一种开关柜放电监测装置的制作方法

本实用新型涉及放电监测技术领域，特别涉及一种开关柜放电监测装置。

背景技术：

开关柜内部空间狭小、零件繁多、结构复杂，绝缘距离小，因此比其它电力设备更容易出现绝缘缺陷，如气泡间隙、杂质、尖刺等；在强电场作用下，设备绝缘内部的电场分布不均匀，在缺陷部位的电场强度增大，从而容易导致该部位发生未贯穿整个绝缘的放电，即局部放电。局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但是却会导致绝缘介质的局部损坏。若其长期存在，则会在一定条件下造成绝缘装置电气强度的破坏，最终造成设备绝缘击穿。因而对于开关柜而言，其内部电气设备发生局部放电现象是导致其绝缘老化或劣化甚至损坏从而引发设备损毁及电力系统事故的重要原因之一，同时局部放电也是设备绝缘完整性退化的标志。

因此对开关柜电气设备的局部放电进行在线监测是评估设备绝缘状况的重要手段，也是发现设备潜伏性故障，最终实现故障预警，避免故障发生的有效措施之一。

传统的局部放电检测方法，其检测信号的频率一般不超过 1MHz，而且现场局部放电测试特别是在线检测，常常会受到各种电磁干扰的影响；当干扰信号与局部放电信号具有相同或者相似的特征时，被测信号往往被干扰所淹没。

天线传感器在不加放大滤波电路的前提下也能够检测到信号，但在实际运用中，高压开关柜内部的局部放电信号通常比较微弱，加之前文对开关柜内部电磁传播特性的研究可得，开关柜内部的局部放电信号在开关柜中的传播过程会产生多次折反射，信号衰减严重。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种开关柜放电监测装置。

本实用新型一种开关柜放电监测装置，包括设置于所述开关柜内的天线传感器、前置信号处理电路、工控机；

所述前置信号处理电路包括滤波器、放大器；所述滤波器为二级滤波器；所述滤波器前接所述天线传感器，后接所述放大器；

所述工控机包括数据采集单元、数据处理器、数据存储器；所述数据采集单元前接所述放大器，后接所述数据处理器，所述数据处理器后接所述数据存储器。

进一步的，所述天线传感器设置于超高频天线上，所述超高频天线设置于开关柜内，所述超高频天线工作频段为500MHz-1500MHz；通带信噪比小于等于2.5；方向性不小于170度。

进一步的，所述数据采集单元还与所述工频电压采集电路通过高频同轴电缆连接。

进一步的，所述天线传感器与所述滤波器通过高频同轴电缆连接。

进一步的，所述数据采集单元为基于PCI总线的高速数据采集卡，所述数据采集卡可直接插入所述工控机的PCI插槽。

进一步的，所述数据采集卡的采样率大于1GS/s，具有数字触发和模拟触发2种方式。

进一步的，所述滤波器的频带为500MHz-1500MHz。

进一步的，所述数据存储器为所述工控机的硬盘。

本实用新型的有益效果为：通过设置滤波器、放大器，对天线传感器接收的信号进行预处理，解决了开关柜内部局部放电信号在开关柜内传播过程中多次折返射，信号衰减及电磁干扰严重的问题；可以选择手动采集和自动采集模式，在自动采集模式下，可对开关柜内的局部放电信号自动进行采集，实现在线监测；对采集、处理后的信号进行存储，便于后期故障评估、分析；本装置结构简单、可靠、合理，市场应用前景广阔。

附图说明

图1所示为本实用新型实施例一种开关柜放电监测装置结构示意图。

其中：1-开关柜、2-天线传感器、3-前置信号处理电路、4-工控机、5-工频电压采集电路、31-滤波器、32-放大器、41-数据采集单元、42-数据处理器、43-数据存储器。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本实用新型具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

本实用新型一种开关柜放电监测装置，包括设置于所述开关柜内的天线传感器2、前置信号处理电路3、工控机4；

所述前置信号处理电路3包括滤波器31、放大器32；所述滤波器31为二级滤波器；所述滤波器31前接所述天线传感器2，后接所述放大器32；

所述工控机4包括数据采集单元41、数据处理器42、数据存储器43；所述数据采集单元41前接所述放大器32，后接所述数据处理器42，所述数据处理器42后接所述数据存储器43。

所述天线传感器2设置于超高频天线上，所述超高频天线设置于开关柜1内，所述超高频天线工作频段为500MHz-1500MHz；通带信噪比小于等于2.5；方向性不小于170度。

所述数据采集单元41还与所述工频电压采集电路5通过高频同轴电缆连接。

所述天线传感器2与所述滤波器31通过高频同轴电缆连接。

所述数据采集单元41为基于PCI总线的高速数据采集卡，所述数据采集卡可直接插入所述工控机4的PCI插槽。

所述数据采集卡的采样率大于1GS/s，具有数字触发和模拟触发2种方式。

所述滤波器31的频带为500MHz-1500MHz。

所述数据存储器43为所述工控机的硬盘。

本实用新型实施例通过安装在开关柜1内的超高频天线对局部放电信号进行接收，通过高频同轴电缆传送至前置信号处理电路3，进行滤波去噪后进入放大器32，然后将处理过的放电模拟信号输入数据采集单元41，经过模数转换进入数据处理器42，数据处理器42对采集到的信号进行识别，并最终保存至数据存储器43。

天线传感器2在不加放大器32、滤波器31的前提下也能够检测到信号，但在实际运用中，开关柜1内部的局部放电信号通常比较微弱，加之开关柜1内部的局部放电信号在开关柜1中的传播过程会产生多次折反射，信号衰减严重；同时，开关柜1局部放电检测现场条件复杂，干扰源较多，干扰强度大，其柜体内部往往也存在着较多干扰信号。而且从天线传感器2出发，虽然其频带能对干扰信号进行抑制，但其在非频带上的损耗并不是趋近于无穷大，也就是说，当干扰信号的能量较大时，天线还是能耦合到电磁干扰信号。基于此，采用放大器32、滤波器31组成的前置信号处理电路3对天线传感器2接收的信号进行预处理，以增加信噪比以及提高局部放电的检测灵敏度，采用二级滤波器31，滤波效果较普通滤波器效果更好。

考虑到开关柜1中局部放电的超高频检测的频带在 300MHz～3GHz，但由于其放电能量主要集中在低频段，频率在 1GHz 以上时，局部放电信号能量已经非常小，所以滤波器31的频带选为 500MHz-1500MHz。

局部放电超高频信号经过超高频天线接收后，再经过前置信号处理电路3的滤波放大处理，进入到数据采集单元41，该部分对预处理后的信号进行模数转换，再将数字信号输送至下一单元，对于整个监测装置而言，该单元的性能直接关系整套系统监测的准确性。

根据奈奎斯特采样定律，数据采集单元41最小的采样率必须为被采集信号最大频率的两倍，才不至于出现频率混叠现象。因此本装置数据采集单元41的采样率至少要在 1GS/s 以上，才能对开关柜1超高频信号进行有效采集。

优选的，数据采集单元1采用高速数据采集卡，采用PCI 总线方式，选择该种总线方式的原因是因为基于 PCI 总线的数据采集卡在性能、灵活性和易用性等方面具有绝对优势，而且其板卡为插卡式，具有与工控机4插卡相同的尺寸，可直接将板卡插入工控机4的PCI 插槽即可使用，系统构架简单，方便，还可充分利用工控机4的资源来实现数据采集及处理、故障分析诊断和过程控制等智能测控。相对于基于其它总线的数据采集设备，其价格的优势能有效降低系统成本。

所述数据采集卡具有数字触发和模拟触发的两种方式，这样将开关柜1的工频电压信号经过方波变换接入该采集卡的外部模拟信号触发端口，使得该数据采集卡能够在工频周期内对输入的局部放电信号进行采集。

所述数据采集卡的采样方式为瞬时采样，该种采样方式使得测量的局部放电信号能具有放电相位信息，而且每个采样通道均具有独立的采样电路和模数转换电路，具有较高的准确性。

所述数据采集卡的模拟带宽为 1GHz，由于本系统运用的天线传感器2的频带在 1GHz以下，因此 1GHz 的模拟带宽能够满足精确测量的频带要求，避免了因为带宽过窄带来的信号幅值及相位信号的丢失等情况。

优选的，所述数据采集卡的模数转换器的位数为 8 位，由于模数转换器的位数直接决定了转换器的精度，本系统是对局部放电信号进行测量，局部放电信号的电压幅值大多都是 1V 以下，这样该采集卡对应最小分辨率为 1V/28，即约为 4mV,该精度能够满足精度要求。

本实用新型的有益效果为：通过设置滤波器、放大器，对天线传感器接收的信号进行预处理，解决了开关柜内部局部放电信号在开关柜内传播过程中多次折返射，信号衰减及电磁干扰严重的问题；可以选择手动采集和自动采集模式，在自动采集模式下，可对开关柜内的局部放电信号自动进行采集，实现在线监测；对采集、处理后的信号进行存储，便于后期故障评估、分析；本装置结构简单、可靠、合理，市场应用前景广阔。

本文虽然已经给出了本实用新型的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。