CN215493941U - 一种自取能无线局部放电检测装置及系统 - Google Patents

一种自取能无线局部放电检测装置及系统 Download PDF

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马兴明
李书田
郎宇宁
毛新宇
刘骥
孙国强
张宁
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于梦
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Daqing Power Supply Co Of State Grid Heilongjiang Electric Power Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
Harbin University of Science and Technology
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Daqing Power Supply Co Of State Grid Heilongjiang Electric Power Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
Harbin University of Science and Technology
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Abstract

本实用新型公开了一种自取能无线局部放电检测装置及系统,涉及新型涉及放电监测技术领域。本实用新型为了解决现有局部放电检测装置功能单一、布线繁杂、供电困难、无法实现对高压环网柜局部放电的实时检测等问题;本实用新型的壳体包括电路总成和内部中空两端敞口的腔体,所述腔体内设有取能线圈和高频电流线圈,所述取能线圈和高频电流线圈均为环形结构,所述电路总成包括取能电路、局部放电信号处理电路、控制器和无线传输模块,取能线圈通过取能电路连接控制器,高频电流线圈通过局部放电信号处理电路连接控制器,所述控制器连接无线传输模块。本实用新型既能够自取能又能够准确检测局部放电并实时传输检测结果。

Description

一种自取能无线局部放电检测装置及系统
技术领域
本实用新型涉及放电监测技术领域,特别是涉及一种自取能无线局部放电检测装置及系统。
背景技术
高压环网柜是面向配电网和用户的最直接设备,与供电质量和供电可靠性直接相关。随着电网规模日益扩大以及无人变电站和人工智能的普及与推广,高压环网柜故障造成的停电事故给社会生产和人类生活带来的影响及损失越来越大,及时准确地检测高压环网柜运行异常状态非常必要。局部放电是导致设备绝缘退化,引发绝缘故障的主要原因,现有的环网柜局部放电检测方法主要有超声波法、射频法、高频电流法、暂态对地电压法等。但国内关于局部放电检测功能单一,绝大多数高压环网柜厂家都没有给予重视,仅仅停留在初步阶段。同时目前局部放电检测方案存在着功能单一,检测装置布线繁杂,供电困难等缺点,无法实现对高压环网柜局部放电实时检测,可以说并没有真正开始发展。
实用新型内容
为了解决上述问题,本实用新型提供了一种自取能无线局部放电检测装置及系统,克服现有局部放电检测装置功能单一、布线繁杂、供电困难、无法实现对高压环网柜局部放电的实时检测等问题,达到既能够自取能又能够准确检测局部放电并实时传输检测结果的效果。
本实用新型一方面提供了一种自取能无线局部放电检测装置,包括壳体,所述壳体包括电路总成和内部中空两端敞口的腔体,所述腔体内设有取能线圈和高频电流线圈,所述取能线圈和高频电流线圈均为环形结构,所述电路总成包括取能电路、局部放电信号处理电路、控制器和无线传输模块,取能线圈通过取能电路连接控制器,高频电流线圈通过局部放电信号处理电路连接控制器,所述控制器连接无线传输模块。
优选的,所述腔体的侧壁上设有两个环形凹槽,所述取能线圈和高频电流线圈分别安装在所述环形凹槽内。
优选的,所述壳体的侧壁内设有夹层腔,所述电路总成安装在所述夹层腔内。
优选的,所述壳体由至少两个壳体块依次连接对合而成。
优选的,所述取能线圈为电流互感器,所述电流互感器为硅钢片铁心,其外形为开合式结构,内侧为双边绕组绕线结构。
优选的,所述取能电路包括前端调理电路、电流冲击保护电路、整流滤波电路、过压保护电路、升降压稳压模块和超级电容。
优选的,所述高频电流线圈为基于罗氏线圈结构的I/U转化型电流传感器。
优选的,述局部放电信号处理电路包括串行连接的信号放大电路、信号检波电路、信号积分电路。
优选的,所述壳体为ABS壳体。
本实用新型另一方面提供了一种自取能无线局部放电检测系统,包括移动终端、高压环网柜和本实用新型第一方面所述的自取能无线局部放电检测装置,高压环网柜的单相电缆和接地铜编制带由所述自取能无线局部放电检测装置的腔体的一侧传入,由所述腔体的另一端穿出。
如上所述,本实用新型提供的一种自取能无线局部放电检测装置及系统,具有如下效果:
1、本实用新型的一种自取能无线局部放电检测装置,通过取能线圈够感应单相电缆中的正弦交流电取能,通过高频电流线圈检测接地铜编制带中的放电电流,电路总成将检测的局部放电信号进行处理分析,经过无线传输模块将检测结果传输出去,实现局部放电准确检测并实时传输检测结果;
2、本实用新型的自取能无线局部放电检测装置将取能线圈、高频电流线圈和电路总成集成在一个壳体上,集成度高、占用空间少,无需繁杂的外部连接线路。
3、本实用新型的自取能无线局部放电检测装置可靠性强、结构简单、原材料成本低、安装和拆卸简单方便,易于维护,并且装置稳定性好,降低了安装的时间和维护成本,克服了现有局部放电检测装置功能单一、布线繁杂、供电困难、无法实现对高压环网柜局部放电的实时检测等问题,达到既能够自取能又能够准确检测局部放电并实时传输检测结果的效果,利于推广。
4、本实用新型的一种自取能无线局部放电检测系统,将自取能无线局部放电检测装置套设在高压环网柜的局部放电检测试验,既能够感应单相电缆中的正弦交流电取能,又能检测接地铜编制带中的放电电流,装置将检测到的局部放电信号经处理分析后,通过无线传输模块将结果传送到电气设备外面,最终数据汇集到云计算平台,上传到的云计算平台的数据可以通过移动电子设备实时观测。
附图说明
图1为本实用新型具体实施例的一种自取能无线局部放电检测装置结构示意图;
图2为本实用新型具体实施例的一种自取能无线局部放电检测装置供电示意图;
图3为本实用新型具体实施例的装置的电路总成原理框图;
图4为本实用新型具体实施例的局部放电信号处理电路示意图;
图5为本实用新型具体实施例的取能线圈结构示意图;
图6为本实用新型具体实施例的取能电路的电路原理图;
图7为本实用新型具体实施例的一种自取能无线局部放电检测系统结构示意图;
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想,遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
在一具体实施例中,如图1所示,一种自取能无线局部放电检测装置,包括壳体,壳体内设有取能线圈1、高频电流线圈2和电路总成,所述电路总成包括取能电路、局部放电信号处理电路、控制器和无线传输模块;
所述壳体为具有一定厚度的柱体结构,所述柱体结构的形状根据实际需要进行设定,例如,所述壳体可以为圆柱体或多边形棱柱体等;由于所述自取能无线局部放电检测装置在实际使用过程中,需要根据需要固定在不同的位置,或放置在不同的空间中,因此,所述壳体的形状不限于棱柱结构,可以根据具体的安装空间、固定位置要或加工难度需要,设计成其他形状。
所述壳体为ABS材质壳体,具有其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良的优点,还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点,但所述壳体不限于该种材质,在实际使用过程中,可以根据需要进行选择。
所述壳体内部包括电路总成和内部中空两端敞口的腔体4,所述腔体4内设有取能线圈1和高频电流线圈2,所述取能线圈1和高频电流线圈2均为环形结构,所述腔体4为了容纳高压环网柜的高压电缆和接地铜编制带,所以,腔体4的两端需为敞口结构;在一具体实施例中腔体4为圆柱体或椭圆形柱体结构,所述局能线圈和高频电流线圈2同轴安装在腔体4内,在实际使用过程中,腔体4的具体形状可以根据需要进行改变,例如,所述腔体4可以为多边形棱柱体结构,或腔体4为弧形腔体4结构,并且,所述腔体4的截面面积大小可以根据需要进行设定,例如,所述腔体4两端敞口处的截面面积向腔体4中部方向逐渐减小,即所述腔体4整体呈沙漏形,就能线周向外侧和高频电流线圈2的周向外侧分别安装在所述腔体4的内壁上,使高压环网柜的高压电缆和接地铜编织带从环形结构的取能线圈1和高频电流线圈2中部穿过。
为了进一步固定取能线圈1和高频电流线圈2,所述腔体4的侧壁上开设有两个环形凹槽,所述取能线圈1和高频电流线圈2分别安装在所述环形凹槽内,这样可以提高装置的整体稳定性。
由于高压环网柜中的高压电缆和接地铜编制带从腔体4的一侧穿入,由腔体4的另一侧穿出,当出现故障需要检修或需要更换时,拆卸和再安装都比较麻烦,因此,所述壳体由至少两个壳体块3,所述壳体块3首尾依次连接对合构成壳体,相邻壳体块3之间为连接节点,所述连接节点通过可拆卸结构连接,或其中一个连接节点为可拆卸结构,其余连接节点为铰接连接,通过可拆卸结构连接,其他如图1所示,本实施例中的壳体由两个壳体块3构成,具有两个连接节点,两个连接节点为螺母连接结构,方便壳体的拆卸和安装。
当所述壳体由若干壳体块3对合连接而成时,位于其腔体4内的环形凹槽也相应的分成若干段,位于所述环形凹槽内的取能线圈1和高频电流线圈2也分成若干段,当若干壳体块3对合成一个壳体整体时,相邻壳体块3内的取能线圈1段和高频电流线圈2段连接拼接成对应的完整线圈。
在一具体实施例中,所述取能线圈1为电流互感器,所述电流互感器为硅钢片铁心,其外形为开合式结构,内侧为双边绕组绕线结构,如图5所示,双边绕组绕制在硅钢片铁心上,当线圈中心电缆中通过电流时,线圈输出电压U2,为检测装置的电路总成中各部分电路和模块供电,供电原理如图2所示;
取能线圈1通过连接取能电路,取能电路连接控制器,如图6所示,所述取能电路包括二次采样电阻R1、由二极管D1~D4组成的整流桥、滤波电容、第一DC-DC自动升压稳压电路、超级电容和第二DC-DC自动升压稳压电路,二次采样电阻R1两端并接有过压保护元件TVS1,所述滤波电容两端并接有过压保护元件TVS2,双向可控硅KA与电阻R4串联后并接在过压保护元件TVS2两端,并且,压敏电阻R6和电阻R3串联,压敏电阻R6的另一端连接滤波电容C1的负极端,电阻R3的另一端连接双向可控硅KA。所述二次端采样电阻R1将取能线圈输出电流转化为电压U2、由D1~D4组成的整流桥将交流电压整流为直流电压、C1为整流后实现平滑电压波形的滤波电容,升降压DC-DC电路、超级电容及过压保护元件TVS1和TVS2用于限制过电压、由电阻R3、压敏电阻R6、功率电阻R4和双向可控硅KA组成过流保护电路。当滤波电容C1两端的直流电压大于预设保护电压值,电阻R3和压敏电阻R6支路将会为KA双向可控硅提供触发电流,KA双向可控硅就会导通,从而将多余能量释放在功率电阻R4上,限制过电流导致的滤波电容C1两端的直流电压升高,保护后面的DC-DC电路。两个DC-DC电路之间通过并联一超级电容联在一起,超级电容具有较大的容量与能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命等优点;其充电时间短,充电次数可达10万次以上;其低温特性非常优越,长时间处于低温工作状态,能量损耗小,在这里的主要功能是保证可靠性供电,当一次侧电流值过小或小于启动电流值时,其充当电池使用。
本实施例中所述控制器和无线传输模块采用包括STM32F103系列芯片及其外围电路和以CC2530芯片为核心的Zigbee模块及其外围电路。
所述高频电流线圈2为基于罗氏线圈结构的I/U转化型电流传感器,罗氏线圈是一种穿心式的线圈,它依据电磁感应原理检测线圈内通过的电流。依据高压环网柜局部放电信号的特点,选择NiZn200作为高频电流传感器磁芯材料,综合考虑了铁氧体材料的特性,以及装置现场测试安装条件,又依据现有工艺水平,最终确定了使用的磁芯的外径为85mm,内径为55mm,厚度为15mm。由于铜线有良好的导电、导热、较强的机械强度且便于焊接等优点,所以选择铜漆包线绕制高频电流线圈2,选择的漆包线直径为0.8mm。
高频电流传感器耦合后的信号经信号放大电路、信号检波电路、信号积分电路处理,处理后的放电信号频率范围在STM32F103系列芯片可以采集的区间内。
所述高频电流线圈2通过导线连接局部放电信号处理电路,局部放电信号处理电路连接控制器,所述控制器连接无线传输模块,如图4所示,所示局部放电信号处理电路包括串行连接的信号放大电路、信号检波电路、信号积分电路。
在一具体实施例中,所述壳体的侧壁内设有夹层腔,所述电路总成安装在所述夹层腔内,如图1所示,所述夹层设置在两个环形凹槽之间,
在一具体实施例中,提供了一种自取能无线局部放电检测系统,如图7所示,包括云计算平台、移动终端8、高压环网柜和本实用新型第一方面所述的自取能无线局部放电检测装置7,高压环网柜的单相电缆5和接地铜编制带6由所述自取能无线局部放电检测装置的腔体4的一侧传入,由所述腔体4的另一端穿出。
自取能无线局部放电检测装置中取能线圈1和高频电流线圈2分别采集单相电缆5中的正弦交流电取能和接地铜编制带6中的放电电流,经相应的电路处理得到局部放电信号结果,并通过无线传输模块传输出去,本实施例基于以CC2530芯片为核心的Zigbee组网技术可以将多个装置的数据统一汇总至高压环网柜外部,再由外部上传至云计算平台,可以实现通过移动设备实时观测云计算平台汇总的数据,使高压环网柜的局部放电检测实现智能化,降低了人工费用以及电气设备的维护成本。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效,而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种自取能无线局部放电检测装置,其特征在于,包括壳体,所述壳体包括电路总成和内部中空两端敞口的腔体,所述腔体内设有取能线圈和高频电流线圈,所述取能线圈和高频电流线圈均为环形结构,所述电路总成包括取能电路、局部放电信号处理电路、控制器和无线传输模块,取能线圈通过取能电路连接控制器,高频电流线圈通过局部放电信号处理电路连接控制器,所述控制器连接无线传输模块。
2.根据权利要求1所述一种自取能无线局部放电检测装置,其特征在于,所述腔体的侧壁上设有两个环形凹槽,所述取能线圈和高频电流线圈分别安装在所述环形凹槽内。
3.根据权利要求1所述一种自取能无线局部放电检测装置,其特征在于,所述壳体的侧壁内设有夹层腔,所述电路总成安装在所述夹层腔内。
4.根据权利要求1所述一种自取能无线局部放电检测装置,其特征在于,所述壳体由至少两个壳体块依次连接对合而成。
5.根据权利要求1所述一种自取能无线局部放电检测装置,其特征在于,所述取能线圈为电流互感器,所述电流互感器为硅钢片铁心,其外形为开合式结构,内侧为双边绕组绕线结构。
6.根据权利要求1所述一种自取能无线局部放电检测装置,其特征在于,所述取能电路包括前端调理电路、电流冲击保护电路、整流滤波电路、过压保护电路、升降压稳压模块和超级电容。
7.根据权利要求1所述一种自取能无线局部放电检测装置,其特征在于,所述高频电流线圈为基于罗氏线圈结构的I/U转化型电流传感器。
8.根据权利要求1所述一种自取能无线局部放电检测装置,其特征在于,所述局部放电信号处理电路包括串行连接的信号放大电路、信号检波电路、信号积分电路。
9.根据权利要求1所述一种自取能无线局部放电检测装置,其特征在于,所述壳体为ABS壳体。
10.一种自取能无线局部放电检测系统,其特征在于,包括移动终端、高压环网柜和权利要求1-9任一权利要求所述的自取能无线局部放电检测装置,高压环网柜的单相电缆和接地铜编制带由所述自取能无线局部放电检测装置的腔体的一侧传入,由所述腔体的另一端穿出。
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WO2024103903A1 (zh) * 2022-11-15 2024-05-23 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种自取能电力监测装置

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