专利名称：气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置，本发明利 用局部放电检测传感器对变电所电力设备中发挥重要作用的气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear =GIS)的局部放电进行诊断。更具体地说，本发明气体绝缘开关设 备的诊断用局部放电计数装置可以有效地防止气体绝缘开关设备的诊断用局部放电(PD Partial Discharge)计数装置受到外部噪音的影响而出现错误动作的情形。
背景技术：
GIS系统采取的是把SF6气体封入金属盒里的结构，然后把断路器、隔离开关及接 地开关之类的开闭器与3相(A相、B相及C相)的母线(Bus bar)固定安装在金属盒内部。该GIS系统外观美丽、绝缘性能卓越、使用寿命较长、还通过结构优化过程而有效 地减小了变电所的尺寸，除了上述结构优点外，由于该系统内置于金属盒，因此可以大幅减 轻打雷之类的外部环境变化所造成的影响。但，GIS系统很难事先认知出故障，也很难以肉眼观察其故障现象，一旦发生故障 时就会成为大规模故障。因此，目前正在开发可以事先发现故障后采取适当措施的预防性诊断系统，由于 预测并测定局部放电的方法被认为是最有效的方法，因此在全世界范围内得到了应用并且 不断取得发展。现有在线局部放电诊断系统可以随时判定局部放电并且把局部放电情形通知给 运行人员，在实际使用时比较方便，因此被选择性地应用在一些需要准确诊断的重要变电 所，然而由于其费用占变电所总设备费用的百分之数十，高昂的价格使其无法获得全面性 的应用。鉴于上述现有在线局部放电诊断系统的高昂价格，其它的现有技术采取了便携式 GIS局部放电诊断装置。然而，便携式GIS局部放电诊断装置虽然在精度与GIS局部放电的检测方面没有 问题，但只能在测量时段内监视局部放电，对于发生在测量时段以外的时间的GIS局部放 电却束手无策。
发明内容
发明需要解决的技术课题鉴于在线局部放电诊断系统的价格高昂，便携式GIS局部放电诊断装置无法长时 间进行监视的问题，本发明的目的是提供一种利用GIS局部放电特性而得以适用于经济廉 价型GIS诊断装置的局部放电计数装置。而且，本发明局部放电计数装置可以有效地防止外部噪音所造成的错误动作，因 此可以提供一种不受外部噪音干扰的局部放电计数装置。解决课题的技术方案
为了实现上述目的，本发明局部放电计数装置可以测量GIS内部的局部放电次数 而诊断出GIS(Gas Insulated Switchgear)的绝缘状态，包括局部放电检测传感器(1)， 可以在上述GIS内部出现异常缺陷而发生局部放电时检测出局部放电；第一防浪涌电路 (20)，在上述局部放电检测传感器(1)的输出端把浪涌信号分离出来以保护上述计数装 置；频道1变频模组(30)，从上述局部放电检测传感器(1)所检测出来的射频输出信号中 过滤出低频信号后形成低频信号；噪音检测传感器(32)，可以在上述GIS外部发生噪音时 检测出噪音；第二防浪涌电路(33)，在上述噪音检测传感器(32)的输出端把浪涌信号分离 出来以保护上述计数装置；频道2变频模组(31)，从上述噪音检测传感器(32)所检测出来 的射频输出信号中过滤出低频信号后形成低频信号；ADC电路(22)，把上述频道1变频模组 (30)与频道2变频模组(31)的模拟信号转换成数字信号后生成局部放电数据与噪音数据； 同步化装置(27)，降低相电压(4)后转换成球形波信号，使作为上述ADC电路(22)的输出 信号的上述局部放电数据及噪音数据和相电压(4)的频率形成同步后加以输出；数字信号 处理单元(23)，针对所输出的上述经过同步化的局部放电数据与噪音数据进行比较后判断 局部放电的实际发生与否，只有在实际发生局部放电并且超过设定值时才予以计数；以及 计数器(28、29)，把上述数字信号处理单元(23)所计数的值显示出来供使用者查看。首先，为了进一步阐释本发明局部放电计数装置的结构及动作，下面以诊断观点 说明GIS局部放电的特性。第一、即使检测到GIS局部放电，也不会在数分钟或数小时内急剧发展而引起事 故。有时候，在发生了局部放电的情形下也能不发生事故地运行几年。这是因为绝缘破坏 之类的缺陷进展会缓慢地进行的缘故。第二、然而，检测到GIS局部放电后局部放电继续进行的话还是会造成事故。因 此，检测出局部放电的大小与次数是利用局部放电诊断GIS时的关键点。第三、由于不知道GIS什么时候会发生局部放电，因此需要随时进行监视。第四、GIS局部放电和相电压频率维持同步。亦即，GIS内的异常缺陷所引起的局 部放电会在相电压频率的相位中按照各相位的不同而发生一定的图案(Pattern)。该图案 特性有助于和外部噪音的相位图案进行区别。下面说明本发明局部放电计数装置的特征。第一、本发明局部放电计数装置可以利用内置于GIS内部的内置型局部放电检测 传感器对局部放电次数进行计数，也可以把外置型局部放电检测传感器安装在GIS外部后 对局部放电次数进行计数。第二、本发明局部放电计数装置只针对和相电压频率维持同步的信号进行检测并 加以计数(counting)。由于只针对和相电压频率维持同步的信号进行计数，因此可以有效 地和外部随机侵入的噪音加以区别。为了执行该功能，需要在外部供应相电压。因此，把本 发明局部放电计数装置安装到现场时，所需要的外部连接仅为两条相电压供应线及一条连 接传感器与计数装置的连接器，安装作业非常简单。第三、本发明具备了可以调整GIS局部放电信号检测灵敏度的计数等级 (counting level)设定功能。实际上，在GIS内部发生局部放电时，开始的时候只是间歇性 地发生，随着时间经过而逐渐进行后开始持续性地发生。此时如果继续维持原先的初始设 定值，虽然在开始阶段间歇性地计数，然而随着局部放电的进展而变成持续性的计数。为了防止该持续性计数现象，本发明提供了设定值调节功能，管理员提高计数等级就能有效地 管理相应的传感器。第四、本发明具备了两个计数器。一个是针对计数局部放电的发生次数进行计数 后加以累计的累计型计数器，另一个是在一定时间内进行计数的复位型计数器。这样就能 判断GIS局部放电是否正在进行中，还能判断GIS局部放电程度是否正在增加，有效地实现 了在线装置的优点。第五、针对和相电压频率同步发生的信号进行计数时，每计数一次就会在1秒内 发生50-60次左右(根据相电压频率而不同)，每分钟发生3000-3600次。本发明的目的是 让运行人员能够对发生问题的位置持续进行管理，因此使用基准密度电平设定功能来设定 基准密度。例如设定为100次时，就会在局部放电次数达到100次时增加一个计数。第六、本发明局部放电计数装置可以有效地防止由外部噪音所造成的错误动作， 因此可以准确地进行局部放电计数。
图1是本发明局部放电计数装置的整体结构图；图2是本发明一实施方案的局部放电计数装置的具体结构图；图3是本发明另一实施方案的局部放电计数装置的原理示意图；图4是本发明另一实施方案的局部放电计数装置的具体结构图；图5是安装了图1与图2的局部放电计数装置时的侧视图；图6是安装了图1与图2的局部放电计数装置时的主视图；图7是安装了图3与图4的局部放电计数装置时的侧视图；图8是安装了图3与图4的局部放电计数装置时的主视图。
具体实施例方式下面结合附图对具有上述技术特征的局部放电计数装置的结构与动作做进一步 说明。如图1所示，在现场检测局部放电的局部放电检测传感器(1)可以监视GIS内部 并且把检测到的由异常缺陷所造成的局部放电值传输到局部放电计数装置(2)。局部放电 计数装置(2)则使局部放电检测值与取自现场的相电压(4)进行同步化后，把该值与设定 (键)(5)所设定的设定值进行比较，如果符合条件则进行计数并显示在计数器上。该计数 器的显示值可以通过复位(键)(3)进行初始化。下面结合图2详细说明本发明局部放电计数装置的具体结构与动作。由于GIS内部的异常缺陷而发生局部放电时，局部放电将以电磁波信号的方式发 散，此时的放电频率均具有频率分量。局部放电可以在其中的UHF频带进行有效检测，因此 需要把局部放电检测传感器(1)设计为在UHF频带进行检测。传感器的种类分为内置型局 部放电检测传感器与外置型局部放电检测传感器。内置型局部放电检测传感器将在制作 GIS时直接安装在GIS管内。外置型局部放电检测传感器则适用于没有配置内置型局部放 电检测传感器的GIS设备并且通过垫片安装。GIS管的材质为金属材料，GIS内部放电所生 成的电磁波信号不会泄漏到外部，但是作为GIS管的连接部位的垫片(spacer)使用环氧材
5质制作，是唯一可能泄漏电磁波信号的结构件。而且，打雷或漏电所造成的浪涌信号是一种具有8-20 μ s的波头与波尾的短 (short)脉冲信号。该浪涌信号不是GIS内部的局部放电所生成的信号，因此需要和局部放 电信号分离并防止其进入局部放电计数装置(2)的电路中。为了执行该功能，在局部放电 计数装置(2)的第一段配置防浪涌电路(20)。另外，局部放电检测传感器(1)所输出的信号是UHF频带的射频信号，一般使用的 ADC电路(模数转换电路)(22)很难进行处理。虽然有些模数转换电路可以进行高速处理， 但由于需要定制生产而价格比较昂贵，而且需要在周边配置控制电路而提高了结构的复杂 程度。低频转换器(21)则把上述信号转换成数十kHz频带的低频信号，因此可以通过市面 上低廉并随处可得的通用ADC(22)进行处理。亦即，为了把浪涌信号之类的低频信号加以过滤，局部放电检测传感器所输出的 信号需要经过带通滤波器电路(21-a)。经过了上述带通滤波器电路(21-a)的信号经过峰 值检测电路(21-b)后成为仅显示原信号的峰值值的曲线。该变化曲线将是数十kHz为单 位的低频信号。上述低频信号将在峰值维持电路(21-c)维持峰值值。该峰值维持信号在ADC电路(22)转换成数字信号。在ADC电路(22)转换完毕 后，数字信号处理单元(23)向峰值复位电路(21-d)发送复位信号后，由峰值复位电路 (21-d)把维持了峰值的信号加以复位。该信号处理过程(带通滤波器(21-a)_峰值检测 (21-b)_峰值维持(21-c)-ADC(22)_峰值复位(21_d))将在同步信号的每一周期反复进行 128 次。同步化机制(27)可以使局部放电数据与同步脉冲维持同步。上述同步脉冲则利 用现场所提供的相电压(4)。此时，相电压(4)将使用安装在变电所现场上的电压分配器 (PT)的二次电压，一般为数十伏特 数百伏特左右。该电压直接输入电路时会使装置受损， 因此需要通过降压电路(26)将其转换成可以由电路进行处理的TTL电平信号。该TTL电 平信号是按照0-5Vpeak的球形波信号输出的同步脉冲，同步化机制(27)利用该信号与局 部放电数据进行同步化后把数据传输给数字信号处理单元(23)。数字信号处理单元(23)在相电压频率的每一周期里读入128次由ADC电路(22) 转换而来的局部放电数据后，为峰值复位电路(21-d)供应128次复位脉冲而把维持了峰值 的信号初始化成0[伏特]。设定器(5)将比较同步于相电压频率的局部放电数据与设定 值，超过设定值时进行计数并显示在计数器(28、29)上。设定值由设定器(5)的外部键输 入，设定值与计数值则储存在内部。本发明局部放电计数装置在进行局部放电数据的计数作业时可以使用2种设定 机制。一个是设定局部放电的基准电平后仅对超过该电平的信号进行计数的基准电平设定 机制，另一个是对于超过基准电平的局部放电数据设定每动作多少次后进行一次计数的基 准密度设定机制。计数器包括累计型计数器(28)与复位型计数器(29)，前者在第一次安装后开始 累计计数值而不会清除记录。后者可以通过外部复位键(3)把一定时间内累计的计数值予 以初始化。设定显示器(24)可以显示出局部放电的基准电平设定值与基准密度设定值。该 显示器采用LCD制作，可以由管理员以手动方式操作并进行设定。除了设定值以外，还能显示频率信息与实时数据值。在图1与图2中，1个局部放电计数装置利用一个输入信号频道对局部放电信号的 图案进行分析后执行计数动作。像这样使用一个输入信号频道时，如果类似于局部放电信 号图案的信号从外部进入设备内部，局部放电计数装置将误认为设备内部发生了局部放电 而进行计数动作。为了解决上述图1与图2的问题，本发明的另一实施方案如图3所示使用了 2个 输入信号频道，第一频道使用设备内部的局部放电检测传感器并按照图1与图2的方式检 测局部放电，第二频道则使用设备外部的噪音传检测感器检测噪音，然后在进行比较后判 断为实际发生的局部放电或者判断为噪音信号。下面结合图4简单说明图3所示本发明另一实施方案的具体实施方法。如图4所示，针对设备内部的局部放电检测传感器(1)的防浪涌电路(20)与频道 1变频模组(30)及针对设备外部的噪音检测传感器(32)的防浪涌电路(33)与频道2变频 模组(31)因为和图2相同，因此下面不说明该电路本身的结构及动作。数字信号处理单元(23)针对通过频道1变频模组(30)收到的局部放电数据与通 过频道2变频模组(31)收到的噪音数据进行比较，如果其图案相似则判定为实际混入了噪 音而不执行局部放电计数动作，如果不相似则判定为没有混入噪音而执行局部放电计数动 作。另外，为了在局部放电计数值超过设定值之类的异常情况下向使用者告警，可以 像图4的告警装置(34) —样通过LED或蜂鸣器发出告警提示。为了通过有线及无线方式向远端监视室传送计数值，可以另外添加有线及无线通 信模组(35)。下面结合图5与图6对图1与图2所示局部放电计数装置(2)的安装方法做进一 步说明。图5是安装了局部放电计数装置(2)的结构侧视图，图6是安装了局部放电计数 装置(2)的结构主视图。在图5与图6中，本发明连接在先前安装的局部放电检测传感器 (1)上。安装在GIS上的局部放电检测传感器(1)可以通过连接器(6)连接到局部放电计 数装置(2)。局部放电检测传感器(1)为了实现防水防湿结构而把传感器外廓置于机壳 (Housing) (9)内。为了查看局部放电计数装置值而使用透明亚克力(acryl) (10)制作其正 面，但需要具备防湿结构以防止内部潮湿。电压(4)通过防水管(8)进入局部放电计数装 置(2)，防水管(8)为了实现防水结构而通过防水护盖(7)连接到机壳(9)。可以清除局部 放电计数装置(2)计数值的复位键(3)与可以设定局部放电计数的设定键(5)则通过防水 方式连接在透明亚克力(10)上。下面结合图7与图8简单说明图3与图4所示局部放电计数装置(2)的安装方法。图7是安装了局部放电计数装置(2)的结构侧视图，图8是安装了局部放电计数 装置(2)的结构主视图。在图7与图8中，本发明连接在先前安装的局部放电检测传感器 (1)及噪音传检测感器(32)上。图7在图5中另外利用连接器(6-2)把噪音传检测感器 (32)连接到局部放电计数装置(2)，其余部分与图5相同。图8除了局部放电检测传感器 (1)与噪音传检测感器(32)的同轴电缆(13)分别通过防水管(8-2、8-3)输入局部放电计 数装置(2)以外，其余部分与图6相同。然而，图8为了强调本发明可以实现各种变形而把透明亚克力(10)的形状设计成矩形，设定键(5)的形状设计成横向排列。前文结合附图与较佳实施例对本发明做了详细说明，但其仅是对本发明所做说明 而不是限定本发明，在本发明的技术思想范畴内，可以根据本发明的详细说明而实现各种 变形及修改，这对于本领域技术人员来说是非常明显的，因此本发明真正的权利范围应根 据权利要求书的技术思想而决定。有益效果本发明的有益效果如下。第一、为了预防变电所电力设备GIS系统的故障而进行诊断时，如果使用基于本 发明局部放电检测传感器的局部放电检测方法，由于只需要针对和常用频率维持同步的局 部放电次数进行计数即可，因此可以有效地替代高价在线局部放电诊断系统所具有的随时 监视功能。第二、本发明的气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置由于结构简单而得 以降低价格，而且由于安装简单而能够轻易地适用于现场。第三、针对GIS局部放电进行计数时，由于具备了基准电平的设定机制，因此可以 得知GIS局部放电与否及局部放电的大小程度。第四、针对GIS局部放电进行计数时，可以凭借基准密度设定机制设置进行一次 计数时所需要发生的GIS局部放电次数，因此得以有效地防止过度计数所造成的信息损失。第五、具备了两个计数器，针对GIS的局部放电次数进行计数时，可以显示出累计 次数与一定时间内发生的次数。当GIS局部放电的发生次数增加时，该显示方式可以告知 管理员局部放电的进展情形。第六、使用2个信号输入频道而有效地避免了局部放电计数装置受到外部噪音而 出现错误动作的现象，可以更加准确地进行局部放电的计数作业。
权利要求
一种气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置，可以测量气体绝缘开关设备内部的局部放电次数而诊断出气体绝缘开关设备(GISGas Insulated Switchgear)的绝缘状态，包括局部放电检测传感器，可以在上述气体绝缘开关设备内部出现异常缺陷而发生局部放电时检测出局部放电；第一防浪涌电路，在上述局部放电检测传感器的输出端把浪涌信号分离出来以保护上述计数装置；频道1变频模组，从上述局部放电检测传感器所检测出来的射频输出信号中过滤出低频信号后形成低频信号；噪音检测传感器，可以在上述气体绝缘开关设备外部发生噪音时检测出噪音；第二防浪涌电路，在上述噪音检测传感器的输出端把浪涌信号分离出来以保护上述计数装置；频道2变频模组，从上述噪音检测传感器所检测出来的射频输出信号中过滤出低频信号后形成低频信号；模数转换电路，把上述频道1变频模组与频道2变频模组的模拟信号转换成数字信号后生成局部放电数据与噪音数据；同步化装置，降低相电压后转换成球形波信号，使作为上述模数转换电路的输出信号的上述局部放电数据及噪音数据和相电压的频率形成同步后加以输出；数字信号处理单元，针对所输出的上述经过同步化的局部放电数据与噪音数据进行比较后判断局部放电的实际发生与否，只有在实际发生局部放电并且超过设定值时才予以计数；以及计数器，把上述数字信号处理单元所计数的值显示出来供使用者查看。
2.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置，其中，上述频道1变频模组与频道2变频模组分别通过带通滤波器把输入信号中所检测到 的UHF频带的射频输出信号过滤出低频信号，通过峰值检测电路仅检测峰值值后形成数十 Khz的低频信号，通过峰值维持电路维持峰值值，通过峰值复位电路使上述峰值维持电路复 位。
3.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置，其中， 上述数字信号处理单元连接了可以发出告警的告警装置。
4.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置，其中， 上述数字信号处理单元连接了可以通过有线及无线方式向外部的监视室传输计数值的有线及无线通信模组。
5.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置，其中， 上述计数器包括了可以针对一定时间内的局部放电次数进行计数的复位型计数器。
6.根据权利要求5所述的气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置，其中， 上述复位型计数器可以通过复位键把上述局部放电次数加以初始化。
7.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置，其中， 上述设定值是一种可以根据上述局部放电信号的大小而判定是否为局部放电计数信号的基准电平设定值。
全文摘要
本发明公开了一种气体绝缘开关设备的诊断用局部放电计数装置，本发明利用局部放电检测传感器对变电所电力设备中发挥重要作用的气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear，GIS)的局部放电进行诊断。本发明的计数装置可以测量GIS内部的局部放电次数而诊断出GIS(Gas Insulated Switchgear)的绝缘状态，包括局部放电检测传感器(1)；第一防浪涌电路(20)；频道1变频模组(30)；噪音检测传感器(32)；第二防浪涌电路(33)；频道2变频模组(31)；ADC电路(22)；同步化装置(27)；数字信号处理单元(23)；以及计数器(28、29)。
文档编号G01R31/12GK101930024SQ20091017282
公开日2010年12月29日 申请日期2009年9月3日 优先权日2009年6月19日
发明者金在基 申请人:韩光Eds有限责任公司