局部放电实时在线监测警报系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种局部放电实时在线监测警报系统，属于电力系统技术领域，局部放电实时在线监测警报系统是层级式网络结构，包括现场设备层、变电站层和远程集控中心，现场设备层的信号处理模块中设有紫外光传感器单元和超高频传感器单元结合的监测单元，用于检测电力设备内部局部放电情况，变电站层连接现场设备层用来接收现场设备层的信息并显示监测结果及传递信息，远程集控中心连接变电站层用来远程接收现场数据信息。本实用新型解决了电力设备放电检测装置成本高，不能远距离实时检测的问题，具有实时检测数据准确、抗干扰能力强、远程发送信息的优点，实时监测电力设施的故障隐患，在事故潜伏期即向工作人员预警。
【专利说明】
局部放电实时在线监测警报系统
技术领域
[0001]本实用新型属于电力系统技术领域，涉及电力设备的放电故障监测方向，具体涉及一种局部放电实时在线监测警报系统。
【背景技术】
[0002]随着输变电电压等级的提高，电力设备的电压越来越高，对电力设备的绝缘性能要求越来越高。在这些设备中，由于电极和绝缘表面存在的缺陷，导线外绝缘损伤或老化等原因可能造成电力设备局部放电，如果此类故障得不到及时处理，有可能会导致绝缘的最终击穿与失效，甚至造成电力设备的损坏。根据1989--1992年间全国电力系统开关柜事故统计，绝缘和载流引起的故障占总数的40.2%，其中由于绝缘部分的闪络造成的事故占绝缘事故总数的79%。为预防这类事故的发生，在不影响正常输变电情况下，电力设备局部放电的在线检测就显得十分必要。
[0003]鉴于高压故障大多起源于设备的局部放电闪络，因此电力行业检测局部放电的方法很多。目前比较流行的有紫外成像法、红外热像法、超声波法和超高频法等。这些检测方法在不同的方面都有各自优点，在实践中也都得到了一定程度的应用，但同时也都存在着各自的问题:(I)采用紫外成像法对局部放电进行测量:配网设备表面局部放电过程中，放电部位将大量辐射紫外线，这样便可采用高灵敏度的紫外线辐射接受器一一紫外成像仪，来间接评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘结构的缺陷，加以预防和维护。但目前市面上的紫外光成像仪价格昂贵，而且是作为检测仪器离线操作，因此难以在面广量大的配网系统进行推广应用。(2)红外热像法:基于局部放电引起的局部温度升高，通过红外热像仪来实现的。红外热像仪通过红外热成像技术，把红外辐射图像转换为可视图像。但红外热像仪测温受物体表面发射率影响，而且红外热像仪不能实现在线实时监测，对于局部放电还没有产生明显局部过热时，该方法不理想，例如对于电晕放电，看到红外图像时，电气设备放电已经很严重。
[0004](3)超高频法:通过检测设备内部局放产生的超高频(300?3000MHz)电信号，来实现局部放电的检测和定位，其传感器实际上是接收超高频信号的天线。超高频检测法的优点是能够探测设备内部绝缘的局部放电，以及信号在传递过程中不易遮挡。但缺点是超高频信号容易受到其他高频干扰，如附近局部放电、无线广电通信、遥测遥控信号等，误报率高另外高压柜体箱壁也会对电磁波的传播带来不利影响，增加了局放超高频电磁波检测的难度。
【发明内容】
[0005]根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种局部放电实时在线监测警报系统，结合紫外传感器单元和超高频传感器单元，使用紫外辐射监测局部放电情况和超高频技术监测内部放电情况，解决了电力设备放电检测装置成本高，不能远距离实时检测的问题，具有实时检测数据准确、抗干扰能力强、远程发送信息的优点，实时监测电力设施的故障隐患，在事故潜伏期即向工作人员预警，及时维护设备和改善运行环境的目的，以免造成更严重的后果如烧毁设备等，减少经济损失，保障安全供电。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:一种局部放电实时在线监测警报系统，所述局部放电实时在线监测警报系统是层级式网络结构，包括现场设备层、变电站层和远程集控中心，现场设备层的信号处理模块中设有紫外传感器单元和超高频传感器单元结合的监测单元，用于检测电力设备内部局部放电情况，利用紫外辐射监测局部放电情况和超高频技术监测内部放电情况，变电站层连接现场设备层用来接收现场设备层的信息并显示监测结果及传递信息，远程集控中心连接变电站层用来远程接收现场数据信息。
[0007]上述系统中，所述信号处理模块还包括微处理器、报警单元和通信模块，紫外传感器单元连接在微处理器上用来接收局部放电辐射中的紫外光脉冲并发送接收到的信号到微处理器，超高频传感器单元连接微处理器用来接收局部放电辐射中的超高频信号并发送接收到的信号到微处理器，微处理器根据紫外传感器单元和超高频传感器单元发送的信号判断局部放电的发生，报警单元连接微处理器用来根据微处理器的指令发出预警和报警信号，通信模块的输入端连接微处理器的输出端，通信模块的输出端连接变电站层。所述信号处理模块还包括液晶显示单元，液晶显示单元连接在微处理器的输出端用来显示微处理器的计算结果。所述紫外传感器单元包括紫外传感器、前置反向比例放大电路、滤波电路和AD采样电路，紫外传感器包括日盲区紫外光敏管和紫外驱动电路，日盲区紫外光敏管检测局部放电产生的紫外光辐射，紫外驱动电路连接日盲区紫外光敏管的输出端用来将紫外光信号转换为电流脉冲信号，前置反向比例放大电路、滤波电路和AD采样电路依次电连接，前置反向比例放大电路的输入端连接紫外驱动电路接收电流脉冲信号，AD采样电路的输出端连接信号处理模块中设置的微处理器。所述滤波电路中设有二阶巴特沃斯高通滤波用来滤除低频干扰。所述超高频传感器单元包括天线、高集成度放大器、混频电路、检滤波电路和A/D采集卡，天线接收局部放电的超高频信号并输送出去，高集成度放大器连接天线并用来放大天线的发送信号，高集成度放大器、混频电路、检滤波电路和A/D采集卡依次电连接用来处理天线接收的超高频信号，A/D采集卡的输出端连接信号处理模块中设置的微处理器。所述变电站层中包括多个显示器和信号中转点，显示器的输入端连接现场设备层的输出端用来显示现场设备层的实时信息，信号中转点的输入端连接现场设备层的输出端，信号中转点的输出端连接远程集控中心。所述现场设备层和变电站层内设有RS485通信接口，现场设备层和变电站层之间、变电站层和远程集控中心之间通过RS485通信接口和TCP/IP协议传递信号。所述远程集控中心包括服务器、客户端、打印机和网络，服务器通过网络接收变电站层的信号，客户端连接服务器用来显示现场设备层的信息，打印机连接在客户端上。所述远程集控中心还包括预警单元，预警单元连接服务器用来判断现场设备层的信号并发出预警或报警提醒，提醒方式包括短信提醒、声光提醒和语音提醒。
[0008]本实用新型有益效果是:随着我国经济的迅猛增长，各行业的用电需求也与日剧增。电力配网送电的稳定和安全，直接影响到各用电客户的经济发展，可谓牵一发而动全身。电力设备的绝缘性能由于电极和绝缘表面存在的缺陷，会发生不同程度的放电。根据电场强度的不同，会相继产生电晕、闪络或电弧，从而引发跳闸、烧毁开关柜、变压器、甚至火烧连营的事故出现。针对这些故障隐患，关键在于早发现早预防，阻止其继续恶化的趋势，避免由于隐患继续恶化造成重大事故。本系统在强电磁干扰环境下依靠不被电磁干扰影响的紫外传感器单元提取局部放电信号，同时采用超高频传感器单元提取电力设备内部放电情况，可以实时监测电力设施的故障隐患，在事故潜伏期即向工作人员预警，及时维护设备和改善运行环境的目的，以免造成更严重的后果如烧毁设备等，减少经济损失，保障安全供电，这个系统在测量局部放电可靠性、准确度和快速响应能力上都有者不可比拟的优势。
【附图说明】
[0009]下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明:
[0010]图1是本实用新型的【具体实施方式】的局部放电实时在线监测警报系统的架构图。[0011 ]图2是本实用新型的【具体实施方式】的信号处理模块的工作框图。
【具体实施方式】
[0012]下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的【具体实施方式】如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0013]局部放电实时在线监测警报系统集测量、监视、控制、通信、分析、数据统计、显示、存储等多种功能为一体，局部放电实时在线监测警报系统的架构图如图1所示，局部放电实时在线监测警报系统是层级式网络结构，包括现场设备层、变电站层和远程集控中心，现场设备层安装监测情况的信号处理模块，变电站层安装显控终端，远程集控中心安装后台软件。现场设备层中包括多台变电站，每个变电站中安装了信号处理模块和RS485通信接口，信号处理模块实时检测电力设备的紫外辐射和超高频辐射信息并判断电力设备是否发生局部放电。信号处理模块中的监测局部放电故障的功能模块选用了监测单元，监测单元中设有一体化的紫外传感器单元和超高频传感器单元，紫外传感器单元使用紫外辐射监测局部放电情况，超高频传感器单元利用超高频技术监测电力设备的内部放电情况，紫外传感器单元和超高频传感器单元检测到的紫外光信号和超高频信号经过处理后发送到微处理器，微处理器判断电力设备的放电情况。信号处理模块的判断结果及检测数据通过RS485通信接口发送出去，变电站层包括多台显示器和信号中转点，每个信号处理模块连接一个显示器和对应的信号中转点，信号处理模块的判断结果显示在显示器上，信号处理模块的输出端连接显示器，显示器连接信号中转点并发送数据到远程集控中心。现场设备层通过信号处理模块检测分析电力设备的局部放电情况并将检测的结果发送到变电站层，现场设备层和变电站层中均设有RS485通信接口，通过RS485通信接口传递信号，变电站层显示现场设备层的检测结果并转发到远程集控中心，远程集控中心可以显示现场设备层的检测结果并发出预警提醒工作人员及时查看变电站的情况。
[0014]在局放电离的过程中，空气中的电子不断获得和释放能量，当电子释放能量时，伴随有发光辐射现象，其辐射光谱包括可见光、红外线、紫外线。其中紫外辐射在大气中传播时衰减较小，而且日盲区的紫外线不易受到环境因素的干扰，较为稳定，所以选择紫外辐射作为局部放电实时在线监测的特征量，是一种极其有效的手段。同时采用超高频探测设备内部绝缘的局部放电情况，表面和内部放电都无死角的进行监控。因此局部放电紫外测量及超高频预警告警分析系统具有抗干扰能力强、误报率低、灵敏度高等优点。另外，采用紫外传感器单元作为系统头端，既成本大大低于昂贵的紫外成像仪，又可以实现实时在线监测，在电力配网系统中具有极大的推广应用价值。
[0015]如图2信号处理模块的工作框图所示，信号处理模块包括紫外传感器单元、超高频传感器单元、微处理器、报警单元、通信模块和液晶显示单元，紫外传感器单元和超高频传感器单元连接在微处理器的输入端，不需要安装在电力设备的内部，微处理器的输出端连接报警单元、通信模块和液晶显示单元，通信模块中设置了RS484通信接口，通过RS484通信接口连接变电站层并传递信息到变电站层。紫外传感器单元使用紫外辐射监测局部放电情况，超高频传感器单元利用超高频技术监测电力设备的内部放电情况，紫外传感器单元和超高频传感器单元检测到的紫外光信号和超高频信号经过处理后发送到微处理器，微处理器判断检测的电力设备是否发生局部放电，如果有局部放电情况则通过报警单元发出警报提醒工作人员及时查看，微处理器的信号处理结果及检测数据会显示在液晶显示单元，同时通过通信模块发送到变电站层。
[0016]紫外传感器单元接收局部放电辐射出的紫外光脉冲，将其转换为电脉冲，然后进行放大、滤波及AD采样后，将信号送至微处理器，通过程序设计，把超过一定电平值的信号记录为一次脉冲，在规定的时间内，若总脉冲数超过了微处理器中预设的阀值，则判定为有局部放电的产生，报警单元报警，并将记录的数据显示在液晶显示单元上。同样，超高频传感器单元的天线接收局部放电辐射的超高频信号，经过放大、混频、检波、滤波以及AD采样后，交由微处理器判定控制，最后将结果送到报警单元及变电站层的显示器，也可由通信模块将信号最终送到远程集控中心。由于开关柜内设备复杂，空间狭小，所以监测装置要便于安装，其大小和形状都要进行合理的设计使用封闭的金属壳，起到很好的屏蔽作用，有益于抗干扰。
[0017]紫外传感器单元包括紫外传感器前置反向比例放大电路、滤波电路和AD采样电路，紫外传感器中包括日盲区紫外光敏管和紫外驱动电路，日盲区紫外光敏管检测局部放电产生的紫外光辐射，紫外驱动电路连接日盲区紫外光敏管的输出端，前置反向比例放大电路、滤波电路和AD采样电路依次电连接，前置反向比例放大电路的输入端连接紫外驱动电路，AD采样电路的输出端连接微处理器的输入端。
[0018]信号处理模块中的紫外传感器单元，局部放电产生的紫外线大部分波长在280?400mm的区域内，也有小部分波长在160?280mm，太阳光中也含有紫外线，但是波长小于280mm的部分几乎全部被臭氧吸收，称为太阳盲区。为了去除可见光源的干扰，所以采用高灵敏度的日盲区紫外光敏管检测局部放电产生的紫外光辐射。本实用新型中还设置了具有灭弧功能的紫外驱动电路，当紫外线射入光阴极的表面产生光电效应，转换为负向的电流脉冲信号，流经前置反向比例放大电路，得到正向电压信号，再进行滤波电路处理，使之通过二阶巴特沃斯高通滤波器，滤除低频干扰。为了能满足AD采样电路的输入要求，还需进行正向放大调整，然后进行模数转换，所以滤波电路和AD采样电路之间还设有正向放大电路和模数转换电路，滤波电路的输出信号流经正向放大电路和模数转换电路进行正向放大调整和模数转换处理，最后将信号送微处理器作进一步的处理。
[0019]超高频传感器单元包括天线、高集成度放大器、混频电路、检滤波电路和A/D采集卡，天线接收局部放电的超高频信号并输送出去，高集成度放大器连接天线并用来放大天线的发送信号，高集成度放大器、混频电路、检滤波电路和A/D采集卡依次电连接用来处理天线接收的超高频信号，A/D采集卡的输出端连接信号处理模块中设置的微处理器。超高频天线用于接收局部放电产生的超高频信号，它性能的好坏至关重要，考虑到适用于开关柜的体积及成本因素，本实用新型中选择鞭状天线来进行设计。从天线接收到的信号输入电路后为超高频电压信号，经过传播途中的绕射及反射，信号强度十分微弱，无法直接处理，所以在提取有用信息前先通过一个放大器，以保证放电信号到达微处理器时信号的功率幅值符合其输入范围。本部分采用高集成度放大器，它的工作频率范围为400?4000MHz，能够提供低噪声和高增益。超高频信号在处理过程中极易受到干扰，而且频率很高，一般的A/D采集卡的采集频率很难达到要求，但是局部放电测量通常只关心信号的峰值及其出现的相位，将超高频信号无失真地采集下来也意义不大，且数据量极大，数据处理难度高，所以设置混频电路降低局部放电超高频信号的频率。电力设备的超高频信号经过高集成度放大器、混频电路、检滤波电路和A/D采集卡的依次处理输入到微处理器中。
[0020]变电站层的主要功能是集中显示信息并操控装置传递信号，具体包括多个显示器和信号中转点，显示器的输入端连接现场设备层的输出端用来显示现场设备层的实时信息，信号中转点的输入端连接现场设备层的输出端，信号中转点的输出端连接远程集控中心。现场设备层和变电站层上设有RS485通信接口，现场设备层和变电站层之间，变电站层和远程集控中心之间通过RS485通信接口和TCP/IP协议传递信号。现场设备层的RS485通信接口设置在信号处理模块中的通信模块内，变电站层的RS485通信接口设置在信号中转点上，微处理器和显示器之间可以通过TCP/IP协议传递信号，微处理器和信号中转点之间可以通过RS485通信接口传递信号，显示器显示现场设备的检测数据及放电情况，信号中转点通过RS485通信接口传递接收的信号到远程集控中心。
[0021]远程集控中心包括服务器、客户端、打印机和网络，服务器通过网络接收变电站层的信号，客户端连接服务器用来显示现场设备层的信息，打印机连接在客户端上。服务器通过网络接收现场设备层的检测数据及放电判断结果，客户端通过连接服务器也可以接收现场设备层的信息，员工也可以使用打印机打印数据出来，实现了远程查看现场设备情况的功能。远程集控中心还包括预警单元，预警单元连接服务器用来判断现场设备层的信号发出预警或报警提醒，提醒方式包括短信提醒、声光提醒和语音提醒。
[0022]用超高频天线检测局部放电具有很好的效果，超高频的特点是能够探测内部绝缘的局部放电，以及信号在传递过程中不易遮挡，然而超高频信号极容易受到其他高频干扰，如附近局部放电、无线通信、广电信号、遥测遥控信号等，虚警率高，为局部放电的判定带来一定的难度。本实用新型中通过检测紫外光的强度进行量化来评估放电的情况，是检测高压设备放电的一种新方法，利用紫外光探测器将光信号转换为电信号，通过对电信号的分析处理来反映局部放电的情况。把两种检测方法综合起来，存在三个方面优势，一是灵敏度高，由于高压电力设备局部放电产生的紫外光谱主要集中在200?400nm以下波段。空气中太阳辐射的波长范围很宽，但波长220?280nm之间的成分几乎被地球的臭氧层完全吸收，波长在300nm以下的“太阳光谱盲区”的紫外辐射已经变得极其微弱。二是抗干扰能力强，由于电力设备内部通常是封闭的黑匣环境，正常工作时，设备内部具有很强的电磁干扰，没有紫外信号的存在，因此利用该波段的紫外辐射信号作为检测对象几乎不受外界环境光的影响。三是由于放电产生的紫外光信号和高频信号在检测时不需要与运行设备直接接触，而是在与设备相隔一定距离下进行，紫外检测可以做到不停电、不影响系统运行状态。
[0023]上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【主权项】
1.一种局部放电实时在线监测警报系统，其特征在于，所述局部放电实时在线监测警报系统是层级式网络结构，包括现场设备层、变电站层和远程集控中心，现场设备层的信号处理模块中设有紫外光传感器单元和超高频传感器单元结合的监测单元，用于检测电力设备内部局部放电情况，变电站层连接现场设备层用来接收现场设备层的信息并显示监测结果及传递信息，远程集控中心连接变电站层用来远程接收现场数据信息;所述信号处理模块还包括微处理器、报警单元和通信模块，紫外传感器单元连接在微处理器上用来接收局部放电辐射中的紫外光脉冲并发送接收到的信号到微处理器，超高频传感器单元连接微处理器用来接收局部放电辐射中的超高频信号并发送接收到的信号到微处理器，微处理器根据紫外传感器单元和超高频传感器单元发送的信号判断局部放电的发生，报警单元连接微处理器用来根据微处理器的指令发出预警和报警信号，通信模块的输入端连接微处理器的输出端，通信模块的输出端连接变电站层。2.根据权利要求1所述的局部放电实时在线监测警报系统，其特征在于，所述信号处理模块还包括液晶显示单元，液晶显示单元连接在微处理器的输出端用来显示微处理器的计算结果。3.根据权利要求1所述的局部放电实时在线监测警报系统，其特征在于，所述紫外传感器单元包括紫外传感器、前置反向比例放大电路、滤波电路和AD采样电路，紫外传感器包括日盲区紫外光敏管和紫外驱动电路，日盲区紫外光敏管检测局部放电产生的紫外光辐射，紫外驱动电路连接日盲区紫外光敏管的输出端用来将紫外光信号转换为电流脉冲信号，前置反向比例放大电路、滤波电路和AD采样电路依次电连接，前置反向比例放大电路的输入端连接紫外驱动电路接收电流脉冲信号，AD采样电路的输出端连接信号处理模块中设置的微处理器。4.根据权利要求3所述的局部放电实时在线监测警报系统，其特征在于，所述滤波电路中设有二阶巴特沃斯高通滤波用来滤除低频干扰。5.根据权利要求1所述的局部放电实时在线监测警报系统，其特征在于，所述超高频传感器单元包括天线、高集成度放大器、混频电路、检滤波电路和A/D采集卡，天线接收局部放电的超高频信号并输送出去，高集成度放大器连接天线并用来放大天线的发送信号，高集成度放大器、混频电路、检滤波电路和A/D采集卡依次电连接用来处理天线接收的超高频信号，A/D采集卡的输出端连接信号处理模块中设置的微处理器。6.根据权利要求1所述的局部放电实时在线监测警报系统，其特征在于，所述变电站层中包括多个显示器和信号中转点，显示器的输入端连接现场设备层的输出端用来显示现场设备层的实时信息，信号中转点的输入端连接现场设备层的输出端用来接收现场设备层的检测信息及局部放电信息，信号中转点的输出端连接远程集控中心。7.根据权利要求1所述的局部放电实时在线监测警报系统，其特征在于，所述现场设备层和变电站层内设有RS485通信接口，现场设备层和变电站层之间、变电站层和远程集控中心之间通过RS485通信接口或TCP/IP协议传递信号。8.根据权利要求1所述的局部放电实时在线监测警报系统，其特征在于，所述远程集控中心包括服务器、客户端、打印机和网络，服务器通过网络接收变电站层的信号，客户端连接服务器用来显示现场设备层的信息，打印机连接在客户端上。9.根据权利要求1所述的局部放电实时在线监测警报系统，其特征在于，所述远程集控中心还包括预警单元，预警单元连接服务器用来判断现场设备层的信号并发出预警或报警提醒，提醒方式包括短信提醒、声光提醒和语音提醒。
【文档编号】G01R31/12GK205450180SQ201521005449
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月1日
【发明人】黄云闻, 余利生, 易咏波
【申请人】安徽罗伯特科技股份有限公司