TW201821814A - 局部放電偵測裝置以及局部放電偵測方法 - Google Patents

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徐東耀
劉鍾霖
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials

Abstract

一種局部放電偵測裝置,適用於高壓配電盤,包括:第一感測器、第二感測器以及控制單元。高壓配電盤之功能包括將高壓電源轉換至家用電源。第一感測器偵測高壓電源之接地線之位於第一頻段之接地電流而產生第一電壓信號。第二感測器偵測高壓配電盤內之位於第二頻段之微波信號而產生第二電壓信號,第二頻段高於第一頻段。當第一電壓信號以及第二電壓信號同時發生時,控制單元判斷高壓配電盤發生局部放電而產生通知信號。

Description

局部放電偵測裝置以及局部放電偵測方法
本發明係有關於應用在運轉中高壓配電盤的局部放電偵測裝置,特別係有關於應用在降低周圍電氣干擾之局部放電偵測裝置,以減少干擾所造成誤判局部放電的情形。
局部放電係指發生在電極之間但並未貫穿電極的放電,由於設備之絕緣體內部存在瑕疵或生產中造成的缺陷,在高電場強度作用下會產生局部放電之重複擊穿的現象。初期的局部放電能量是很小的,所以短時間存在並不影響到電氣設備的絕緣強度,但在運轉電壓下不斷出現局部放電時,這些微弱的放電將產生累積效應會使絕緣的介電性能逐漸劣化並使局部缺陷擴大,最後導致整個絕緣體擊穿。
雖然局部放電會使絕緣體劣化而導致損壞,但它發展需一定時間,發展時間與設備本身運轉狀況、局部放電產生位置與設備的絕緣結構等因素有關,因此有需要一個有效率的局部放電偵測裝置及其方法。
有鑑於此,本發明提出一種局部放電偵測裝置,適用於一高壓配電盤,其中上述高壓配電盤之功能包括將一高壓電源轉換至一家用電源,包括:一第一感測器、一第二感測器以及一控制單元。上述第一感測器偵測上述高壓電源之一接地線之位於一第一頻段之一接地電流而產生一第一電壓信號。上述第二感測器偵測上述高壓配電盤內之位於一第二頻段之一微波信號而產生一第二電壓信號,其中上述第二頻段高於上述第一頻段。當上述第一電壓信號以及上述第二電壓信號同時發生時,上述控制單元判斷上述高壓配電盤發生一局部放電而產生一通知信號。
根據本發明之一實施例,局部放電偵測裝置更包括:一信號傳輸介面。上述信號傳輸介面耦接於上述控制單元以及一輸入輸出裝置之間,其中上述信號傳輸界面用以將上述通知信號傳送至上述輸入輸出裝置,並且將上述輸入輸出裝置之一輸入信號傳送至上述控制單元。
根據本發明之一實施例,局部放電偵測裝置更包括:一類比數位轉換器。上述類比數位轉換器包括:一第一濾波放大電路、一第一比較電路、一第二濾波放大電路以及一第二比較電路。上述第一濾波放大電路濾除上述第一電壓信號於上述第一頻段外之雜訊後加以放大,而產生一第一放大信號。當上述第一放大信號大於一第一觸發位準時,上述第一比較電路產生一第一觸發信號。上述第二濾波放大電路濾除上述第二電壓信號於上述第二頻段外之雜訊後加以放大,而產生一第二放大信號。當上述第二放大信號大於一第二觸發位準時,上述第二比較電路產生一第二觸發信號,其中當上述第一觸發信號以及上述第二觸發信 號同時發生時,上述控制單元產生上述通知信號。
根據本發明之一實施例,上述輸入輸出裝置更包括:一設定模組以及一顯示模組。上述設定模組用以設定上述第一觸發位準以及上述第二觸發位準而產生上述輸入信號,其中上述控制單元根據上述輸入信號,將上述第一觸發位準提供至上述第一比較電路以及將上述第二觸發位準提供至上述第二比較電路。上述顯示模組根據上述通知信號而產生一警示信息。
根據本發明之一實施例,上述類比數位轉換器更包括:一電源相位擷取電路。上述電源相位擷取電路擷取上述高壓電源之相位資訊而產生一相位信號,其中上述控制單元根據上述相位信號判斷上述局部放電是否發生於上述高壓電源之一特定相位,其中當判斷上述局部放電發生於上述特定相位時,上述控制單元計數上述局部放電之一發生頻率,其中當上述發生頻率增加時,上述控制單元發出上述通知信號。
根據本發明之另一實施例,上述電源相位擷取電路擷取上述家用電源之一家用相位時,上述控制單元根據一相位差以及上述家用相位,判斷上述高壓電源之相位資訊,其中上述設定模組更用以設定上述相位差。
本發明更提出一種局部放電偵測方法,適用於一局部放電偵測裝置偵測一高壓配電盤,其中上述高壓配電盤之功能包括將一高壓電源轉換至一家用電源,包括:偵測上述高壓電源之一接地線之一接地電流而產生一第一電壓信號,其中上述接地電流係位於一第一頻段;偵測上述高壓配電盤內一微波信號而產生一第二電壓信號,其中上述微波信號係位於一第二頻段,上述 第二頻段高於上述第一頻段;以及當上述第一電壓信號以及上述第二電壓信號同時發生時,判斷上述高壓配電盤發生一局部放電而產生一通知信號。
根據本發明之一實施例,局部放電偵測方法更包括:利用一輸入輸出裝置接收上述通知信號;以及將上述輸入輸出裝置之一輸入信號傳送至上述局部放電偵測裝置。
根據本發明之一實施例,上述判斷上述高壓配電盤發生上述局部放電而產生上述通知信號之步驟包括:濾除上述第一電壓信號於上述第一頻段外之雜訊後加以放大,而產生一第一放大信號;當上述第一放大信號大於一第一觸發位準時,產生一第一觸發信號;濾除上述第二電壓信號於上述第二頻段外之雜訊後加以放大,而產生一第二放大信號;當上述第二放大信號大於一第二觸發位準時,產生一第二觸發信號;以及
當上述第一觸發信號以及上述第二觸發信號同時發生時,產生上述通知信號。
根據本發明之一實施例,局部放電偵測方法更包括:利用上述輸入輸出裝置輸入上述第一觸發位準以及上述第二觸發位準,而產生上述輸入信號;以及根據上述通知信號,利用上述輸入輸出裝置產生一警示信息。
根據本發明之一實施例,上述判斷上述高壓配電盤發生上述局部放電而產生上述通知信號之步驟包括:擷取上述高壓電源之相位資訊而產生一相位信號;根據上述相位信號判斷上述局部放電是否發生於上述高壓電源之一特定相位;當上述局部放電發生於上述特定相位時,計數上述局部放電之一發生頻率; 以及當上述發生頻率增加時,發出上述通知信號。
根據本發明之一實施例,上述判斷上述高壓配電盤發生上述局部放電而產生上述通知信號之步驟更包括:擷取上述家用電源之一家用相位;以及根據一相位差以及上述家用相位,判斷上述高壓電源之相位資訊,其中上述相位差係由上述輸入輸出裝置所輸入。
10‧‧‧高壓配電盤
100、200‧‧‧局部放電偵測裝置
101、201‧‧‧第一感測器
102、202‧‧‧第二感測器
103、203‧‧‧控制單元
204‧‧‧信號傳輸界面
210‧‧‧類比數位轉換器
211‧‧‧第一濾波放大器
212‧‧‧第二濾波放大器
213‧‧‧第一比較電路
214‧‧‧第二比較電路
215‧‧‧電源相位擷取電路
250‧‧‧輸入輸出裝置
251‧‧‧設定模組
252‧‧‧顯示模組
SV1‧‧‧第一電壓信號
SV2‧‧‧第二電壓信號
SA1‧‧‧第一放大信號
SA2‧‧‧第二放大信號
ST1‧‧‧第一觸發信號
ST2‧‧‧第二觸發信號
TR1‧‧‧第一觸發位準
TR2‧‧‧第二觸發位準
SP‧‧‧相位信號
SI‧‧‧輸入信號
SN‧‧‧通知信號
PH‧‧‧高壓電源
PM‧‧‧家用電源
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之局部放電偵測裝置之方塊圖。
第2圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之局部放電偵測裝置之方塊圖。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之局部放電偵測方法之流程圖。
以下說明為本發明的實施例。其目的是要舉例說明本發明一般性的原則,不應視為本發明之限制,本發明之範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
值得注意的是,以下所揭露的內容可提供多個用以實踐本發明之不同特點的實施例或範例。以下所述之特殊的元件範例與安排僅用以簡單扼要地闡述本發明之精神,並非用以限定 本發明之範圍。此外,以下說明書可能在多個範例中重複使用相同的元件符號或文字。然而,重複使用的目的僅為了提供簡化並清楚的說明,並非用以限定多個以下所討論之實施例以及/或配置之間的關係。此外,以下說明書所述之一個特徵連接至、耦接至以及/或形成於另一特徵之上等的描述,實際可包含多個不同的實施例,包括該等特徵直接接觸,或者包含其它額外的特徵形成於該等特徵之間等等,使得該等特徵並非直接接觸。
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之局部放電偵測裝置之方塊圖。如第1圖所示,局部放電偵測裝置100包括第一感測器101、第二感測器102以及控制單元103,其中局部放電偵測裝置100放置於高壓配電盤10內。根據本發明之一實施例,高壓配電盤10的主要功能在於傳輸以及分配用戶端的電力,其中分配用戶端的電力包括將高壓電源PH轉換為家用電源PM。
第一感測器101用以偵測因發生局部放電而於高壓電源PH之接地線所產生之接地電流而產生可供電路處理之第一電壓信號SV1,其中接地電流係位於第一頻段。第二感測器102用以偵測因發生局部放電而高壓配電盤10內所產生之微波信號而產生可供電路處理之第二電壓信號SV2,其中微波信號係位於第二頻段。
根據本發明之一實施例,第一頻段係為HF頻段(3MHz-30MHz)及VHF頻段(30MHz-300MHz),第二頻段係為UHF頻段(300MHz-3GHz)。根據本發明之其他實施例,第一頻段以及第二頻段可為其他頻段,其中第二頻段係高於第一頻段。
根據本發明之一實施例,第一感測器101係為偵測因 高壓配電盤10發生局部放電而於高壓電源PH之接地線所產生的暫態脈衝電流訊號的高頻比流器(High Frequency Current Transformer,HFCT),第二感測器102係為偵測局部放電所產生的微波訊號的超高頻天線(Ultra-High Frequency Antenna)。
由於當高壓配電盤10發生局部放電時,高壓電源PH之接地線會產生暫態脈衝電流,並且往往伴隨高壓配電盤10內產生微波信號,因此當同時產生第一電壓信號SV1以及第二電壓信號SV2時,代表高壓配電盤10內確實發生局部放電,控制單元103即可判斷高壓配電盤10發生局部放電,並產生通知信號SN。
根據本發明之其他實施例,第一感測器101以及第二感測器102亦可為聲音感測器(AE Sensor)、暫態接地電壓感測器(TEV Sensor)、接地電流感測器(HFCT Sensor)以及微波感測器(UHF Sensor)之任二者組合,其中控制單元103根據第一感測器101以及第二感測器102同時且分別產生第一電壓信號SV1以及第二電壓信號SV2,而判斷高壓配電盤10之內確實發生局部放電,並且產生通知信號SN。
第2圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之局部放電偵測裝置之方塊圖。如第2圖所示,局部放電偵測裝置200包括第一感測器201、第二感測器202、類比數位轉換器210、控制單元203、信號傳輸界面204以及輸入輸出裝置250,其中第一感測器201、第二感測器202以及控制單元203係分別對應至第1圖之第一感測器101、第二感測器102以及控制單元103。
將第2圖與第1圖相比,第一感測器201、第二感測器202以及控制單元203之間更具有類比數位轉換器210,其中類比數 位轉換器210包括第一濾波放大器211、第二濾波放大器212、第一比較電路213、第二比較電路214以及電源相位擷取電路215。
第一濾波放大電路211濾除第一電壓信號SV1於第一頻段外之雜訊後加以放大以提高後端第一比較電路213之解析度,而產生第一放大信號SA1。當上述第一放大信號SA1大於第一觸發位準TR1時,第一比較電路213產生第一觸發信號ST1。根據本發明之一實施例,第一觸發位準TR1用以設定觸發的門檻值,以便控制單元203分析局部放電使用。
第二濾波放大電路212濾除第二電壓信號SV2於第二頻段外之雜訊後加以放大以提高後端第二比較電路214之解析度,而產生第二放大信號SA2。當第二放大信號SA2大於第二觸發位準TR2時,第二比較電路214產生第二觸發信號ST2。根據本發明之一實施例,第二觸發位準TR2用以設定觸發的門檻值,以便控制單元203分析局部放電使用。
當第一觸發信號TR1以及第二觸發信號TR2同時發生時,代表暫態脈衝電流以及高壓配電盤10內之微波信號皆高於門檻值,因此控制單元203根據第一觸發信號TR1以及第二觸發信號TR2,判斷高壓配電盤10發生局部放電而產生通知信號SN。
電源相位擷取電路215用以擷取第1圖之高壓電源PH之相位資訊而產生相位信號SP,並將相位信號SP傳送至控制單元203。根據本發明之一實施例,控制單元203根據相位資訊判斷局部放電的發生時間是否符合局部放電應有的特定相位,並計算局部放電的發生頻率,當發生頻率增加時,控制單元發出通知信號SN至輸入輸出裝置250。
根據本發明之一實施例,舉例來說,局部放電較易發生於高壓電源PH之0至90度之間以及180至270度之間的相位。當控制單元203確認局部放電係發生於高壓電源PH之0至90度之間或180至270度之間的相位時,則將計數器之計數加一且於一既定時間內統計局部放電次數並計為發生頻率。當控制單元203判斷發生頻率增加時,則發出通知信號SN至輸入輸出裝置250,以提前防範高壓設備無預警之斷電事故發生。
根據本發明之另一實施例,電源相位擷取電路215亦可擷取第1圖之家用電源PM之家用相位,並傳送至控制單元203。控制單元203根據高壓電源PH以及家用電源PM之相位差以及家用相位,判斷高壓電源PH之相位資訊,其中相位差之輸入方式將於下文中詳細描述。
信號傳輸界面204耦接於控制單元203以及輸入輸出裝置250之間,用以將控制單元203之通知信號SN傳送至輸入輸出裝置250,並且將輸入輸出裝置250之輸入信號SI傳送至控制單元203。
如第2圖所示,輸入輸出裝置250包括設定模組251以及顯示模組252。設定模組251用以設定第一觸發位準TR1以及第二觸發位準TR2而產生輸入信號SI,輸入信號SI透過信號傳輸界面204傳送至控制單元203,使得控制單元203根據輸入信號SI而將第一觸發位準TR1提供至第一比較電路213以及將第二觸發位準TR2提供至第二比較電路214。
根據本發明之一實施例,使用者可透過設定模組251設定第一比較電路213以及第二比較電路214的門檻值,以濾除背 景雜訊對局部放電之判斷的影響。根據本發明之另一實施例,設定模組251可設定高壓電源PH以及家用電源PM之相位差,並透過輸入信號SI傳送至控制單元203。根據本發明之一實施例,設定模組251可為觸控按鈕或觸控面板。
顯示模組252根據控制單元203所發出之通知信號SN,而產生警示信息,用以通知使用者第1圖之高壓配電盤10之使用情況。根據本發明之一些實施例,顯示模組252可為液晶螢幕、警示燈或蜂鳴器。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之局部放電偵測方法之流程圖。以下針對第3圖之流程圖的敘述,將搭配第1圖,以利詳細說明。
如第3圖所示,利用第1圖之第一感測器101,偵測高壓電源PH之接地線之位於第一頻段之接地電流而產生第一電壓信號SV1(步驟S1)。同時,利用第1圖之第二感測器102,偵測第1圖之高壓配電盤10內位於第二頻段之微波信號而產生第二電壓信號SV2(步驟S2)。
判斷是否第一電壓信號SV1以及第二電壓信號SV2同時發生(步驟S3);當第一電壓信號SV1以及第二電壓信號SV2同時發生時,判斷高壓配電盤10發生局部放電之狀況(步驟S4)。若否,則回到步驟S1以及步驟S2繼續偵測。
以上所述為實施例的概述特徵。所屬技術領域中具有通常知識者應可以輕而易舉地利用本發明為基礎設計或調整以實行相同的目的和/或達成此處介紹的實施例的相同優點。所屬技術領域中具有通常知識者也應了解相同的配置不應背離本創作的 精神與範圍,在不背離本創作的精神與範圍下他們可做出各種改變、取代和交替。說明性的方法僅表示示範性的步驟,但這些步驟並不一定要以所表示的順序執行。可另外加入、取代、改變順序和/或消除步驟以視情況而作調整,並與所揭露的實施例精神和範圍一致。

Claims (12)

  1. 一種局部放電偵測裝置,適用於一高壓配電盤,其中上述高壓配電盤之功能包括將一高壓電源轉換至一家用電源,包括:一第一感測器,偵測上述高壓電源之一接地線之位於一第一頻段之一接地電流而產生一第一電壓信號;一第二感測器,偵測上述高壓配電盤內之位於一第二頻段之一微波信號而產生一第二電壓信號,其中上述第二頻段高於上述第一頻段;以及一控制單元,當上述第一電壓信號以及上述第二電壓信號同時發生時,判斷上述高壓配電盤發生一局部放電而產生一通知信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之局部放電偵測裝置,更包括:一信號傳輸介面,耦接於上述控制單元以及一輸入輸出裝置之間,其中上述信號傳輸界面用以將上述通知信號傳送至上述輸入輸出裝置,並且將上述輸入輸出裝置之一輸入信號傳送至上述控制單元。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之局部放電偵測裝置,更包括:一類比數位轉換器,包括:一第一濾波放大電路,濾除上述第一電壓信號於上述第一頻段外之雜訊後加以放大,而產生一第一放大信號; 一第一比較電路,當上述第一放大信號大於一第一觸發位準時,產生一第一觸發信號;一第二濾波放大電路,濾除上述第二電壓信號於上述第二頻段外之雜訊後加以放大,而產生一第二放大信號;以及一第二比較電路,當上述第二放大信號大於一第二觸發位準時,產生一第二觸發信號,其中當上述第一觸發信號以及上述第二觸發信號同時發生時,上述控制單元產生上述通知信號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之局部放電偵測裝置,其中上述輸入輸出裝置更包括:一設定模組,用以設定上述第一觸發位準以及上述第二觸發位準而產生上述輸入信號,其中上述控制單元根據上述輸入信號,將上述第一觸發位準提供至上述第一比較電路以及將上述第二觸發位準提供至上述第二比較電路;以及一顯示模組,根據上述通知信號而產生一警示信息。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之局部放電偵測裝置,其中上述類比數位轉換器更包括:一電源相位擷取電路,擷取上述高壓電源之相位資訊而產生一相位信號,其中上述控制單元根據上述相位信號判斷上述局部放電是否發生於上述高壓電源之一特定相位,其中當判斷上述局部放電發生於上述特定相位時,上述控制 單元計數上述局部放電之一發生頻率,其中當上述發生頻率增加時,上述控制單元發出上述通知信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之局部放電偵測裝置,其中上述電源相位擷取電路擷取上述家用電源之一家用相位時,上述控制單元根據一相位差以及上述家用相位,判斷上述高壓電源之相位資訊,其中上述設定模組更用以設定上述相位差。
  7. 一種局部放電偵測方法,適用於一局部放電偵測裝置偵測一高壓配電盤,其中上述高壓配電盤之功能包括將一高壓電源轉換至一家用電源,包括:偵測上述高壓電源之一接地線之一接地電流而產生一第一電壓信號,其中上述接地電流係位於一第一頻段;偵測上述高壓配電盤內一微波信號而產生一第二電壓信號,其中上述微波信號係位於一第二頻段,上述第二頻段高於上述第一頻段;以及當上述第一電壓信號以及上述第二電壓信號同時發生時,判斷上述高壓配電盤發生一局部放電而產生一通知信號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之局部放電偵測方法,更包括:利用一輸入輸出裝置接收上述通知信號;以及將上述輸入輸出裝置之一輸入信號傳送至上述局部放電偵測裝置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之局部放電偵測方法,其中上述判斷上述高壓配電盤發生上述局部放電而產生上述通知信號之步驟包括:濾除上述第一電壓信號於上述第一頻段外之雜訊後加以放大,而產生一第一放大信號;當上述第一放大信號大於一第一觸發位準時,產生一第一觸發信號;濾除上述第二電壓信號於上述第二頻段外之雜訊後加以放大,而產生一第二放大信號;當上述第二放大信號大於一第二觸發位準時,產生一第二觸發信號;以及當上述第一觸發信號以及上述第二觸發信號同時發生時,產生上述通知信號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之局部放電偵測方法,更包括:利用上述輸入輸出裝置輸入上述第一觸發位準以及上述第二觸發位準,而產生上述輸入信號;以及根據上述通知信號,利用上述輸入輸出裝置產生一警示信息。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之局部放電偵測方法,其中上述判斷上述高壓配電盤發生上述局部放電而產生上述通知信號之步驟包括: 擷取上述高壓電源之相位資訊而產生一相位信號;根據上述相位信號判斷上述局部放電是否發生於上述高壓電源之一特定相位;當上述局部放電發生於上述特定相位時,計數上述局部放電之一發生頻率;以及當上述發生頻率增加時,發出上述通知信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之局部放電偵測方法,其中上述判斷上述高壓配電盤發生上述局部放電而產生上述通知信號之步驟更包括:擷取上述家用電源之一家用相位;以及根據一相位差以及上述家用相位,判斷上述高壓電源之相位資訊,其中上述相位差係由上述輸入輸出裝置所輸入。
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