气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置和系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置和系统。其中，气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置包括：第一检测器，用于检测局放信号源的局部放电信号，得到第一信号；第二检测器，用于检测局放信号源的局部放电信号，得到第二信号；以及接收器，通过无线通讯方式接收第一信号和第二信号，并根据第一信号和第二信号确定局放信号源的位置。通过本实用新型，解决了现有技术中GIS局放定位系统结构复杂的问题，进而达到了简化GIS局放定位系统结构的效果。
【专利说明】气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置和系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力设备领域，具体而言，涉及一种气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置和系统。
【背景技术】
[0002]随着我国电力工业建设的突飞猛进，现代电力系统正向着大电网、大机组、超高压、大容量的方向发展，为保障电力系统的稳定性、可靠性，对电力设备的安全程度也提出了更高的要求。
[0003]高压电气设备的安全运行对电力系统的稳定至关重要，必须重视和加强对其的检测工作。GIS (Gas Insulation Switchgear,简称GIS)是一种气体绝缘全封闭组合电器，在电网和大型变电站中十分常见，GIS的局部放电是导致设备绝缘劣化的主要原因之一，同时也是描述设备绝缘老化的重要特征，通过对GIS局部放电信号源进行检测定位，能够有效地查找出设备绝缘老化的部分，目前，在对GIS局部放电信号源进行检测定位的系统中，包括诸多无源传感器、信号采集器，信号集中器及后台服务器等，这些部件之间的连接一般采用有线方式，现场安装接线难度大，费时费力，而且还造成GIS局放定位系统结构复杂。
[0004]针对相关技术中GIS局放定位系统结构复杂的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
[0005]本实用新型的主要目的在于提供一种气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置和系统，以解决现有技术中GIS局放定位系统结构复杂的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置，包括:第一检测器和第二检测器，均用于检测局放信号源的局部放电信号；以及接收器，通过无线通讯方式接收第一信号和第二信号，并根据第一信号和第二信号确定局放信号源的位置，其中，第一信号为第一检测器检测到的局部放电信号，第二信号为第二检测器检测到的局部放电信号。
[0007]进一步地，第一检测器和第二检测器均为有源传感器，有源传感器设置于气体绝缘全封闭组合电器GIS内。
[0008]进一步地，有源传感器包括:第一壳体；耦合天线，设置在第一壳体内；信号采集模块，设置在第一壳体内，并与耦合天线相连接，用于通过耦合天线采集局部放电信号；第一无线通讯模块，设置在第一壳体内，并与信号采集模块相连接，用于通过第一无线通讯天线向接收器传输局部放电信号；以及第一无线通讯天线，设置在第一壳体外表面，并与第一无线通讯模块相连接。
[0009]进一步地，信号采集模块通过耦合天线采集到的局部放电信号为模拟信号，有源传感器还包括:调理模块，设置在第一壳体内，与耦合天线和信号采集模块均相连接，用于对模拟信号进行模数处理，得到表示局部放电信号的数字信号。[0010]进一步地，接收器包括:第二壳体；第二无线通讯天线，设置在第二壳体外表面；以及处理器模块，设置在第二壳体内，并与第二无线通讯天线相连接，用于通过第二无线通讯天线接收第一信号和第二信号，并根据第一信号和第二信号确定局放信号源的位置。
[0011]进一步地，定位装置还包括:示波器，具有第一测试通道和第二测试通道，接收器还包括第一输出接口和第二输出接口，其中，处理器模块通过第一输出接口连接至第一测试通道，以传输第一信号至示波器，通过第二输出接口连接至第二测试通道，以传输第二信号至示波器。
[0012]进一步地，接收器还包括:第一指示灯和第二指示灯，均设置在第二壳体外表面，并均与处理器模块相连接，其中，处理器模块还用于按照局放信号源的位置驱动第一指示灯或第二指示灯点亮。
[0013]进一步地，处理器模块包括相位比较器，相位比较器包括:数据输入端，与第二无线通讯天线相连接，用于接收第一信号；时钟输入端，与第二无线通讯天线相连接，用于接收第二信号；以及采样输出端，用于在第二信号的使能下对第一信号进行采样，并输出采样信号O或I，其中，采样信号O表示第一信号的接收时刻在第二信号的接收时刻之后，局放信号源的位置靠近第二检测器2b，采样信号I表示第一信号的接收时刻在第二信号的接收时刻之前，局放信号源的位置靠近第一检测器2a。
[0014]为了实现上述目的，根据本实用新型的另一方面，提供了一种气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位系统，包括:气体绝缘全封闭组合电器；以及定位装置，其中，定位装置为本实用新型上述内容所提供的任一种定位装置。
[0015]本实用新型采用包括以下结构的气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置，包括:第一检测器，用于检测局放信号源的局部放电信号，得到第一信号；第二检测器，用于检测局放信号源的局部放电信号，得到第二信号；以及接收器，通过无线通讯方式接收第一信号和第二信号，并根据第一信号和第二信号确定局放信号源的位置。通过设置以无线通讯方式接收局部放电信号的接收器，减少了对GIS中局放信号源进行定位时的布线复杂性，降低了对GIS中局放信号源进行定位时的现场安装难度和接线难度，解决了现有技术中GIS局放定位系统结构复杂的问题，进而达到了简化GIS局放定位系统结构的效果O
【专利附图】
【附图说明】
[0016]构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0017]图1是根据本实用新型实施例的GIS中局放信号源的定位装置的示意图；
[0018]图2是根据本实用新型实施例的GIS中局放信号源的定位装置中检测器的示意图；以及
[0019]图3是根据本实用新型实施例的GIS中局放信号源的定位装置中接收器的示意图。
【具体实施方式】[0020]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0021]本实用新型实施例提供了一种气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置，以下对本实用新型实施例所提供的局放信号源的定位装置进行具体介绍:
[0022]图1是根据本实用新型实施例的气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置的示意图，如图1所示，该局放信号源的定位装置包括第一检测器2a、第二检测器2b和接收器30。
[0023]其中，第一检测器2a和第二检测器2b均用于检测局放信号源10的局部放电信号，第一检测器2a检测到的局部放电信号为第一信号，第二检测器2b检测到的局部放电信
号为第二信号。
[0024]接收器30通过无线通讯方式接收第一信号和第二信号，并根据第一信号和第二信号确定局放信号源的位置，接收器30与第一检测器2a和第二检测器2b之间通过无线通讯方式形成无线组网60，无线通讯方式为WIFI通讯，WIFI通讯的频段为预设频段，在本实用新型实施例中，预设频段采用2.4GHz频段，与GIS中的其它信号、第一检测器2a和第二检测器2b的采集频率错开，避免对采集信号产生干扰。检测器与接收器之间通过利用WIFI组网方式进行组网和数据通信，减少现场接线工作量，同时，基于WIFI的通讯具灵活的组网结构，有利于现场多个检测器的直接布局和通讯管理。
[0025]本实用新型实施例的气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置，通过设置以无线通讯方式接收局部放电信号的接收器，减少了对GIS中局放信号源进行定位时的布线复杂性，降低了对GIS中局放信号源进行定位时的现场安装难度和接线难度，解决了现有技术中GIS局放定位系统结构复杂的问题，进而达到了简化GIS局放定位系统结构的效果。
[0026]具体地，第一检测器2a和第二检测器2b均为有源传感器，为更好地接收电力设备内部局部放电泄漏出来的超高频信号，检测时应将有源传感器放置在GIS设备的非金属屏蔽处。一般情况下，选择非金属屏蔽的绝缘盆、接地开关绝缘子、电缆接头、观测孔等处作为测量点。第一检测器2a和第二检测器2b的结构组成相同，图2是第一检测器2a和第二检测器2b中任一检测器的结构示意图，如图2所示，第一检测器2a和第二检测器2b中任一检测器包括第一壳体24、耦合天线21、信号采集模块22、第一无线通讯模块23和第一无线通讯天线25，其中，耦合天线21、信号采集模块22和第一无线通讯模块23均设置在第一壳体24内，信号采集模块22与耦合天线21相连接，用于通过耦合天线21采集表示局部放电信号的第一信号和第二信号，第一无线通讯模块23与信号采集模块22相连接，用于通过第一无线通讯天线25向接收器30传输局部放电信号，第一无线通讯天线25设置在第一壳体24外表面，并与第一无线通讯模块23相连接。
[0027]其中，信号采集模块22通过耦合天线21采集到的局部放电信号为模拟信号，本实用新型实施例中的检测器还包括调理模块27，该调理模块27设置在第一壳体24内，与耦合天线21和信号采集模块22均相连接，用于对模拟信号进行模数处理，得到表示局部放电信号的数字信号。在本实用新型实施例中，调理模块27和信号采集模块22可以独立设置，也可以集成为信号调理采集模块。耦合天线21、信号采集模块22、第一无线通讯模块23、第一无线通讯天线25和调理模块27之间均通过射频信号线相连接。耦合天线21感应超高频电磁波信号，并通过射频同轴线将模拟信号传递到信号采集模块22。调理模块27对模拟信号进行信号调理，包括滤波、脉冲包络检波及模数转换等处理，获得数字化的信号波形。信号采集模块22内有嵌入式处理器，其带有WIFI的通讯协议栈，并且连接了第一无线通讯天线25，可以实现WIFI无线组网和无线通讯。信号采集模块22把数字化的波形信号通过WIFI网络传输到接收器30，实现了超高频信号的采集与上传。
[0028]第一无线通讯模块23使用Redpine Signals公司的RS9110-N-11-22模块，它包含了完整的802.1lbgn协议栈，与嵌入式设备通过串口或者SPI进行数据传输。
[0029]相应地，本实用新型实施例中，接收器30包括第二壳体34、第二无线通讯天线31和处理器模块35，图3是接收器30的示意图，如图3所示，第二无线通讯天线31设置在第二壳体34外表面，处理器模块35设置在第二壳体34内，并与第二无线通讯天线31相连接，用于通过第二无线通讯天线31接收第一信号和第二信号，并根据第一信号和第二信号确定局放信号源的位置.[0030]其中，处理器模块35可以由逻辑电路组成，也可以由处理器芯片组成，以下举例说明处理器模块35的两种结构组成方式:
[0031]结构一:处理器模块35包括相位比较器，该相位比较器具有数据输入端、时钟输入端和采样输出端，其中，数据输入端和时钟输入端均与第二无线通讯天线31相连接，数据输入端用于接收所述第一信号，时钟输入端用于接收所述第二信号，采样输出端在第二信号的使能下对第一信号进行采样，并输出采样信号0或1，其中，采样信号0表示第一信号的接收时刻在第二信号的接收时刻之后，局放信号源的位置靠近第二检测器，采样信号I表示第一信号的接收时刻在第二信号的接收时刻之前，局放信号源的位置靠近第一检测器。
[0032]主要由相位比较器组成的处理器模块35实现了获取第一信号和第二信号的接收时刻；比较第一接收时刻和第二接收时刻的先后顺序；在比较第一接收时刻在第二接收时刻之前的情况下，确定局放信号源的位置靠近第一检测器2a ;在比较第一接收时刻在第二接收时刻之后的情况下，确定局放信号源的位置靠近第二检测器2b。此种结构的处理器模块35通过时差分析法，在第一检测器2a和第二检测器2b距离局放信号源的距离不一样的情况下，接收器30会在一定时差范围内先后接收到第一信号和第二信号，距离局放信号源近的检测器会先传输信号至接收器，距离局放信号源远的检测器则后传输信号至接收器，以此实现对局放信号源的位置进行粗略定位。
[0033]结构二:处理器模块35包括具有执行以下功能的处理器芯片，调整步骤:调整第一检测器2a的布设位置和第二检测器2b的布设位置；处理步骤:在调整布设位置的过程中获取第一信号和第二信号的接收时刻，并判断第一信号和第二信号的接收时刻是否为同一时刻；第一获取步骤:在判断出第一信号和第二信号的接收时刻为同一时刻的情况下，获取第一布设位置和第二布设位置的垂直平分面，其中，第一布设位置为第一检测器2a的布设位置，第二布设位置为第二检测器2b的布设位置；返回步骤:返回调整步骤，直至获取到至少三个垂直平分面；第二获取步骤:获取至少三个垂直平分面的交点，得到局放信号源的位置。
[0034]此种结构的处理器模块35通过调整第一检测器2a的布设位置和第二检测器2b的布设位置，来对局放信号源进行定位，其中，当接收到的第一信号和第二信号的时差为零时，说明两信号同时到达，表明局放信号源处在两个检测器的垂直平分面上，换一个方位进行同样的测量，可得另一个垂直平分面。依此方法多次调整后，可得若干个平分面，三个垂直平分面即可交于一点，所以，至少三次测量即可确定三维空间里内局放信号源的位置，该方式，实现了对局放信号源的位置进行精确定位。
[0035]优选地，本实用新型实施例的定位装置还包括示波器40，该示波器40具有第一测试通道和第二测试通道，接收器30还包括第一输出接口 33a和第二输出接口 33b，其中，处理器模块35通过第一输出接口 33a和一根高频同轴线50连接至第一测试通道，以传输第一信号至示波器，通过第二输出接口 33b和一根高频同轴线50连接至第二测试通道，以传输第二信号至不波器。
[0036]通过将第一信号和第二信号传输至示波器40上进行显示，实现了能够使示波器上直观地显示出第一信号和第二信号的时序先后，达到了直观地向用户提供局放信号源所靠近的检测器，进而直观地向用户提供所确定得局放信号源的位置。
[0037]进一步地，接收器30还包括第一指示灯32a和第二指示灯32b，第一指示灯32a和第二指示灯32b均设置在第二壳体34外表面，并均与处理器模块35相连接，其中，处理器模块35还用于按照局放信号源的位置驱动第一指示灯32a或第二指示灯32b点亮，当第一信号超前于第二信号，即第一信号的接收时刻在第二信号的接收时刻之前时，确定局放信号源的位置靠近第一检测器2a，此种情况，驱动第一指示灯32a点亮，当第一信号滞后于第二信号，即第一信号的接收时刻在第二信号的接收时刻之后时，确定局放信号源的位置靠近第二检测器2b，此种情况，驱动第二指示灯32b点亮。
[0038]通过按照第一信号和第二信号的时序先后，S卩，按照局放信号源的位置，驱动第一指示灯32a或第二指示灯32b点亮，同样达到了直观地向用户提供所确定得局放信号源的位置。
[0039]更进一步地，第一检测器2a和第二检测器2b均为有源超高频传感器，由于GIS的电晕干扰主要集中在300MHz频段以下，而有源超高频传感器的频率范围为300-3000MHZ，因此利用有源超高频传感器对局部放电信号进行检测，能够有效地避开GIS的电晕等干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力。
[0040]本实用新型实施例还提供了一种气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位系统，该定位系统主要包括气体绝缘全封闭组合电器GIS和本实用新型实施例上述内容所提供的任一种气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置。
[0041]从以上的描述中，可以看出，本实用新型实施例所提供的气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置和系统中，有源超高频传感器通过WIFI无线组网方式进行信号传输，实现无线组网的建立和数据通信，并把采集数据结果传输到接收器器。接收器接收来自各个传感器的数据结果，分析局放信号源的位置。此种定位装置结构紧凑，有源超高频传感器为固定安装方式，且安装结构不对GIS原有设计有影响，可以在现场对GIS的局部放电水平进行有效监测。
[0042]显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0043]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位装置，其特征在于，包括: 第一检测器(2a)和第二检测器(2b)，均用于检测所述局放信号源的局部放电信号；以及 接收器(30 )，与所述第一检测器(2a)和所述第二检测器(2b )均无线连接，用于通过无线通讯方式接收第一信号和第二信号，并根据所述第一信号和所述第二信号确定所述局放信号源的位置，其中，所述第一信号为所述第一检测器(2a)检测到的所述局部放电信号，所述第二信号为所述第二检测器(2b)检测到的所述局部放电信号。
2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述第一检测器(2a)和所述第二检测器(2b)均为有源传感器，所述有源传感器设置于所述气体绝缘全封闭组合电器内。
3.根据权利要求2所述的定位装置，其特征在于，所述有源传感器包括: 第一壳体(24)； 耦合天线(21)，设置在所述第一壳体(24)内； 信号采集模块(22)，设置在所述第一壳体(24)内，并与所述耦合天线(21)相连接，用于通过所述耦合天线(21)采集所述局部放电信号； 第一无线通讯模块(23 )，设置在所述第一壳体(24 )内，并与所述信号采集模块(22 )相连接，用于通过第一无线通讯天线(25)向所述接收器(30)传输所述局部放电信号；以及所述第一无线通讯天线(25)，设置在所述第一壳体(24)外表面，并与所述第一无线通讯模块(23)相连接。
4.根据权利要求3所述`的定位装置，其特征在于，所述信号采集模块(22)通过所述耦合天线(21)采集到的所述局部放电信号为模拟信号，所述有源传感器还包括: 调理模块(27 )，设置在所述第一壳体(24 )内，与所述耦合天线(21)和所述信号采集模块(22)均相连接，用于对所述模拟信号进行模数处理，得到表示所述局部放电信号的数字信号。
5.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述接收器(30)包括: 第二壳体(34)； 第二无线通讯天线(31 )，设置在所述第二壳体(34)外表面；以及处理器模块(35 )，设置在所述第二壳体(34)内，并与所述第二无线通讯天线(31)相连接，用于通过所述第二无线通讯天线(31)接收所述第一信号和所述第二信号，并根据所述第一信号和所述第二信号确定所述局放信号源的位置。
6.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述定位装置还包括: 示波器(40)，具有第一测试通道和第二测试通道， 所述接收器(30)还包括第一输出接口(33a)和第二输出接口(33b)， 其中，所述处理器模块(35)通过所述第一输出接口(33a)连接至所述第一测试通道，以传输所述第一信号至所述示波器(40)，通过所述第二输出接口(33b)连接至所述第二测试通道，以传输所述第二信号至所述示波器(40)。
7.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述接收器(30)还包括: 第一指示灯(32a)和第二指示灯(32b )，均设置在所述第二壳体(34)外表面，并均与所述处理器模块(35)相连接， 其中，所述处理器模块(35)还用于按照所述局放信号源的位置驱动所述第一指示灯(32a)或所述第二指示灯(32b)点亮。
8.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述处理器模块(35)包括相位比较器，所述相位比较器包括: 数据输入端，与所述第二无线通讯天线(31)相连接，用于接收所述第一信号； 时钟输入端，与所述第二无线通讯天线(31)相连接，用于接收所述第二信号；以及采样输出端，用于在所述第二信号的使能下对所述第一信号进行采样，并输出采样信号O或1，其中，所述采样信号O表示所述第一信号的接收时刻在所述第二信号的接收时刻之后，所述局放信号源的位置靠近所述第二检测器(2b)，所述采样信号I表示所述第一信号的接收时刻在所述第二信号的接收时刻之前，所述局放信号源的位置靠近所述第一检测器(2a)。
9.一种气体绝缘全封闭组合电器中局放信号源的定位系统，其特征在于，包括: 气体绝缘全封闭组合电器；以及 定位装置，其中，所述定位`装置为权利要求1至8中任一项所述的定位装置。
【文档编号】G01R31/12GK203405535SQ201320377019
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】齐伟强, 黄成军, 段大鹏, 郭灿新 申请人:国家电网公司, 北京市电力公司, 上海交通大学