述紫外光纤两端通过特定接口连接，i∈[1,N],N＞0；所述第i信号调理单元，其特征在于，包括电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器、RC振荡器；所述紫外光纤与所述光电传感器通过光耦合的方式连接；所述的电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器通过导线依次串联连接；所述光电传感器与所述RC振荡器通过导线连接；所述RC振荡器与所述数据采集卡通过导线连接，i∈[1,N],N＞0。

所述准直镜探头型号为W-75UV，该器件可以减小接收光信号发散角并耦合进紫外光导纤维。

所述紫外光纤为响应波段在200-260nm，纤芯直径为600μm多模紫外光纤。材料的特性让该纤维在局部放电信号包含的紫外波谱区有着良好的透过性。

所述聚焦镜探头型号75X-UV，该器件可以将尾纤出射的光信号进行聚焦并通过光耦合的方式入射光电传感器光敏面。

所述光电传感器型号为R2868。R2868作为一种紫外光敏管有较高的灵敏度，其工作在日盲区，检测紫外线波长范围为185nm至260nm。在辐射度为10pW/cm²的200nm的紫外光下，灵敏度为5000cpm，有效地避开了日光的干扰而达到了监测电力设备的要求。另外，该器件也具备范围较广的垂直视角和水平视角，因而适用与电力设备监测领域。

所述电压调节整流模块型号为S-15-9、所述滤波模块型号为L7809CV、所述高压模块型号为HVW9P-325NG3/1。

所述数据采集卡型号为USB3200。该板卡提供8路单端、4路差分模拟量输入，12位ADC，4路可编程I/O，1路计数器。其主要由ADC模块、PFI复用功能控制模块、FPGA控制模块、USB设备控制器等组成ADC模块可实现对8路单端信号或4路差分信号的采集。输入前端采用模拟开关进行输入通道的切换，核心采用一片12位ADC转换芯片，转换速率最高为500KHZ，输入量程为±10V、±5V、±2.5V、0-10V。FPI复用功能控制模块提供4路可配置数字量输入输出。USB3200采集卡通过USB总线接入计算机，操作方便，数据采集的速率较高并可以实现多路同步采集，能满足绝大多数工业现场的要求。

所述数据终端为电脑终端。

本实用新型实施方式中所述光信号传输单元以及所述信号调理单元的数量均为N＝12。

下面根据图1介绍本发明的实施方式。在所述第i光信号传输单元中，所述准直镜探头通过减小光束发散角的方式降低耦合进入紫外光纤的损耗；所述紫外光纤行使紫外光信号传输的功能，所述聚焦镜探头对紫外光纤尾纤出射的光信号进行聚焦并耦合至所述第i信号调理单元中光电传感器。在所述第i信号调理单元中，所述电压调节整流模块将市电转换为低压交流电，将低压交流电转换为低压直流电；所述滤波模块对低压直流电进行滤除纹波稳定电压；所述高压模块将滤波后低压直流电通过直流变换为400V高压直流电，并驱动所述光电传感器；所述电压传感器在高压直流电驱动下，将GIS开关柜中导出的加强后入射光通过光电转换的方式转换为监测电信号；所述RC振荡器将监测电信号转换为脉冲电信号，i∈[1,N],N＝12。所述数据采集卡将第i信号调理单元输出的脉冲电信号转换为第i信号调理单元的脉冲数字信号，所述数据终端检测第i(i∈[1,N]，N＝12)信号调理单元的脉冲数字信号是否存在以表示GIS开关柜中存在放电现象。

尽管本说明书较多地使用了光信号传输单元、信号调理单元、数据采集卡、数据终端、准直镜探头、紫外光纤、电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器以及RC振荡器构成等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种用于GIS开关柜设备的实时监测系统，其特征在于，包括：包括第一光信号传输单元、...、第N光信号传输单元，第一信号调理单元、...、第N信号调理单元，数据采集卡、数据终端，N＞0；

所述第一光信号传输单元与所述第一信号调理单元通过第一光信号单元中聚焦镜探头部分与第一信号调理单元中光电传感器进行光耦合连接；...；所述第N光信号传输单元与所述第N信号调理单元通过第N光信号单元中聚焦镜探头部分与第N一信号调理单元中光电传感器进行光耦合连接；所述第一信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；...；所述第N信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；所述数据采集卡与所述数据终端连接。

2.根据权利要求1所述用于GIS开关柜设备的实时监测系统，其特征在于：所述数据采集卡将所述信号调理单元输出的脉冲电信号转换为信号调理单元的脉冲数字信号，所述数据终端检测信号调理单元的脉冲数字信号是否存在以表示GIS开关柜中存在放电现象。

3.根据权利要求1所述的用于GIS开关柜设备的实时监测系统，其特征在于：所述光信号传输单元包括准直镜探头、紫外光纤、聚焦镜探头；所述准直镜探头与所述紫外光纤连接；

所述准直镜探头通过减小光束发散角的方式降低耦合进入紫外光纤的损耗；所述紫外光纤用于紫外光信号的传输；所述聚焦镜探头对尾纤出射的光信号进行聚焦并耦合至所述信号调理单元。

4.根据权利要求1所述的用于GIS开关柜设备的实时监测系统，其特征在于：所述信号调理单元包括电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器、RC振荡器；所述的电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器通过导线依次串联连接；所述光电传感器与所述RC振荡器通过导线连接；所述RC振荡器与所述数据采集卡通过导线连接；

所述电压调节整流模块用于将市电转换为低压交流电，将低压交流电转换为低压直流电；所述滤波模块用于对低压直流电进行滤除纹波稳定电压；所述高压模块用于将滤波后低压直流电通过直流变换为高压直流电，并驱动所述光电传感器；所述光电传感器在高压直流电驱动下，将GIS开关柜中导出的加强后入射光通过光电转换转换为监测电信号；所述RC振荡器将监测电信号转换为脉冲电信号。