一种磁启动局部放电无线检测方法与装置与流程

本发明涉及局部放电检测领域，特别涉及一种磁触发启动的局部放电分布式多模无线连续检测方法与装置。

背景技术：

电力是国民经济的基础产业和重要的公用事业。一个国家的电气化程度是衡量其社会现代化水平的重要标准。我国电力工业一直保持稳定发展。目前，我国电网规模已经超过美国跃居世界第一位，发电装机容量位列世界第二。

随着社会经济的发展和人民生活的日益改善，对电力的依赖程度和对电力系统稳定性的要求越来越高，电力安全事故造成的经济财产损失和社会影响也越来越大。据保守估计，即使不考虑无效维修的巨额投资，全国每年由于停电检修或者事故原因损失的电量高达300亿kWh，若销售电价按0.4元/kWh计算，直接经济损失达到120亿元。如果按照我国权威部门指出的直接损失、间接损失和社会损失为1：4：6的比例计算，间接损失和社会损失分别高达480亿元和720亿元。

电力设备绝缘状况的好坏直接影响着电力系统的安全运行。据报导，对110kV及以上大型电力变压器93次事故原因分析的结果表明，80%左右的事故是由绝缘损坏造成的。据IEEE统计，高压电力设备90％的电气故障是由绝缘劣化引起的。根据IEC、IEEE、GB等标准，局部放电测量是电力设备绝缘质量评估的重要方法，通过局部放电能正确鉴别如污染、热裂化、制造缺陷等造成的绝缘缺陷。

目前，我国电力设备局部放电检测以人工定期巡检为主。然而，随着电力设备数量的迅猛增加，检测需要大量人力物力，对所有设备进行定期巡检显然并不现实。而且，定期巡检虽然可以发现设备的潜在缺陷及故障，但它存在以下不足：首先，它无法提供设备局部放电在一段时间内的状态变化，因而，不利于准确判断设备的潜在问题；其次，问题的发现往往远滞后于问题的出现，这使得设备不能及早得到检修和维护。由此可见，电力设备局部放电的连续自动检测是大势所趋。

局部放电以其产生的各种现象为依据，有多种测试方法，如脉冲电流法、超声波法、电磁波法、红外热测法、光测法、介质损耗法、气象色谱法等。各种方法都会受到不同的干扰，比如，脉冲电流法易受到外电路的电磁干扰，超声波法会受到周边机械噪声的干扰等，会大大影响检测的准确度。因此，亟需寻求一种抗干扰更强、灵敏度更高的检测方法。

此外，不管采用哪种方法，若要实现连续自动检测，需要不断采集与局部放电相关的状态数据。而每次放电过程持续时间很短，在气隙中为10ns量级，而在油隙中为1us左右。因此，信号包含丰富的频率成分，带宽达到MHz，甚至在某些媒质中接近GHz。根据奈奎斯特采样定理，若要无失真恢复信号，采样率需大于信号带宽的2倍。所以如果要尽可能获取局部放电过程更多的信息，采样率必须足够大。比如：信号带宽若为1MHz，采样率需要大于2MS/s，假设进行10-bit量化，则由此而产生的采样数据量至少为20Mbps。现有的局部放电连续检测装置都是通过电缆将前端检测装置与后台处理器进行有线连接，以便传输所采集的海量数据给后台。然而，有线连接导致前端检测装置的空间分布严重受限，使用极不灵活。如果采用无线传输方式，整个检测系统的灵活性将大大提高，但现有的无线传输速率难以满足海量数据的传输要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种磁触发启动的局部放电分布式多模无线连续检测方法及装置。

一种磁启动局部放电无线检测装置，包括后台处理器和多个前端采集装置，前端采集装置能够采集监控点的超声信号、电信号和红外信号并通过无线网络向后台处理器传送数据；所述前端采集装置包括磁感应模块、声感应模块、电感应模块、红外感应模块、时钟、开关、存储单元、数据传输控制模块、无线发射模块；前端采集装置分布在电力设备的多个监控点，并贴近电力设备，且各个监控点之间保持设定距离，以确保在发生局部放电时，所产生的磁场不会对无关监控点的前端采集装置造成干扰，产生误判；能够采集监控点的超声信号、电信号和红外信号；所述后台处理器根据所收集的多种局部放电数据，对电力设备绝缘劣化的程度、位置做出判断；所述数据传输控制模块控制有效数据存储单元中数据发送至后台的发送时间和发送顺序；无线发射模块将数据通过无线传输，发送给后台处理器。

进一步地，所述磁感应模块由磁敏元件构成，用来感应磁场，具有较高灵敏度；根据所感应磁场的强度，决定是否发出启动信号，当磁场强度超过预设的门限值时，判定发生局部放电，并发出启动信号。

进一步地，所述存储单元分为临时存储单元和有效数据存储单元，临时存储单元能临时保存所采集的数据，当达到临时存储单元的存储容量时，按存储时间先后，将新数据覆盖旧数据；有效数据存储单元存储容量比临时存储单元大，能存储多次局部放电的完整数据，并且数据将被传送至后台处理器。

进一步地，所述开关由磁感应模块发出的启动信号控制，当检测到启动信号时，开关闭合，使得临时存储单元的数据进入有效数据存储单元；当未检测到启动信号时，开关保持打开状态，临时存储单元的数据不能进入有效数据存储单元。

进一步地，所述声感应模块、电感应模块和红外感应模块，分别采集超声信号、电信号和红外信号，所采集的数据及对应时钟信息被存储至相应的临时存储单元。

利用上述磁启动局部放电无线检测装置的检测方法，具体过程包括：装置开始工作后，磁感应模块、声感应模块、电感应模块、红外感应模块同时开始感应；磁感应模块根据所感应磁场的强度，决定是否发出启动信号；当磁场强度大于等于预设门限值BT 时，发出启动信号；当小于门限值BT 时，不发出启动信号；声感应模块、电感应模块、红外感应模块分别采集超声信号、电信号和红外信号，所采集的数据与对应的时钟信息被分别保存至相应的临时存储单元；开关模块的打开或闭合由启动信号控制，当检测到启动信号时，开关闭合，临时存储单元的数据分别通过各自的开关模块，进入到相应的有效数据存储单元，等待被发送至后台处理器；若未检测到启动信号，开关保持打开状态，临时存储单元的数据不能传送至有效数据存储单元，并在设定时间后，被新数据覆盖；有效数据存储单元的数据在数据传输控制模块的控制下，根据预先设定的参数，在设定时间，以设定顺序通过无线发射模块发送至后台处理器；后台处理器接收数据，对由超声信号、电信号和红外信号所组成的局部放电多模信号进行处理，并综合评判，输出局部放电的检测结果；当开关的闭合时间超过预设的闭合持续时间后，开关将重新打开，检测流程回到开始状态；所设定的开关闭合持续时间需要大于局部放电最长可能的持续时间。

所述声感应模块、电感应模块、红外感应模块用来分别采集超声信号、电信号和红外信号。当磁感应模块未发出启动信号时，开关处于打开状态，各个模块所采集的数据及对应时钟信息仅被临时存储，不会被传送至后台处理器。当磁感应模块发出启动信号时，开关闭合，所采集的数据及对应时钟信息被存储后，在数据传输控制模块的控制下，即刻或定期由无线发射模块发送至后台处理器。后台处理器接收到由超声信号、电信号和红外信号所组成的局部放电多模信号，进行综合处理评判，输出检测结果，供技术人员采取相应措施。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明利用磁敏元件感应磁场，作为判断是否发生局部放电的依据。磁敏元件灵敏度极高，可测量微特数量级的磁通密度值，而现有线圈感应方式的测量范围为0.1毫特到10特。可见，磁敏元件更为灵敏。此外，磁场随距离的衰减较电场更快，如果距干扰源的距离一定，磁场所受的干扰较电场更小。综上，利用磁敏元件感应磁场，由此判断是否发生局部放电的方法更为灵敏、可靠。

2、本发明利用磁触发启动采样数据的传输，在没有发生局部放电时，不传输数据。因此，可以大大减小无线传输的负荷，保证关键数据能够可靠地传输至后台处理器。

3、本发明由于传输负荷小，因此功耗低，有利于对电力设备进行连续检测，从而及时发现随机出现的局部放电现象。

4、本发明将由超声信号、电信号和红外信号所组成的局部放电多模信号传送至后台处理器进行综合处理，由于不同方法所受的干扰源不同，将几种方法综合可以进行互补，提高检测的准确度。

5、本发明的前端采集装置只负责数据采集和传输，不进行处理，因此装置体积较小、功耗较低，可以灵活分布在电力设备的各个监控点。

附图说明

图1为本发明所述的一种磁启动局部放电无线检测装置的工作原理图；

图2为本发明所述的磁启动局部放电无线检测系统的前端采集装置与电力设备的位置关系示意图；

图3为本发明所述的磁启动局部放电无线检测系统的前端采集装置结构示意图；

图4为本发明所述的一种磁启动局部放电无线检测方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。

如图1，一种磁启动局部放电无线检测装置，包括后台处理器和若干前端采集装置。前端采集装置可以通过无线网络向后台处理器传送数据。

如图2，前端采集装置可灵活分布在电力设备的多个监控点，为了减少干扰，保证检测的准确性，前端采集装置应尽可能贴近电力设备的表面，且各个监控点保持一定距离，以确保在发生局部放电时，所产生的磁场不会对无关监控点的前端采集装置造成干扰，产生误判。

如图3，前端采集装置包括四种感应模块：磁感应模块、声感应模块、电感应模块、红外感应模块，一个时钟，三个临时存储单元、三个开关，三个有效数据存储单元、一个数据传输控制模块和一个无线发射模块。磁感应模块主要由磁敏元件构成，用来感应磁场。磁感应模块的输出用来控制开关的打开或闭合。时钟提供当前时间信息。声感应模块、电感应模块和红外感应模块分别采集超声信号、电信号和红外信号，并且每个模块连接一个临时存储单元，所采集的数据和对应时钟信息（即数据采集的时间）被存入临时存储单元。临时存储单元的存储容量可以按需要设定，以保存一段时间内的数据。当达到临时存储单元的存储容量时，按存储时间先后，将新数据覆盖旧数据，即较早的数据先被覆盖，较新的数据后被覆盖。每个临时存储单元与一个开关模块相连。当开关打开时，临时存储单元的数据不能进入有效数据存储单元；当开关闭合时，临时存储单元的数据进入有效数据存储单元。有效数据存储单元的容量较临时存储单元更大，能够保存多次局部放电的完整数据。有效数据存储单元与数据传输控制模块相连，数据传输控制模块控制数据的发送时间、发送顺序等。数据传输控制模块与无线发射模块相连，数据通过无线发射模块发送至后台处理器。

磁感应模块主要由磁敏元件构成。根据电磁场理论，变化的电场可以产生磁场，表述这一规律的麦克斯韦方程如下：

其中，H 为磁场强度，D 为电位移,为穿过闭路径L 所包围的曲面的自由电流。由此可见，磁场强度与电场的导数成正比。当发生局部放电时，会产生脉冲电流，引起较强的磁场。我们利用磁敏元件感应磁场，当磁场强度超过预设的门限值时，判定发生局部放电，并发出启动信号，允许声感应模块、电感应模块、红外感应模块所采集的数据被发送至后台。

如图4，一种磁启动局部放电无线检测方法，包含以下处理流程：系统开始工作后，磁感应模块、声感应模块、电感应模块、红外感应模块同时开始感应。磁感应模块根据所感应磁场的强度，决定是否发出启动信号。当磁场强度大于等于预设门限值BT 时，发出启动信号；当小于门限值BT 时，不发出启动信号。声感应模块、电感应模块、红外感应模块分别采集超声信号、电信号和红外信号，所采集的数据与对应的时钟信息被分别保存至相应的临时存储单元。开关模块的打开或闭合由启动信号控制，当检测到启动信号时，开关闭合，临时存储单元的数据分别通过各自的开关模块，进入到相应的有效数据存储单元，等待被发送至后台处理器；若未检测到启动信号，开关保持打开状态，临时存储单元的数据不能传送至有效数据存储单元，并在一定时间后，被新数据覆盖。有效数据存储单元的数据在数据传输控制模块的控制下，根据预先设定的参数，在规定时间，以一定顺序通过无线发射模块发送至后台处理器。后台处理器接收数据，对由超声信号、电信号和红外信号所组成的局部放电多模信号进行处理，并综合评判，输出局部放电的检测结果。当开关的闭合时间超过预设的闭合持续时间后，开关将重新打开，系统回到开始状态。所设定的开关闭合持续时间需要大于局部放电最长可能的持续时间。

该方法利用局部放电时的脉冲电流会引起电场变化，而变化的电场产生磁场的原理，通过磁敏元件感应磁场，由此判定是否出现局部放电。在未出现局部放电时，所采集的数据仅被临时存储，不会被传送至后台处理器；当出现局部放电时，所采集的数据被存储后，根据需要被即刻或定期发送至后台进行综合处理。本发明采集超声信号、电信号、红外信号组成的局部放电多模信号，进行分析处理，由于不同方法所受的干扰源不同，将几种方法组合，可以进行互补，提高检测精度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。