离相封闭母线绝缘状态在线监测系统的制作方法

本实用新型涉及母线监测领域，尤指一种离相封闭母线绝缘状态在线监测系统。

背景技术：

发电机组的封闭母线是重要的电气设备，一般分为离相封闭母线和共箱封闭母线。其中离相封闭母线是指每相具有单独金属外壳且各相外壳间有空隙隔离的金属封闭母线。离相封闭母线主要用于发电机出线至主变压器和厂用变压器的母线段，保证其可靠的运行关系到发电机组及电网的运行安全。

地处北方、湿热和沿海等地区的离相封闭母线，由于运行和停机温度的变化及昼夜、季节温差变化，母线会产生“呼吸”作用，使得潮湿的空气夹带着灰尘和盐雾进入到母线外壳内，灰尘和盐雾极易吸附在绝缘子表面，长时间的沉积会影响绝缘子绝缘强度。当脏污的绝缘子表面受潮或发生结露时，会发生表面的放电和沿面闪络，严重时会导致母线对地短路，从而造成巨大的经济损失。

目前大型机组一般都采用了微正压装置对离相封闭母线进行保护，以确保其内部的空气清洁干燥。但是受母线运行过程中密封性逐渐下降、保护装置的气源配置不合理以及设备故障等方面的影响，仍会使封闭母线面临进潮、进尘的影响。另外，目前的微正压装置仅对装置向母线供气的入口气体进行空气质量监测，而在封闭母线内部缺乏有效的监视手段。在机组起机前及运行中难以及时判断母线内的受潮程度，并且无法实时监视母线绝缘子的表面放电情况。

目前，离相封闭母线的绝缘状态缺乏有效的监测手段，一般仅配置相关保护装置进行开环保护，如微正压装置、微风循环装置；现有保护装置中仅有的监测内容是对保护装置输入母线的入口气体湿度进行监测，而对母线远端的气体不进行监测。同时，对离相封闭母线关键绝缘子的表面绝缘水平也没有相应的监测装置。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种能够实时监测离相封闭母线绝缘状态、放电状态及相关环境情况的监测系统。

为达上述目的，本实用新型所提供的离相封闭母线绝缘状态在线监测系统，具体包含：监测主站、网络通讯装置、监测子站和传感器组；所述传感器组设置于母线外壳内部，用于监测母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况；所述监测子站与所述传感器组相连，用于收集所述母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况并输出；所述监测主站通过所述网络通讯装置与所述监测子站相连，用于显示分析所述母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况，并将所述母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况与预置阈值相比较，当所述母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况超过预置阈值时发出报警信号。

在上述离相封闭母线绝缘状态在线监测系统中，优选的，所述传感器组包含温湿度传感器和紫外光电传感器；所述温湿度传感器贴设于母线外壳内侧，用于监测母线外壳内的空气温湿度；所述紫外光电传感器沿母线外壳内部圆周均匀安置，用于监测绝缘子表面的放电情况；其中，所述紫外光电传感器的感光面朝向所监测的绝缘子表面。

在上述离相封闭母线绝缘状态在线监测系统中，优选的，所述述监测系统还包含：任一监测位置的三相母线处均设置三组传感器组，所述三组传感器组分别监测所述三相母线中每一相母线的母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况；所述三组传感器组连接同一所述监测子站。

在上述离相封闭母线绝缘状态在线监测系统中，优选的，所述监测子站包含相位同步单元、信号采集单元和信号处理单元；所述相位同步单元用于获取母线电压的相位同步信号并输出；所述信号采集单元与所述传感器组相连，用于采集母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况并输出；所述信号处理单元分别与所述相位同步单元和所述信号采集单元相连，用于将获得的母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况和相位同步信号过滤并提取有效数据序列后输出至网络通讯装置。

在上述离相封闭母线绝缘状态在线监测系统中，优选的，所述网络通讯装置包含网络交换机、光缆和至少两个信号转换器；所述信号转换器用于将监控子站输出的电信号转换为光信号并通过所述光缆输出，或通过光缆接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号输出；所述网络交换机用于将电信号汇总后转发至监控主站。

在上述离相封闭母线绝缘状态在线监测系统中，优选的，所述监测主站包含显示模块，所述显示模块用于实时显示母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况。

在上述离相封闭母线绝缘状态在线监测系统中，优选的，所述监测主站还包含放电模式分析模块，所述放电模式分析模块用于根据所述绝缘子表面的放电情况，分析获得各相母线的放电数据序列，并根据所述放电数据序列建立二维显示模型和三维显示模型。

在上述离相封闭母线绝缘状态在线监测系统中，优选的，所述监测主站还包含放电数据统计模块，所述放电数据统计模块用于根据所述绝缘子表面的放电情况统计所述母线的总放电次数、总放电幅值，以及预定相位范围内母线的放电次数、放电幅值、最大放电幅值的对应相位。

在上述离相封闭母线绝缘状态在线监测系统中，优选的，所述监测主站还包含趋势判断模块，所述趋势判断及报警模块用于根据所述母线外壳内的绝缘子表面的放电情况以及母线外壳内的空气温度和露点温度的变化情况，绘制趋势曲线。

在上述离相封闭母线绝缘状态在线监测系统中，优选的，所述监测主站还包含报警模块，所述报警模块用于监测所述绝缘子表面的放电情况以及母线外壳内的空气温度与露点温度间差值的变化情况；当母线外壳内的空气温度与露点温度间差值小于预设值时，发出露点报警，当预定时间周期内绝缘子表面的放电次数或放电幅值超过预设值时，发出放电报警。

本实用新型的有益技术效果在于：利用分布式监测方式通过对母线内关键位置的空气湿度及关键绝缘子表面放电情况的监测，进行对发电机封闭母线绝缘状态的实时监控；同时，对监测数据进行预处理，并利用统计分析和趋势判断的方法对母线绝缘水平进行评估和报警。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1为本实用新型所提供的离相封闭母线绝缘状态在线监测系统结构示意图；

图2为本实用新型所提供的传感器组各传感器设置示意图；

图3为本实用新型所提供的监测子站结构示意图。

附图标号

101：传感器组，1011：温湿度传感器，1012：紫外光电传感器，102：监测子站，1031：以太网转光纤模块，1032：光缆，1033：网络交换机，104：监测主站，201：母线导线，202：母线外壳，301：信号处理单元，302：信号采集单元，303：相位同步单元。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，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，但并不作为对本实用新型的限定。

发电厂内的离相封闭母线连接了发电机主出线和主变低压侧三相出线及厂用变压器高压侧三相出线；其中三相母线并排分布，每相母线外壳内布置由绝缘子支撑固定的母线导体，该离相封闭母线在运行中需要保证母线外壳内的气体干燥清洁、支撑导体的绝缘子表面绝缘强度良好；然而由于离相封闭母线跨越了室内、室外两种工作环境，且整体跨度长，其内部空气的温湿度水平、绝缘子的脏污水平在不同位置都不相同。而封闭母线在冷热交界的A列墙处、主变及厂变的升高座处的绝缘子最易受潮积水，进而发生闪络或短路；为避免上述问题，本实用新型在各相封闭母线关键位置处设置监测子站，对母线外壳内的空气湿度以及绝缘子表面的放电情况进行实时监测，并利用光纤将监测数据发送至监测主站，由监测主站进行数据的分析、统计和报警。

为更清楚的说明本实用新型，请参考图1所示，本实用新型所提供的离相封闭母线绝缘状态在线监测系统，具体包含：监测主站104、网络通讯装置、监测子站102和传感器组101；所述传感器组101设置于母线外壳内部，用于监测母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况；所述监测子站102与所述传感器组101相连，用于收集所述母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况并输出；所述监测主站104通过所述网络通讯装置与所述监测子站102相连，用于显示分析所述母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况，并将所述母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况与预置阈值相比较，当所述母线外壳内的空气温湿度以及绝 缘子表面的放电情况超过预置阈值时发出报警信号。

其中，该监测系统由下而上总共包含四个部分：传感器组101、监测子站102、网络通讯装置、监测主站104，各部分具体作用如下：

所述传感器组101包含温湿度传感器1011和紫外光电传感器1012；所述温湿度传感器1011贴设于母线外壳内侧，用于监测母线外壳内的空气温湿度；所述紫外光电传感器1012沿母线外壳内部圆周均匀安置，用于监测绝缘子表面的放电情况；其中，所述紫外光电传感器1012的感光面朝向所监测的绝缘子表面；其中任一监测位置的三相母线处均设置三组传感器组101，所述三组传感器组101分别监测所述三相母线中每一相母线的母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况；所述三组传感器组101连接同一所述监测子站102。具体请参考图2所示，所述母线外壳202用于保护所述母线导线201，其所述传感器组101中每个传感器组包括1个温湿度传感器1011和不少于3个紫外光电传感器1012；传感器组101安装在母线外壳202内部，其中紫外光电传感器1012在其所监视的绝缘子处沿母线外壳202圆周均匀分布，紫外光电传感器1012感光面朝向所监视的绝缘子表面，温湿度传感器1011贴装于母线外壳202内侧；传感器组101通过屏蔽信号线将母线内的监测信号送至监测子站102进行处理，同一监测位置的三相母线各自安装一组传感器101，三个传感器组共用一个监测子站102。

在上述实施例中，传感器组101包含两类传感器，分别起到监测母线内部空气湿度、绝缘子表面绝缘状态的作用；其中，温湿度传感器1011将母线外壳内的空气温度和湿度变送成电信号传输至监测子站102，监测子站102利用温度和湿度数据通过计算得到当前母线内气体的露点温度。而紫外光电传感器1012则用来捕捉绝缘子表面的放电光子，当母线绝缘子由于脏污及受潮影响后，绝缘子会产生局部表面放电。根据放电强度的不同，放电点会发出紫外光及可见光，当局部放电很弱时，仅发出紫外光，随着放电强度的增加同时发出紫外、可见光，紫外光电传感器1012接收到放电产生的光子后，产生电脉冲信号，脉冲信号的幅值与放电强度有关，绝缘子表面每产生一次放电，传感器就发出一定幅值的脉冲。传感器的脉冲信号传输至监测子站102进行记录和处理。

所述监测子站102包含相位同步单元、信号采集单元和信号处理单元；所述相位同步单元用于获取母线电压的相位同步信号并输出；所述信号采集单元与所述传感器 组相连，用于采集母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况并输出；所述信号处理单元分别与所述相位同步单元和所述信号采集单元相连，用于将获得的母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况和相位同步信号过滤并提取有效数据序列后输出至网络通讯装置。请参考图3所示，所述监测子站102在实际工作中包含：在发电机封闭母线的A列墙处、主变及厂变的升高座处等关键位置各设置一台监测子站102，每一个监测子站102负责对该监测位置三相母线内的传感器信号进行采集和处理；监测子站102包括三个单元模块：相位同步单元303、信号采集单元302、信号处理单元301；其中相位同步单元303用来获得母线电压的相位同步信号并提供给信号处理单元301，信号采集单元302用来采集温湿度传感器及紫外光电传感器发出的信号，信号处理单元301对监测信号进行数字处理并提取有效信息；各监测子站102将处理后的监测数据经网络通讯装置即图中的以太网转光纤模块1031发送至监测主站进行统计、分析和报警。

在上述实施例中，监测子站102负责对输入的传感器信号进行数字处理，并根据相位同步信号对放电脉冲信号进行有效信息的提取，其输入信号包括三类：封闭母线内的温湿度信号、绝缘子表面的放电信号和母线电压的同步相位信号；其监测子站主要作用包含：对温湿度信号的处理，获得温湿度传感器1011传输的温湿度数据后，监测子站利用计算公式得出当前空气的露点温度，并传送至监测主站104；以及对放电信号的处理，监测主站对紫外光电传感器1012的输入信号进行数字滤波处理，去除电源及电力设备引起的背景噪声，并对滤波后的输入信号进行监测；当输入脉冲超过一定限值时，监测子站102会记录当前放电脉冲的幅值，并根据电压同步相位信号，获得该脉冲相对母线电压的相位信息；从而产生一组放电脉冲的相位、幅值数据序列，监测子站102将该序列通过网络通讯装置实时传送至监测主站104。

所述网络通讯装置包含网络交换机1033、光缆1032和至少两个信号转换器1031；所述信号转换器1031用于将监控子站102输出的电信号转换为光信号并通过所述光缆1032输出，或通过光缆1032接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号输出；所述网络交换机1033用于将电信号汇总后转发至监控主站104；在实际工作中，该网络通讯装置主要由信号转换器即以太网转光纤模块1031和光缆1032，网络交换机1033等组成；以太网光纤转换装置1031将各监测子站102的发出的监测数据转换成光信号后经光纤传输至监测主站104。

在上述实施例中，各监测子站102将处理后的监测数据利用以太网转光纤模块1031，调制成光纤信号，并传送至远方，在远方的数据接收端，同样利用以太网转光纤模块1031将光纤1032中的信号进行解调，并由网络交换机1033将数据汇总至监测主站。

在本实用新型的一优选实施例中，所述监测主站104进一步包含显示模块、放电模式分析模块、放电数据统计模块、趋势判断模块和报警模块；其中所述显示模块用于实时显示母线外壳内的空气温湿度以及绝缘子表面的放电情况；所述放电模式分析模块用于根据所述绝缘子表面的放电情况，分析获得各相母线的放电数据序列，并根据所述放电数据序列建立二维显示模型和三维显示模型；所述放电数据统计模块用于根据所述绝缘子表面的放电情况统计所述母线的总放电次数、总放电幅值，以及预定相位范围内母线的放电次数、放电幅值、最大放电幅值的对应相位；所述趋势判断及报警模块用于根据所述母线外壳内的绝缘子表面的放电情况以及母线外壳内的空气温度和露点温度的变化情况，绘制趋势曲线；所述报警模块用于监测所述绝缘子表面的放电情况以及母线外壳内的空气温度与露点温度间差值的变化情况；当母线外壳内的空气温度与露点温度间差值小于预设值时，发出露点报警，当预定时间周期内绝缘子表面的放电次数或放电幅值超过预设值时，发出放电报警。

在实际工作中，本实用新型所提供的监测主站104还可包含历史数据查找及导出模块，以此构成露点实时显示、放电模式分析、放电数据统计、趋势判断及报警、历史数据查找及导出这五个功能于一体的综合功能管理中心，并通过将该监测主站安装在电厂A列墙内或厂房内合适位置，用来接收来自各监测子站的监测数据，对监测数据进行实时显示、统计分析和报警。

该监测主站104主要通过所述显示模块对监测子站所监测的各相母线内部的温度、湿度、露点，及放电脉冲的实时波形进行实时显示，供使用人员实时掌握母线内部环境情况；以及通过放电模式分析模块根据各监测子站传送的放电数据序列，对各监测位置的放电情况进行二维和三维显示，二维显示方式下，以单次放电的相位和幅值分布作为x轴和y轴坐标，以二维平面上的一个点代表一次有效放电；将同一监测位置在1秒内50个电周期内的所有放电情况以点阵的方式显示在二维平面上，通过对放电点在0～360°范围内的分布情况，可判断具体的放电模式；在三维显示方式下，x轴和y轴的定义与二维显示时相同，并对xy坐标平面进行网格划分，以每个网格 范围内容纳的放电点个数作为z轴坐标；通过三维显示可得到不同幅值、相位下放电的次数分布情况；然后通过放电数据统计模块统计各监测位置每秒内的：1)总放电次数，总放电幅值；2)0～180°相位范围内的放电次数、放电幅值、最大放电幅值及对应相位；3)180～360°相位范围内的放电次数、放电幅值、最大放电幅值及对应相位；在通过趋势判断及报警模块进行：1)趋势判断：随时跟踪各监测位置的空气温度与露点温度的变化情况，绘制变化趋势曲线以及两者差值的变化曲线；随时跟踪各监测位置总放电数及总放电幅值的变化情况，绘制两者的变化曲线，2)报警：当某监测位置的空气温度与露点温度差值小于设定值，发出露点报警；当某监测位置在一定时间间隔内的放电次数(或放电幅值)增长量超过一定百分比或达到某设定值，发出放电报警；最后通过历史数据查找及导出模块根据监测位置及时间范围，对各测点的传感器监测数据进行分类查找，对查找到的监测数据进行显示，并可将数据导出至通用文件格式进行后续分析。

本实用新型的有益技术效果在于：利用分布式监测方式通过对母线内关键位置的空气湿度及关键绝缘子表面放电情况的监测，进行对发电机封闭母线绝缘状态的实时监控；同时，对监测数据进行预处理，并利用统计分析和趋势判断的方法对母线绝缘水平进行评估和报警。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。