CN215116600U - 一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，包括超声波传感器、信号采集单元1、高频传感器、信号采集单元2、复位单元、电源单元、存储单元、状态指示单元、数据通信单元、核心处理单元。其中超声波传感器采集出线装置内部局放信号；高频传感器采集套管末屏信号；电源单元实现不同电压转换，给装置各功能单元提供电源；信号采集单元1完成出线装置信号处理；信号采集单元2完成套管末屏采集信号处理；数据通信单元采用以太网技术，实现数据的远程传输。核心处理单元是整个系统的核心控制部分，完成对各个功能单元的控制。通过采集套管和出线装置特征信号，对其局放进行实时监测，在发生异常时第一时间获知，并及时采取措施。

Description

一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种换流变设备局部放电在线监测技术领域，具体涉及到换流变套管及出线装置局放监测装置。

背景技术

换流变内变压器是最核心的设备，套管是变压器与母线的连接设备，出线装置是连接套管和变压器的设备。套管和出线装置的稳定运行，直接关系到变压器的安全运行。因此对套管和出线装置运行状态进行安全监测，具有重大的意义。

当前对国内一些套管监测，主要是介质损耗监测，利用传感器技术和单片机技术，通过有效采集介损值来判断故障。对于套管局放，有研发出相应的装置。在换流变电站，套管和出线装置是非常重要的组成单元，尚无一款装置可以同时对二者局放信号进行实时在线监测。设计开发一款可以实时对套管和出线装置局放进行监测的装置，可以第一时间获取套管局放信息，保证套管安全稳定运行具有重大的意义。

发明内容

本实用新型针对换流变套管和出线装置内部结构和局部放电特点，设计的监测装置分为十个组成单元，超声波传感器、信号采集单元1、高频传感器、信号采集单元2、复位单元、电源单元、存储单元、状态指示单元、数据通信单元和核心处理单元。其中超声波传感器完成出线装置局放信号采集，高频传感器完成套管末屏信号采集。监测装置通过对采集信号进行分析判断，得到套管和出线装置局放信息，并在后台对其进行显示。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，包括核心处理器单元和与其连接的信号采集单元1、信号采集单元2、复位单元、电源单元、存储单元、状态指示单元、数据通信单元，以及与信号采集单元1连接的超声波传感器、与信号采集单元2连接的高频传感器；所述超声波传感器设于套管的出线装置上，所述高频传感器设于套管末屏处。

所述信号采集单元2包括顺序连接继电器单元1、信号处理单元、继电器单元2、程控衰减单元、巴伦变压器、ADC单元；

所述继电器单元1与高频传感器连接，ADC单元与核心处理器单元连接。

所述继电器单元1或继电器单元2包括继电器、晶体管Q9，电阻33、电阻 34、电阻R36和电容C9；

所述继电器输入端作为继电器单元1或继电器单元2的输入端，继电器线圈正端与电源连接，还通过电容C9接地；继电器的线圈负端与晶体管Q9漏极连接，Q9栅极与核心处理器单元的IO口连接，还通过电阻R34接地，Q9源极接地；继电器的第一常闭触点、第二常闭触点分别通过电阻R35、R36接地，所述第一常闭触点、第二常闭触点之间连有电阻R33；继电器输出端作为继电器单元1或继电器单元2的输出端。

所述继电器的线圈负端与线圈正端之间连有二极管D9；所述二极管D9正极与继电器的线圈负端连接，负极与电源端连接。

继电器单元1的输入端与高频传感器连接，输出端与信号处理单元连接。

继电器单元2的输入端与信号处理单元连接，输出端与程控衰减单元连接。

所述信号处理单元包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻 R4、电阻R5、电容C1、电容C2；

信号处理单元的输入端与继电器单元1的输出端连接，信号处理单元的输入端依次通过电容C2、电阻R1与运算放大器U1的正向输入端连接，C2与R1 间的节点通过R3接地；

运算放大器U1的反向输入端通过电阻R5接地，还通过电阻R4与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的输出端连接电阻R2后，作为信号处理单元的输出端，与继电器单元2输入端连接。

所述运算放大器U1的电源负端VS-连有负电源，还分别通过电容C3、电解电容E2接地。

所述运算放大器U1的电源负端VS-通过电容C4与正电源连接，所述正电源分别通过电容C1、电解电容E1接地。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.两路传感器信号采集单元采用单独隔离方式，互不干扰。每路信号输入输出也进行信号隔离，保证电路可靠运行。

2.信号放大电路采用OPA690运算放大器芯片，低电源电流100uA，高输出电流190mA，转换速度快，增益放大稳定，实现对采集信号的放大。

3.套管末屏信号采集采用高频技术，通过高频传感器，穿心式接线方式对套管末屏信号进行获取，不改变原有接地方式，对套管局部放电信息进行检测。

4.实现升高座局部放电和套管局部放电信号的同时采集，同时监测。

5.采用传感器外置方式，安装更加灵活。通过射频线实现装置和传感器信号之间的传输。

附图说明

图1是实用新型结构示意图；

其中，1、超声波传感器，2、信号采集单元1，3、高频传感器，4、信号采集单元2，5、复位单元，6、电源单元，7、存储单元，8、状态指示单元，9、数据通信单元，10、核心处理单元；

图2信号采集单元2结构图；

其中，2-1高速信号，2-2、继电器单元1，2-3、信号处理单元，2-4、继电器单元2，2-5、程控衰减单元，2-6、巴伦变压器，2-7、高速ADC单元；

图3本发明的继电器单元电路图；

图4本发明的信号处理单元电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

本实用新型，利用超声波传感器采集出线装置局部放电信号，利用高频传感器采集套管末屏电流信号，然后通过信号采集单元对两路信号分别进行处理，包括滤波、放大、模数转换等操作。核心处理单元对采集的信号进行分析处理，计算得到套管及出线装置局部放电信息。采集数据通过以太网传输到后台服务器，后台服务器对采集的信息进行显示，并对故障进行分析和判断。

一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，包括核心处理器单元以及与其连接的信号采集单元1、信号采集单元2、复位单元、电源单元、存储单元、状态指示单元、数据通信单元。以及超声波传感器1、高频传感器3；

信号采集单元2包括高速信号单元、继电器单元1、信号处理单元、继电器单元2、程控衰减单元、巴伦变压器、高速ADC单元；

信号处理单元2主要实现对套管末屏高频信号网络衰减、量程切换、信号放大、信号隔离以及模数转换。通过继电器实现网络衰减，运算放大器实现信号放大，巴伦变压器单元实现信号隔离，最后通过ADC高速单元完成模数转换。

所述存储单元，通过SPI串口通信方式，完成和核心处理单元之间的数据和指令交互，对采集数据进行存储。

所述数据通信单元，采用千兆以太网技术，实现监测终端与后台服务器之间的数据通信。

所述信号采集单元2中信号处理单元，采用OPA690运算放大器芯片，实现对信号的放大。

所述超声波传感器，采用超声波技术，完成对出线装置局放信号的检测。

所述高频传感器，采用高频技术，通过穿心式方式对套管末屏信号进行获取，采集套管局部放电信息。

一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置还包括电源单元、状态指示单元、复位单元。电源单元实现将现场AC220V电源转换成装置各功能单元需要的直流电源。状态指示单元对监测装置运行状态进行指示；复位单元给装置提供复位信号。所述超声波传感器1设于套管的出线装置上，利用超声波技术，将超声波信号转换电信号输出。所述高频传感器设于套管末屏处，采用罗高夫斯基高频线圈耦合原理，实现对套管局部放电信号提取。

图1中，超声波传感器采集出线装置中出现的局部放电信号，信号采集单元1负责超声波传感器采集回来信号处理和采集工作，最后采集的结果发送给核心处理单元。高频传感器采集套管末屏信号，然后通过信号处理单元对信号进行信号衰减，量程转换，信号放大，最后进行模数转换，将采集数据发送给核心处理单元。复位单元在装置需要复位操作时，给核心处理单元提供复位信号。电源单元将市电交流220V电压转换成供装置各个功能模块运行时的供电电压。存储单元，通过SPI通信与核心处理单元进行数据和指令交互，存储采集数据信息。状态指示单元，对装置运行状态进行实时显示。数据通信单元采用以太网技术，实现装置与后台服务器之间的通信。

图2数据采集单元2，是对高频传感器输出信号进行处理，其中2-1高速信号是高频传感器输出信号，继电器单元2-2和2-4实现网络衰减和量程切换。信号处理单元2-3对信号进行放大处理。2-5程控衰减单元对信号再次进行量程处理和网络衰减；巴伦变压器2-6对信号进行隔离，最后通过高速ADC单元 2-7进行模拟信号到数字信号的转换。

图3是继电器单元电路，其中继电器K1型号为G6K-2F，其中第6引脚为信号输入引脚，第3引脚为输出引脚。第1引脚是电源输入端，接到VCC_3V3 上，同时与二极管D9的负端连接，也与C9的一端连接。K1的第8引脚与D9 的正端与C9的另一端连接。同时与Q9的漏极D连接，Q9的栅极G与核心处理单元的IO连接，同时也接到电阻R34的一端，R34另一端接地。继电器K1的两个常开节点第5引脚和第4引脚连接到一起。常闭节点第7脚接到电阻R33 的一端，同时也接到电阻R35一端，R35另一端接地。R33另一端接到另一个常闭第2引脚。第2引脚同时接到电阻R36一端，R36另一端接地。核心处理单元通过控制Q9对继电器吸合进行控制，当继电器线圈不吸合时，输入信号经过电路处理后，通过常闭节点输出；当继电器线圈吸合时，输入信号会切换到常开节点，处理后再输出。

信号处理单元2-3采用OPA690运算放大器芯片，实现信号的放大，如图4 所示。信号接到C2的一端，C2另一端分别接R1的一端和R3的一端，R3的另一端接电源地。R1的另一端接OPA690的第3引脚。OPA690的第2引脚分别接到电阻R5和R4的一端，R5的另一端接电源地，R4的另一端接OPA690的第6 个引脚。第6引脚同时接到R2的一端，R2的另一端是信号输出，接到核心处理单元。第4引脚接到电源负端，同时接到C4、C3、E2的一端，C4另一端接到电源正端。C3另一端接到电源地，E2另一端也接到电源地。第7引脚接到电源正端，同时接到电容C1和E1的一端，C1的另一端接电源地，E1的另一端也接到电源地。

Claims (9)

1.一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，其特征在于：包括核心处理器单元(10)和与其连接的信号采集单元1(2)、信号采集单元2(4)、复位单元(5)、电源单元(6)、存储单元(7)、状态指示单元(8)、数据通信单元(9)，以及与信号采集单元1(2)连接的超声波传感器(1)、与信号采集单元2(4)连接的高频传感器(3)；

所述超声波传感器(1)设于套管的出线装置上，所述高频传感器(3)设于套管末屏处。

2.根据权利要求1所述的一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，其特征在于：所述信号采集单元2包括顺序连接继电器单元1(2-2)、信号处理单元(2-3)、继电器单元2(2-4)、程控衰减单元(2-5)、巴伦变压器(2-6)、ADC单元(2-7)；

所述继电器单元1(2-2)与高频传感器(3)连接，ADC单元(2-7)与核心处理器单元(10)连接。

3.根据权利要求2所述的一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，其特征在于，所述继电器单元1(2-2)或继电器单元2(2-4)包括继电器、晶体管Q9，电阻33、电阻34、电阻R36和电容C9；

所述继电器输入端作为继电器单元1(2-2)或继电器单元2(2-4)的输入端，继电器线圈正端与电源连接，还通过电容C9接地；继电器的线圈负端与晶体管Q9漏极连接，Q9栅极与核心处理器单元(10)的IO口连接，还通过电阻R34接地，Q9源极接地；继电器的第一常闭触点、第二常闭触点分别通过电阻R35、R36接地，所述第一常闭触点、第二常闭触点之间连有电阻R33；继电器输出端作为继电器单元1(2-2)或继电器单元2(2-4)的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，其特征在于，所述继电器的线圈负端与线圈正端之间连有二极管D9；所述二极管D9正极与继电器的线圈负端连接，负极与电源端连接。

5.根据权利要求2或3所述的一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，其特征在于：继电器单元1(2-2)的输入端与高频传感器连接，输出端与信号处理单元(2-3)连接。

6.根据权利要求2或3所述的一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，其特征在于：继电器单元2(2-4)的输入端与信号处理单元(2-3)连接，输出端与程控衰减单元(2-5)连接。

7.根据权利要求2所述的一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，其特征在于，所述信号处理单元(2-3)包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2；

信号处理单元(2-3)的输入端与继电器单元1的输出端连接，信号处理单元(2-3)的输入端依次通过电容C2、电阻R1与运算放大器U1的正向输入端连接，C2与R1间的节点通过R3接地；

运算放大器U1的反向输入端通过电阻R5接地，还通过电阻R4与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的输出端连接电阻R2后，作为信号处理单元(2-3)的输出端，与继电器单元2(2-4)输入端连接。

8.根据权利要求7所述的一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，其特征在于，所述运算放大器U1的电源负端VS-连有负电源，还分别通过电容C3、电解电容E2接地。

9.根据权利要求7所述的一种换流变阀侧套管及出线装置局放监测装置，其特征在于，所述运算放大器U1的电源负端VS-通过电容C4与正电源连接，所述正电源分别通过电容C1、电解电容E1接地。

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