CN217521299U - 一种高压柜局部放电超高频检测系统及试验系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种高压柜局部放电超高频检测系统及试验系统，包括：依次连接的超高频天线传感器、信号调理单元、数据采集卡和数据处理器；所述超高频天线传感器用于检测局部放电产生的电磁波，并将采集的信号经信号调理单元和数据采集卡处理后送入数据处理器；所述超高频天线传感器固定在高压柜的柜体内壁；可以较好地抑制噪声干扰，既能有效地抑制大部分外部干扰，又能获取尽可能多的放电信息；可以有效保证局部放电产生的电磁波信号信噪比高、受柜内外其他部位放电的干扰可以识别。

Description

一种高压柜局部放电超高频检测系统及试验系统

技术领域

本公开涉及高压柜设备技术领域，具体涉及一种高压柜局部放电超高频检测系统及试验系统。

背景技术

局部放电脉冲能量几乎与频带宽度成正比，当只考虑检测仪元件的热噪声对灵敏度的影响时，用宽频带检测有更高的灵敏度，因此，局部放电UHF传感器选用宽频带是有利的。

在局部放电检测现场，干扰源多且干扰信号强，这极大地增加了局部放电信号提取的难度；在工作现场，变电站背景噪声和空气中电晕干扰的频率通常小于400MHz，如何在检测过程中避免局部放电检测现场的噪声干扰是目前需要解决的技术问题。

高压开关柜中引起放电故障的缺陷主要包括如下几个方面：导体、外壳内表面上的金属突起，通常是在制造不良和安装损坏擦划时造成，导致毛刺且较尖；高压柜体内可以移动的自由金属微粒，在制造、装配和运行中均有可能产生，它有积累电荷的能力，当靠近高压导体且并未接触时，放电最可能发生；固体绝缘中的空气隙缺陷；支持绝缘子表面污秽；高压母线连接处及断路器触头接触不良；开关元件内部放电缺陷等。如何对高压开关柜进行高效便捷的局部放电超高频检测，以避免出现严重的放电故障是需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种高压柜局部放电超高频检测系统及试验系统。

第一方面，本公开提供了一种高压柜局部放电超高频检测系统，包括：依次连接的超高频天线传感器、信号调理单元、数据采集卡和数据处理器；所述超高频天线传感器用于检测局部放电产生的电磁波，并将采集的信号经信号调理单元和数据采集卡处理后送入数据处理器；所述超高频天线传感器固定在高压柜的柜体内壁。

作为一种实施方式，所述超高频天线传感器采用阿基米德双臂螺旋天线，对带宽500～1500MHz的局部放电信号进行检测。

作为一种实施方式，所述超高频天线传感器通过磁铁吸附在高压柜的柜体内壁。

作为一种实施方式，所述放大器增益为40dB，采用包络检波技术得到局部放电产生的超高频信号的包络曲线。

作为一种实施方式，所述信号调理单元包括放大器和检波电路；所述放大器接收高频双屏蔽同轴电缆传输的信号，经过放大后传输至检波电路。

第二方面，本公开还提供了一种高压柜局部放电超高频试验系统，包括：依次连接的调压器、隔离变压器和高压试验变压器、待测放电模型和如第一方面所述的高压柜局部放电超高频检测系统。

进一步的，待测放电模型置于高压柜内部，高压柜的柜顶装有穿墙套管，试验变压器输出的高压引线经穿墙套管引至柜体内的高压电极端，柜体可靠接地；超高频天线传感器用永久磁铁吸附在柜体内壁上，距离待测放电模型设定距离。

进一步的，所述待测放电模型包括针板放电模型、内部放电模型和悬浮放电模型；所述针板放电模型为模拟电晕放电的针板电极系统结构，针尖到板电极具有设定距离。

进一步的，所述内部放电模型为模拟固体绝缘内部气隙放电的电极系统结构，包括两块环氧树脂板，将中间通孔的环氧树脂板夹在两块环氧树脂板中间形成扁平空气隙。

进一步的，所述内部放电模型为模拟悬浮放电的电极系统结构，悬浮电极采圆柱体，高压电极和地板电极之间用环氧树脂板，悬浮电极和柱电极间具有设定距离。

与现有技术对比，本公开具备以下有益效果：

1、本公开的超高频天线传感器为UHF传感器，采用的是阿基米德双臂螺旋天线，它是一种非频变天线，其电性能与频率无关，具有宽频带、圆极化、尺寸小、效率高及可嵌装等优点，具有良好的工程应用价值，适用于局部放电的在线检测。局部放电所激发的UHF信号能量主要集中在400MHz到1100MHz。考虑天线内置的需要，因此选择天线的下限截止频率为500MHz，可以较好地抑制噪声干扰(具有固定频率的电台和移动通讯干扰可通过软件加以剔除)，同时获取尽量多的放电信息。对于内部的局部放电，到达接收天线的电磁波经多次折、反射和衰减后已发生畸变，高频分量不易精确提取，因此选择天线的上限截止频率为1500MHz，这样既能有效地抑制大部分外部干扰，又能获取尽可能多的放电信息。

2、本公开通过超高频天线传感器通过磁铁吸附在高压柜的柜体内壁，可以有效保证局部放电产生的电磁波信号信噪比高、受柜内外其他部位放电的干扰可以识别。高压开关柜一般都是多台柜并列使用，各柜之间也可能存在电磁波的相互干扰，主要干扰途径有辐射和经连通各柜的母线传导后再辐射。另外，开关柜外的各种局部放电也可能产生干扰。因此，利用局部放电超高频信号对高压开关柜进行状态监测和故障定位的前提是：局部放电产生的电磁波信号信噪比高、受柜内外其他部位放电的干扰可以识别。

3、本公开提供了一种高压柜局部放电超高频试验系统，采用的待测放电模型包括针板放电模型、内部放电模型和悬浮放电模型，通过模型试验来获取各个情况的放电特性，从而在检测局部放电时，利用检测图谱可获得局部放电类型，解决了如何对高压开关柜进行高效便捷的局部放电超高频检测，以避免出现严重的放电故障问题；可通过PC机对数据采集卡的信号进行处理获取放电的二维谱图和三维谱图，根据放电特性特别是相位分布特性即可对不同类型局部放电进行模式识别，从而获取局部放电类型以及位置，进而在局部放电发生时尽早的采取措施干预，以降低产生较大事故的风险。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开的超高频局部放电测量系统；

图2为本公开的超高频局部放电试验系统结构示意图；

图3a为本公开的高压开关柜局部放电典型针板放电模型示意图；

图3b为本公开的高压开关柜局部放电典型内部放电模型示意图；

图3c为本公开的高压开关柜局部放电典型悬浮放电模型示意图；

其中，T1－调压器；T2－隔离变压器；T3－高压试验变压器；Z－保护电阻； Cx－试品。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

如图1所示，一种高压柜局部放电超高频检测系统，包括：依次连接的超高频天线传感器、信号调理单元、高频同轴电缆、数据采集卡和数据处理器；所述超高频天线传感器用于检测局部放电产生的电磁波，并将采集的信号经信号调理单元和数据采集卡处理后送入数据处理器。

进一步的，所述超高频天线传感器通过磁铁吸附在高压柜的柜体内壁。高压开关柜一般都是多台柜并列使用，各柜之间也可能存在电磁波的相互干扰，主要干扰途径有辐射和经连通各柜的母线传导后再辐射。另外，开关柜外的各种局部放电也可能产生干扰。因此，利用局部放电超高频信号对高压开关柜进行状态监测和故障定位的前提是：局部放电产生的电磁波信号信噪比高、受柜内外其他部位放电的干扰可以识别。通过超高频天线传感器通过磁铁吸附在高压柜的柜体内壁，可以有效保证局部放电产生的电磁波信号信噪比高、受柜内外其他部位放电的干扰可以识别。

进一步的，所述超高频天线传感器采用阿基米德双臂螺旋天线，对带宽 500～1500MHz的局部放电信号进行检测。阿基米德双臂螺旋天线是一种非频变天线，其电性能与频率无关，具有宽频带、圆极化、尺寸小、效率高及可嵌装等优点以及良好的工程应用价值，适用于开关柜局部放电的检测。

进一步的，所述放大器增益设计为40dB，局部放电超高频检测通常仅关心信号的峰值及其出现的相位，采用包络检波技术可得到局部放电产生的超高频信号的包络曲线，通过普通数据采集卡即可获得信号峰值和相位等特征，从而大大降低了数据采集系统的要求和数据量。

进一步的，所述信号调理单元包括放大器和检波电路；所述放大器接收高频双屏蔽同轴电缆传输的信号，经过放大后传输至检波电路，检波电路处理放大后的信号得到可以送至数据采集卡有效采集的脉冲信号。

进一步的，所述数据采集卡可采用8位分辨率，100MS/s实时采样的采集卡进行采集。

进一步的，所述数据处理器可采用PC机，即计算机；可通过PC机对数据采集卡的信号进行处理获取放电的二维谱图和三维谱图，根据放电特性特别是相位分布特性即可对不同类型局部放电进行模式识别，从而获取局部放电类型以及位置，进而在局部放电发生时尽早的采取措施干预，以降低产生较大事故的风险。

具体的，超高频传感器采用阿基米德双臂螺旋天线，能实现带宽 500～1500MHz的局部放电信号检测。局部放电脉冲能量几乎与频带宽度成正比，当只考虑检测仪元件的热噪声对灵敏度的影响时，用宽频带检测有更高的灵敏度，因此，开关柜局部放电超高频传感器选用宽频带是有利的。在高压开关柜局部放电检测现场，干扰源多且干扰信号强，这极大地增加了局部放电信号提取的难度。在工作现场变电站背景噪声和空气中电晕干扰的频率通常小于 400MHz。空气中局部放电所激发的超高频信号能量可以达到数百兆赫兹。考虑天线内置的需要，因此，选择天线的下限截止频率为500MHz，可以较好地抑制噪声干扰(具有固定频率的电台和移动通讯干扰可通过软件加以剔除)，同时获取尽量多的放电信息。对于开关柜内部的局部放电，到达接收天线的电磁波经多次折、反射和衰减后已发生畸变，高频分量不易精确提取，因此选择天线的上限截止频率为1500MHz，这样既能有效地抑制大部分外部干扰，又能获取尽可能多的放电信息。

开关柜内部发生放电时，本柜内的电磁波信号较强，传导、辐射到开关柜外面的信号很弱，监测时受到本柜内其他部位和柜体外放电的影响是很小的。因此，可以利用放电源附近信号强的特点进行故障定位和识别外界干扰。

使用超高频法进行高压开关柜局部放电的监测时，断路器动作时触头间的放电信号也将被测得，而且信号可能很强。但对于长期在线监测来说，断路器的动作是暂时和偶然的，因此，监测时应取断路器未动作时的比较稳定的放电信号进行分析，以避免因这类干扰而发生误判。

实施例2

如图2所示，一种高压柜局部放电超高频试验系统，包括：依次连接的调压器、隔离变压器和高压试验变压器、待测放电模型和如实施例1所述的高压柜局部放电超高频检测系统；

进一步的，试验中待测放电模型置于开关柜内部，柜顶装有10kV穿墙套管，试验变压器输出的高压引线经穿墙套管引至柜体内的高压电极端，柜体可靠接地。超高频天线传感器用永久磁铁吸附在柜体内壁上，距离放电模型40cm。

所述待测放电模型为试品，包括针板放电模型、内部放电模型和悬浮放电模型；

所述针板放电模型为模拟电晕放电的针板电极系统结构，针电极直径6mm，尖端曲率半径为0.5mm，锥角30度，板电极尺寸为Φ50×3mm，针尖到板电极距离d为1.9cm；如图3a针板放电所示。

所述内部放电模型为模拟固体绝缘内部气隙放电的电极系统结构，试品为两块厚度5mm直径50mm的环氧树脂板，将厚度1mm、中间通孔直径10mm的环氧树脂板夹在两板中间形成扁平空气隙，绝缘板间用一层非常薄的环氧树脂胶粘合；如图3b内部放电所示。

所述悬浮放电模型为模拟悬浮放电的电极系统结构，悬浮电极采用直径为 10mm高度为3mm的黄铜材质的圆柱体，高压电极和地板电极之间用厚度为5mm，直径70mm的环氧树脂板。试验中悬浮电极和柱电极间距离为15mm，如图3c悬浮放电所示。

其中，模拟绝缘子表面绝缘不良情况所用为10kV环氧树脂支持绝缘子，表面涂有氯化钠和硅藻土，试验环境湿度60％。

放电模型电极用黄铜加工制造，为消除电极表面尖角或毛刺的影响，电极表面和边缘均经过特殊处理，为防止电极接引线处放电，电极螺帽为专门设计加工的球形螺帽。试验中所用环氧树脂板为高压开关柜内专用绝缘板。

图2为局部放电试验系统，试验中试品置于开关柜内部，柜顶装有10kV穿墙套管，试验变压器输出的高压引线经穿墙套管引至柜体内的高压电极端，柜体可靠接地。传感器用永久磁铁吸附在柜体内壁上，距离放电模型40cm。

高压开关柜运行时，柜内可能产生放电的部位很多，如母线连接处、绝缘子端部、绝缘拉杆端部、真空灭弧室内部等。因此柜内放电信号间相互干扰。另外高压开关柜一般都是多台柜并列使用，各柜之间也可能存在电磁波的相互干扰，主要干扰途径有辐射和经连通各柜的母线传导后再辐射。另外，开关柜外的各种局部放电也可能产生干扰。因此，利用局部放电超高频信号对高压开关柜进行状态监测和故障定位的前提是：局部放电产生的电磁波信号信噪比高、受柜内外其他部位放电的干扰可以识别。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高压柜局部放电超高频检测系统，其特征在于，包括：依次连接的超高频天线传感器、信号调理单元、数据采集卡和数据处理器；所述超高频天线传感器用于检测局部放电产生的电磁波，并将采集的信号经信号调理单元和数据采集卡处理后送入数据处理器；所述超高频天线传感器固定在高压柜的柜体内壁。

2.如权利要求1所述的高压柜局部放电超高频检测系统，其特征在于，所述超高频天线传感器采用阿基米德双臂螺旋天线，对带宽500～1500MHz的局部放电信号进行检测。

3.如权利要求1所述的高压柜局部放电超高频检测系统，其特征在于，所述超高频天线传感器通过磁铁吸附在高压柜的柜体内壁。

4.如权利要求1所述的高压柜局部放电超高频检测系统，其特征在于，所述放大器增益为40dB，采用包络检波技术得到局部放电产生的超高频信号的包络曲线。

5.如权利要求1所述的高压柜局部放电超高频检测系统，其特征在于，所述信号调理单元包括放大器和检波电路；所述放大器接收高频双屏蔽同轴电缆传输的信号，经过放大后传输至检波电路。

6.一种高压柜局部放电超高频试验系统，其特征在于，包括：依次连接的调压器、隔离变压器和高压试验变压器、待测放电模型和如权利要求1-5任一所述的高压柜局部放电超高频检测系统。

7.如权利要求6所述的高压柜局部放电超高频试验系统，其特征在于，待测放电模型置于高压柜内部，高压柜的柜顶装有穿墙套管，试验变压器输出的高压引线经穿墙套管引至柜体内的高压电极端，柜体可靠接地；超高频天线传感器用永久磁铁吸附在柜体内壁上，距离待测放电模型设定距离。

8.如权利要求6所述的高压柜局部放电超高频试验系统，其特征在于，所述待测放电模型包括针板放电模型、内部放电模型和悬浮放电模型；所述针板放电模型为模拟电晕放电的针板电极系统结构，针尖到板电极具有设定距离。

9.如权利要求8所述的高压柜局部放电超高频试验系统，其特征在于，所述内部放电模型为模拟固体绝缘内部气隙放电的电极系统结构，包括两块环氧树脂板，将中间通孔的环氧树脂板夹在两块环氧树脂板中间形成扁平空气隙。

10.如权利要求8所述的高压柜局部放电超高频试验系统，其特征在于，所述内部放电模型为模拟悬浮放电的电极系统结构，悬浮电极采圆柱体，高压电极和地板电极之间用环氧树脂板，悬浮电极和柱电极间具有设定距离。

Images