CN2932403Y - 高压组合电器局放检测仪 - Google Patents
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Abstract
一种高压组合电器局放检测仪，属电力行业检测仪表。由检测仪主体和UHF传感器组成，将传感器置于高压组合电器的盘式绝缘子处，利用放电源在此处泄露出来的特高频电磁波信号判断组合电器内部是否存在放电和放电情况，采用3G高速采集卡和华邦77E58单片机进行数据处理分析，采用USB盘进行数据存贮，检测仪主体配有TFT真彩液晶显示屏和操作键盘，USB盘存储的数据由局放数据阅览软件读取和分析。本实用新型实现了高压组合电器局放定位、放电类型识别及放电量测量、存贮和分析。能及时地发现高压组合电器设备的早期放电部位，实现高压组合电器在线运行的状态检修。
Description
技术领域
本实用新型仪器对高压组合电器局放情况采用UHF信号传感方法测量，具有良好的抗干扰性能、检测灵敏度；应用。UHF信号传感的方法，提高了测量局放仪器的实用性；实现了高压组合电器局放定位、放电类型识别和放电量测量、存贮和分析。应用高压组合电器局放检测仪能够及时地发现高压绝缘设备的早期放电部位，防止突发性事故的发生。属电力行业高压设备检测仪器。
背景技术
根据CIGRE的23.10工作组国际调查报告的统计数字，1985年以前投入的全封闭组合电器(GIS)的562次故障中绝缘故障占60％，1985年以后投入的GIS的247次故障中绝缘故障占51％，而且绝缘故障又较多发生在较高电压的设备中，后果严重，故倍受关注。然而当前虽有一些高压组合电器局放监测诊断仪已投入运行，却远未推广，一是价格昂贵，二是故障诊断技术本身尚需完善提高，从而使此项研究开发工作仍在继续开展并形成热点。
日本有关研究工作较多，在应用研究中，以监测多种电器设备为主要研究对象，包括高压组合电器，气体绝缘输电管道(GIL)，六氟化硫气体组合电器(GCB)。它们大多是已投入试运行的成果，未能推广普及。
基础技术研究中，实验工作是主要内容，工作量大。个别文章有仿真计算结果，但均语焉不详，估计是由于介质种类多、结构复杂，三维、快速瞬变过程或频带的电磁过程计算只能作相当大的简化的缘故。这类实验规模大，试品均用实物，有的甚至是500～1000kV高压组合电器。实验中的测量仪器有通用或自制的传感器、互感器和天线。像高速数字示波器、宽带频谱分析仪、局放测量仪、宽频放大器等仪器为通用仪器，参与研究的单位都是大电气设备制造公司如三菱、日立、东芝等和大电力公司合作的方式。
对局放进行运行监测的主要困难在于消除各种干扰的影响，如何从强大的电磁干扰中提取微弱的放电脉冲信号。国内外曾经提出了许多方法：
1、外复电极法
高压组合电器为金属外壳，接地点甚多，不宜从接地线上提取局放脉冲电信号。外复电极是提取局放脉冲信号的方法之一。在高压组合电器外壳上敷上绝缘膜与金属箔电极，外壳与金属箔电极形成小电容，局放引起的脉冲信号通过该小电容耦合到检测阻抗上进行监测。
外复电极法提取局放脉冲信号的效果比不上内置电极法的效果。
2、内置电极法
为此可采取内置电极以提取局放的脉冲信号。例如在盆式绝缘子内靠近接地端预先埋设
电极以提取信号。也可将高压组合电器法兰稍加改造，在法兰内部加装金属电极，与外壳形成电容，提取信号。
内置电极法的监测效果好，但需对高压组合电器本体进行改造，这往往是不易实现的。尤其是对已经投入运行的高压组合电器根本无法实施。
3、机械振动法
局放会产生声波。因此，在高压组合电器壳体外表面装设振动传感器，用以监测内部的放电。由于气体和钢板声阻匹配不好，界面衰减较大，因此从高压组合电器外壳上测得的声波，往往是沿固体材料以最短的距离传到壳体后，以横波的形式传播到传感器的。局放产生的声波频谱分布很广，但高压组合电器中高频分量在传播过程中严重衰减，所以机械振动法检测到的主要是声波中的低频分量。在高压组合电器中，除局放产生的声波外，还有导电微粒碰撞金属外壳、电磁振动、操作过程引起的振动等发出的声波。由于局放和导电微粒造成的振动频率大约在KHz到几十KHz之间，为去除其他声波的干扰，监测频率一般取为1～20KHz。
由于测量频率比较低，采用压电式加速度传感器，比测超声的声发射传感器有更高的灵
敏度。但是进行放电点定位比较困难。
发明内容
为了提高灵敏度，便于操作，本实用新型设计了一种高压组合电器局放检测仪，检测仪主体和UHF传感器(2)组成，其中UHF专用传感器(2)和UHF信号放大、检波、处理单元(5)连接，UHF信号放大、检波、处理单元(5)和高速采集卡处理单元(6)连接，高速采集卡处理单元(6)和华邦高速处理器CPU(13)连接；查看典型波形按键(17)、进行放电捕获按键(18)以及进行波形存储按键(19)直接和华邦高速处理器CPU(13)连接；TFT真彩液晶屏显示器(7)和真彩液晶屏驱动控制单元(8)连接，真彩液晶屏驱动控制单元(8)和华邦高速处理器CPU(13)连接；USB高容量存贮盘(9)和USB数据存贮单元(10)连接，USB数据存贮单元(10)和华邦高速处理器CPU(13)连接；220V交流电源输入端(11)和电源转换单元(12)连接，电源转换单元(12)和华邦高速处理器CPU(13)连接；程序存贮单元(14)、外部震荡电路(15)和复位电路直接和华邦高速处理器CPU(13)连接。传感器测量范围为300MHz-3GFIz。
该检测仪采用UHF传感，在设备体外提取信号。本实用新型实现了高压组合电器局放定位、放电类型识别及放电量测量、存贮和分析。能及时地发现高压组合电器设备的早期放电部位，定位局放点。将UHF体外检测法应用在高压组合电器局放检测上，采用了特高频信号采集、高速采集卡、高性能单片机数据处理分析、TFT液晶显示、USB数据存贮、计算机软件分析等技术。通过对以上技术的综合应用，实现了高压组合电器在线运行的状态检修，其检测快速、准确、显示直观、抗干扰能力强。
高压组合电器多处装有盘式绝缘子，于是外壳存在绝缘缝隙，当电磁波沿高压组合电器的金属筒传播时，部分电磁波可以从这里辐射出来。将天线式传感器放置在高压组合电器盘式绝缘子外缘，就能从外部测得内部放电的信号。为消除空间干扰的影响，天线传感器采取五面屏蔽的措施，检测效果非常理想。
高压组合电器采用高压力气体绝缘，耐电强度高，放电引起的脉冲电信号的上升沿极陡，约在0.35～3ns之间，频谱中高频分量可达GHz数量级，因此选择特高频段(数百MHz至数GHz′)进行局放的检测。特高频检测法具有以下显著优点：(1)信噪比高。①由于各种电磁干扰的辐射频率低，选择适当的特高频段可以显著提高信噪比；②高压组合电器以外的特高频电磁干扰信号很微弱，传播时衰减很快，故对高压组合电器现场测试的干扰影响较小，而高压组合电器的金属同轴结构构成良好的波导，内部放电产生的特高频信号则可有效传播，这也有利于提高信噪比。(2)可对放电源定位。利用特高频信号从放电源到不同检测点的信号幅值，对放电源进行定位。
特高频检测目前采用内部电极作为耦合器来提取放电信号。由于内部电极设置上有困难，因此只实用于新建的装置或变电站，对已经投运的设备无法进行传感器安装。为了弥补以上多种检测方法的不足，采用了特高频体外专用传感器。
因此，在高压组合电器局放运行监测系统中，信号检出以特高频检测法的信噪比最高，优点最突出，因此是一种很有发展前途的检测技术。
UHF法正是基于电磁波在高压组合电器中的传播特点而发展起来的，尽管在别的电气设备(如电机、电缆)中也有应用，但比较起来，此法特别适用高压组合电器中局放信号的监测，尤其是现场监测。通过对高压组合电器中上述各类缺陷的诊断研究，得出UHF法的最大优点是可有效地抑制背景噪声，如空气电晕等产生的电磁干扰频率一般均较低，可用宽频法对其进行有效抑制；而对超高频通信、广播电视信号，由于其有固定的中心频率，因而可用窄频法将其与局放信号加以区别。高压组合电器体外传感器可通过不同位置测到的局放信号的时延差及信号幅值来对局放源进行定位分析。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的检测原理图。
图中：1为盘式绝缘子；2为UHF专用传感器；3为组合电器外壳；4为导电杆。
图2是高压组合电器局放检测仪原理框图。
具体实施方式
在图1中，IJHF专用传感器(2)接收组合电器壳体(3)内部导电杆(4)与壳体或盘式绝缘子(1)之间产生的局放信号。UHF专用传感器(2)通过同轴电缆与高压组合电器局放检测仪主体相连，将特高频信号传入主体内高速采集卡处理单元(6)。
在图2所示原理框图中，整个工作核心为华邦高速微处理器CP[J(13)；UHF专用传感器(2)将接收的信号在放大、检波、处理单元(5)中处理后传入高速采集卡处理单元(6)；华邦高速微处理器CPU(13)在点动进行放电捕获按键(18)后收取高速卡内数据，程序处理后通过真彩液晶屏驱动控制单元(8)在TFT真彩液晶屏显示器(7)上直观显示数据波形：当采集到局放信号，可以点动查看典型波形按键(17)，CP[J将程序存贮单元(14)内存贮的典型波形数据在TFT真彩液晶屏显示器(7)上直观显示，每点动一次调出一种典型波形和放电类型及波形特征，因此完成对采集的数据进行放电类型分析：当点动进行波形存贮按键(19)，CPU将通过USB数据存贮单元(10)将数据存入USB高容量存贮盘(9)供上位机阅览分析等；(11)、(12)、(15)、(16)为外围电路。
当要对一个高频信号(比如高达100MHz的雷达波形)进行采集和处理的时候。通常是设计一个高速或者超高速硬件采集电路，包括放大部分、滤波部分；A/D和D/A转换部分等，这种电路的要求非常高，要求边采集边存储，电路速度高，而且要考虑各种辐射干扰等，同时，目前市场上成品价格很难承受。并且根据采样定理，一个高频率的连续信号，完全可以用时间上相隔1/2f的一系列离散采样值来表示。所以采样频率F应等于或大于被采样信号的最高频率f的2倍，即F≥2f考虑到实际恢复波形的低通滤波器不可能具有完全理想的特性，为了正确恢复信号，通常当采样的信号高达100MHz时，就应该达到500MHz的采样率。我们采样的信号高达300MHz，采用了高达.3GHz的采样率。
Claims (2)
1.一种高压组合电器局放检测仪，由检测仪主体和UHF传感器(2)组成，采用传感器提取UHF信号，将传感器置于高压组合电器的盘式绝缘子(1)处，利用放电源在此处泄露出来的特高频电磁波信号判断组合电器内部是否存在放电和放电情况，其特征是：UHF专用传感器(2)和UHF信号放大、检波、处理单元(5)连接，UHF信号放大、检波、处理单元(5)和高速采集卡处理单元(6)连接，高速采集卡处理单元(6)和华邦高速处理器CPU(13)连接；查看典型波形按键(17)、进行放电捕获按键(18)以及进行波形存储按键(19)直接和华邦高速处理器CPU(13)连接；TFT真彩液晶屏显示器(7)和真彩液晶屏驱动控制单元(8)连接，真彩液晶屏驱动控制单元(8)和华邦高速处理器CPU(13)连接；USB高容量存贮盘(9)和USB数据存贮单元(10)连接，USB数据存贮单元(10)和华邦高速处理器CPU(13)连接；220V交流电源输入端(11)和电源转换单元(12)连接，电源转换单元(12)和华邦高速处理器CPU(13)连接；程序存贮单元(14)、外部震荡电路(15)和复位电路直接和华邦高速处理器CPU(13)连接。
2.根据权利要求1所述一种高压组合电器局放检测仪，采用UHF体外传感器进行超高频信号采集，其特征是：传感器测量范围为300MHz-3GFIz。
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