气体绝缘组合电器局部放电超声波检测系统的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种新型气体绝缘组合电器局部放电超声波检测系统，综合运用光纤传输技术、超声波检测技术以及数字信号处理技术。系统应用光纤传输技术实现气体绝缘组合电器局部放电信号的高速可靠采集，在准确提取局放信号的基础上，使用图形化编程语言LabVIEW开发了上位机软件系统，采用UDP通信协议实现上下位机的通信。系统可以实时采集和存储GIS局部放电超声波信号，并可对局部放电信号的时域、频域分布等信息进行分析，对故障位置进行定位。
【背景技术】
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[0002]气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switch-gear, GIS)由于结构紧凑,环境适应能力强，可靠性高等优点，在电力系统中的应用日益广泛。随着电网规模的发展，GIS的运行电压不断提高，由于GIS内部空间有限，GIS的工作场强很高，绝缘裕度相对较小。但是GIS在生产、装配、运输以及开关动作等过程中会在GIS内部产生诸如毛刺、绝缘子气泡、自由金属颗粒等绝缘缺陷，这些缺陷会严重影响GIS内部的电场分布，导致电场畸变，危及设备的运行安全。
[0003]GIS变电站供给的负荷大都是市区重要负荷，一旦GIS设备出现故障，就会造成大面积、长时间停电。由此可见，对GIS进行局部放电检测，在绝缘故障早期及时的发现，预防事故发生，对保证供电可靠性具有重要意义。
[0004]目前，GIS局部放电的检测方法主要有电量检测法中的常规脉冲电流法和超高频检测法、非电量检测法中的超声波检测法等。脉冲电流法是研究最早、应用最广泛的一种局部放电检测方法，也是IEC60270和GB/T7354标准所推荐的检测方法。该技术可以获得视在放电量，但是抗干扰性较差，频带窄，包含的信息量少。超高频法利用装设在GIS内部或外部的天线传感器接收局部放电辐射出的电磁波信号进行局部放电的检测和分析，检测灵敏度高，但是无法实现视在放电量的标定。超声波检测法利用安装在GIS设备外壳上的超声波传感器接收局部放电产生的超声波信号，由于超声波的波长较短，方向性较强，能量较为集中，所以超声波检测法可以实现对放电缺陷的精确定位，同时抗电磁干扰能力较强，这些优点使超声波检测法成为GIS局部放电检测的主要方法。其他检测方法诸如化学检测法，红外检测法等方法，都因为自身的局限性而没有得到广泛的应用。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的是提出一种气体绝缘组合电器局部放电超声波检测系统及方法，在GIS腔体表面进行测量，隔离地线干扰与空间电磁干扰，响应速度快，可以获得高强度的局放信号。
[0006]一种气体绝缘组合电器局部放电超声波检测系统，包含超声波探头，远端高速采集模块，本地模块和采集分析软件。其特征在于:
[0007]由超声波探头采集超声波信号，经远端高速采集模块进行高速采集，同时进行电光转换远端模块与本地模块采用光纤传输技术进行数据传输，利用光脉冲触发保证每个远端模块同步采集；本地模块将数据进行光电转换后，由电信号转换为数字信号，通过UDP协议传输到便携式计算机，最后由检测软件对数据进行滤波、显示、存储和分析。
[0008]所述超声波探头采用压电陶瓷传感器，中心频率30kHz，60dB频带范围20?I 1kHz，灵敏度峰值大于80dB。
[0009]所述远端高速采集模块由低功耗主控模块(CPLD)，高精度ADC模块，同步脉冲解调模块，数据发送模块，光同步输入口等外设组成。其功能是从超声波传感器获取电流和电压的模拟信号，立即就地进行模数转换和电光转换，转换后的光数字信号通过光纤传输到本地模块。
[0010]所述光纤传输指本套系统远端模块与本地模块二者之间的数据传输采用光纤传输。采用光脉冲触发保证每个远端高速采集模块同步采集，保证电压电流信号的同步性，同时将远端模块采集的弱电信号就地转换成光信号传输到本地模块。
[0011 ] 所述本地模块由高性能嵌入式处理器PowerPC、FPGA及其他外设组成。本地模块由两部分组成:一部分为信号回路，将通过光纤传输来的光数字信号转换为电数字信号，通过规定的标准规约数字输出。另一部分为激光供电回路，激光二极管发出光能，通过光纤传输到远端高速采集模块，经过砷化镓光电能量转换器件(PPC)供电给远端转换器。
[0012]所述采集分析软件使用虚拟仪器LabVIEW软件构建。软件系统由局放信号采集和数据分析两部分组成，局放信号检测包括超声波数据的采集，通信，有效提取局部放电超声波信号特征量，波形完整存储和放电信号存储；数据分析包括对局部放电信号的时域，频域分布等特征进行分析，绘制放电次数-相位，放电次数-放电量，以及相位分布(PRPD)等分析图谱。
【附图说明】
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[0013]图1是本发明的结构原理框图。
[0014]图2是本发明的远端高速采集模块工作原理图。
[0015]图3是本发明中本地模块功能接口图。
[0016]图4是本发明中软件程序流程图。
【具体实施方式】
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[0017]本发明涉及一种气体绝缘组合电器局部放电超声波检测系统及方法，下面结合具体实施例和附图对本发明作详细说明，但并不因此而限制本发明的内容。
[0018]一种气体绝缘组合电器局部放电超声波检测系统，包括超声波传感器，远端高速采集模块，本地模块和系统软件。
[0019]所述超声波传感器采用压电式传感器，实施时将超声波传感器紧贴在GIS腔体表面，为了使超声波传感器更好的采集超声波信号，在传感器表面涂抹上一定量的耦合剂，防止信号衰减。
[0020]所述远端高速采集模块放置在待检测GIS附近，远端高速采集模块将从超声波传感器获取的电流和电压的模拟信号，立即就地进行模数转换和电光转换，随后通过光纤传输给本地模块。
[0021]所述本地模块与远端高速采集模块之间采用光纤传输，本地模块可以放置在距离现场较远的主控室，利用光纤良好的绝缘性能使检测设备和高压设备之间实现良好的隔离，保证了测量人员的安全，避免过电压和实现安全防护。本地模块将通过光纤传输来的光数字信号转换为电数字信号，通过规定的标准规约数字输出，同时经过砷化镓光电能量转换器件(PPC)供电给远端转换器。
[0022]所述系统软件由虚拟仪器语言开发，系统实施时，通过该系统软件，可以实时观测局部放电信号的时域波形，并且进行频域分析和相应的谱图绘制，为判断故障类型提供依据和基础。
【主权项】
1.一种气体绝缘组合电器局部放电超声波检测系统，其特征在于包括超声波传感器、远端高速采集模块、光纤传输、本地模块和系统软件。2.所述远端高速采集模块由低功耗主控模块(CPLD)，高精度ADC模块，同步脉冲解调模块，数据发送模块，光同步输入口等外设组成，远端高速采集模块放置在待测设备附近。3.所述光纤传输指本套系统远端模块与本地模块二者之间的数据传输采用光纤传输，采用光脉冲触发保证每个远端高速采集模块同步采集，保证电压电流信号的同步性，同时将远端模块采集的弱电信号就地转换成光信号传输到本地模块。4.所述本地模块由高性能嵌入式处理器PowerPC、FPGA及其他外设组成，本地模块由两部分组成:一部分为信号回路，将通过光纤传输来的光数字信号转换为电数字信号，通过规定的标准规约数字输出，另一部分为激光供电回路，激光二极管发出光能，通过光纤传输到远端高速采集模块，经过砷化镓光电能量转换器件(PPC)供电给远端转换器。
【专利摘要】本发明涉及气体绝缘组合电器局部放电超声波检测系统，综合运用光纤传输技术、超声波检测技术以及数字信号处理技术。系统由超声波传感器、远端高速采集模块、本地模块和系统软件组成。系统由超声波探头采集超声波信号，经远端高速采集模块进行高速采集，同时进行电光转换；远端模块与本地模块采用光纤传输技术进行数据传输，利用光脉冲触发保证每个远端模块同步采集；本地模块将数据进行光电转换后，由电信号转换为数字信号，通过UDP协议传输到便携式计算机，最后由检测软件对数据进行滤波、显示、存储和分析。系统可以准确判断GIS设备是否出现局部放电并对故障位置进行定位。
【IPC分类】G01R31/12
【公开号】CN105334432
【申请号】CN201410384228
【发明人】刘云鹏, 李岩松, 刘星, 仇仔来, 黄世龙
【申请人】华北电力大学（保定）
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2014年8月7日