基于脉冲电流法的内嵌式带电指示、局部放电告警装置的制作方法

本实用新型涉及直接法局部放电检测技术领域，特别涉及一种基于脉冲电流法的内嵌式带电指示、局部放电告警装置。

背景技术：

随着用电量的增加，电网规模在不断的扩大电力设备的数目也在日益增加，用户对用电的可靠性要求也在不断的提高。设备运维检修的工作量在不断的加大，如何及时有效的解决电力设备的绝缘损坏问题，保障用电的可靠性，减小设备运维、检修成本，降低系统故障率成为现在电力系统亟待解决的问题之一。

近年来已有很多关于绝缘损坏等问题的检测手段，如暂态地电压检测、超声波检测等巡检设备；上述的检测方案在解决绝缘损坏等类型的局部放电故障问题上都起到了一定的作用，但现有的局部放电检测方案也存在很多不足之处。表现为以下几个方面:

1、检测灵敏度偏低。间接法的局部放电检测是基于对局部放电伴生现象的研究而产生的一项检测技术，通过对局部放电伴生信号的检测，实现对局部放电的检测。然而这些伴生信号存在信号强度低、易受外界干扰等特点，从而导致检测准确度和可参考性偏低。

2、国内目前配电设备运维检测方案为周期性巡检，按照《交流金属封闭开关设备暂态地电压局部放电带电测试技术现场应用导则（报批稿）》的规定，配网设备的状态巡检周期一般按照每年1~2次进行。在检测周期中间出现的缺陷和间歇性放电事故无法及时被发现。因此，两次巡检活动中间某个时刻出现的绝缘缺陷往往会被疏漏。

3、现有的检测设备由于所能检测信号频带范围的限制，导致状态巡检活动存在“盲区”。目前的暂态地电压检测技术的频带范围通常设计为3MHz~100MHz，而超声波检测的频带则固定设计为40kHz。对于配网设备的放电缺陷来说，则极有可能出现放电频率位于100kHz~3MHz的情况，此中情况下，现有的检测方案都有可能失效，致使100kHz~3MHz频带范围内的局部放电信号检测成为检测“盲区”。

4、配网设备已广泛采用全金属封闭结构，敞开式开关设备数量越来越少。柜体内部产生的局部放电伴生信号，如电磁辐射信号、声音信号等在向外传输的过程中由于受到金属柜体的屏蔽作用，很难传输出来，既使传输出来，也会被大大的削弱，现有的检测设备在柜体外部对信号进行检测时很难准确捕捉信号，造成检测效果不理想。

5、现有的多数检测设备的功能只是停留在帮助运维人员发现问题上，很少涉及到解决、处理问题的层面。配点设备状态检修的现状表现为运维检修人员少，配电设备数量多，运维检修模式复杂：多为运维检修人员利用手持式设备对配电设备进行相关测试，然后由专家分析、判断、给出可行性处理方案，再由运维人员来进行相应的处理，检修效率非常低，往往造成放电故障延期处理的情况。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于脉冲电流法的内嵌式带电指示、局部放电告警装置，在实现可靠的局部放电在线监测的同时，还能够提供局部放电的指示、告警和电力设备的带电状态指示、闭锁等功能，协助电力系统运维检修人员及时发现配电设备运行故障，做出相应处理，减小设备检修、运营成本，降低系统故障率，保障用户用电的可靠性。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：基于脉冲电流法的内嵌式带电指示、局部放电告警装置，告警装置通过射频线与一次系统高压设备连接，所述的告警装置包括阻抗匹配电路、局部放电信号调理电路、信号鉴别电路、状态显示与控制电路、以及电源电路，电源电路向阻抗匹配电路、局部放电信号调理电路、信号鉴别电路、状态显示与控制电路供电，所述的信号鉴别电路由工频信号鉴别电路和局部放电信号鉴别电路组成，所述的状态显示与控制电路由工频带电指示与控制电路和局部放电指示和告警电路组成，阻抗匹配电路的一路依次通过局部放电信号调理电路、局部放电信号鉴别电路与局部放电指示和告警电路连接，其另一路通过工频信号鉴别电路与工频带电指示与控制电路连接。

本实用新型述的局部放电信号调理电路由依次相连的程控增益放大器、正反跟随器、双路带通滤波器、绝对值峰值检波电路和跟随器组成。

本实用新型所述的阻抗匹配电路、局部放电信号调理电路、信号鉴别电路的带宽为100kHz-5MHz。

本实用新型所述的正反跟随器包括一个同相放大器和一个反相放大器。

本实用新型所述的绝对值峰值检波由两个峰值检波器构成。

本实用新型所述的工频信号鉴别电路由基准电压产生电路和迟滞比较器组成。

本实用新型所述的局部放电信号鉴别电路由局部放电基准电压产生电路和迟滞比较器组成。

本实用新型有益效果是：

采用直接法的局部放电检测技术，提高了局部放电检测的灵敏度和可靠性；克服了现有检测设备的检测“盲区”，避免了周期巡检中对局部放电故障的漏检现象，解决了金属封闭式配电设备带来的信号检测困难问题；能够接入到SCADA系统实现实时高效的局部放电故障处理，降低了运维风险，提高配电设备的运维效率。

装置通过技术思路优化了电路设计，去除了数字电路部分，大大降低了局部放电检测装置的设计成本，具有很好的经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的功能框图。

图2为本实用新型的局部放电信号调理电路功能框图。

图3为本实用新型的电源电路功能框图。

具体实施方式

基于脉冲电流法的内嵌式带电指示、局部放电告警装置，通过以下原理实现：

1、依据直接法局部放电检测理论，采用基于脉冲电流法的局部放电信号检测技术和阻抗检测技术，测量的是设备绝缘缺陷等各类放电故障所造成的瞬间电荷迁移而引起的脉冲电流，本装置通过直接提取检测该脉冲电流信号，获取强度更高，可靠性更强的信号。将局部放电所产生的脉冲电流耦合、转换为电压信号。提高了信号检测的灵敏度。

2、本装置设计为在线监测类装置，内置有信号检测电路、信号调理电路、信号鉴别电路和逻辑判断电路，最终安装在配电设备上，可连续、实时对系统的状态进行监测，然后对所检测的信号进行处理、鉴别、判断，并输出对应的逻辑信号，运维人员可以通过将该输出信号接入到SCADA系统，给监控人员提供即时故障信息，及时有效的下达运维检修指令，对放电故障高效作出相应处理，实现局部放电的连续在线监测，克服周期性巡检活动中所带来的漏检问题。

3、本装置所设计的信号检测、处理、鉴别电路的带宽为100kHz-5MHz，针对现有的局部放电检测方案中存在“盲区”进行处理，可有效检测放电频率位于100kHz~3MHz局部放电故障，消除检测“盲区”。

4、基于脉冲电流法的内嵌式局部放电在线监测智能仪表，采用了内嵌式安装方式，利用射频信号线将装置接于电力系统中，通过导线的连接关系来接收信号，有效解决了配电设备的全金属封闭结构对故障信号检测造成的困难。

5、本装置中利用鉴频和鉴幅电路，通过区分局部放电发生的频率和局部放电的强度，利用局部放电的指示灯灭、闪亮、亮等三种现象以及告警的触发、简短触发与不触发来指出局部放电的严重、异常与正常三种状态。如果在设定的时间段内，局部放电脉冲不重复出现，则告警指示灯将会自动熄灭，告警继电器也会自动复归。如果上述情况在设定的时间段内重复出现，则告警指示灯将会持续点亮，告警继电器也会吸合，持续发出告警。通过装置对局部放电故障的严重程度判断来为运维人员提供处理故障的依据，从而提高故障处理的时效，避免故障延时处理的问题。

为了进一步解释本实用新型技术方案，下面通过具体实施例对本实用新型进行详细的阐述。

1、如图1所示，本实用新型涉及的基于脉冲电流法的内嵌式带电指示、局部放电告警装置，其通过射频连接线接于一次电力系统高压设备，利用脉冲电流法来耦合、检测电力设备上发生局部放电现象时所产生的脉冲电流，并利用装置上的阻抗检测电路将电流信号转换为电压信号。

2、基于脉冲电流法的内嵌式带电指示、局部放电告警装置由以下电路组成：阻抗匹配电路1、局部放电信号调理电路2、信号鉴别电路3、状态显示与控制电路4、电源电路5。

其中的电源电5为上述的阻抗匹配电路1、局部放电信号调理电路2、信号鉴别电路3、状态显示与控制电路4提供电源。

所述的阻抗匹配电路1将所得到的脉冲电流耦合转换为的电压信号后，并利用工频信号和局放信号的频率不同将两种信号分离开，然后将工频电压信号传送到工频信号鉴别电路31，将局部放电电压信号传送到局部放电信号调理电路2。

1）对于局部放电信号的调理过程：

上述的局部放电电压信号由程控增益放大器21放大适当的倍数；当程控增益放大器21所检测信号为小信号时，放大器21提高增益倍数，以保证装置对信号检测的灵敏度；当所检测信号为大信号时，则放大器21减小增益倍数，自适应大信号，以保证信号放大后不会超出装置所设计的测量量程。

程控增益放大器21输出与正反跟随器22相连接；由于局部放电脉冲有正向脉冲和负向脉冲之分，正反跟随器22包含一个同相放大器和一个反相放大器；同相放大器可以对正向放电脉冲电压放大，输出正向脉冲电压信号；反相放大器可以对负向放电脉冲电压放大，同样输出正向脉冲电压信号；这样无论正负脉冲电压都可以得到正向的输出脉冲电压。

正反跟随器22输出与双路带通滤波器23相连接。双路带通滤波器23根据局部放电信号的频率特性设计，只允许特定频带范围的局部放电信号通过，滤除干扰和噪声信号，起到信号滤波作用，提高所测得信号的可信度。

双路带通滤波器23输出与绝对值峰值检波电路24相连接。绝对值峰值检波24由两个峰值检波器构成，分别对双路带通滤波器23的输出正向电压脉冲进行峰值检波处理，并将两路检波电路的最大值作为最终输出。《局部放电测量GB/T 7354-2003》4.3.3章节指出，“特别推荐用指示仪器和记录仪对重复出现的最大局放值进行定量”。所以厂商应将测量“出现的最大局部放电值”作为局部放电检测类产品的核心功能进行研发。通过检波电路不但得到一个较大的放电信号，而且还对该高频的放电信号进行了降频处理，降低了鉴别电路的性能要求。

绝对值峰值检波电路24与跟随器25相连接。跟随器25起信号隔离的作用，用于消除后续电路对模拟信号调理电路的干扰。

2）对于工频电压信号：阻抗匹配电路所耦合转换的工频电压信号，标准频率为50Hz（国内），属于低频信号，可以直接送入信号鉴别电路进行信号的频率和幅值鉴别。

3、信号鉴别电路3包含工频信号鉴别电路31和局部放电信号鉴别电路32。

1）工频信号鉴别电路31由基准电压产生电路和迟滞比较器组成；其中的基准电压产生电路的所输出的基准电压以电网的额定电压和阻抗匹配电路的输出工频电压值为设计依据，且将其设计为一定范围内可调的电压提高设备的适应能力；

上述的50Hz工频电压信号经由工频信号鉴别电路31进行频率和幅值鉴别，从而判断出工频电压的带电状态是否存在异常情况，并将判断结果输出到状态显示与控制电路5。

2）局部放电信号鉴别电路32由局部放电基准电压产生电路和迟滞比较器组成；其中的基准电压产生电路输出的基准电压以装置所要检测的局部放电电荷量范围为设计依据，且将其设计为一定范围内可调的电压提高设备的适应能力；

局部放电调理电路2的输出与局部放电信号鉴别电路32相连接；局部放电调理电路2输出的正向局部放电脉冲电压信号经局部放电信号鉴别电路32鉴频和鉴幅后，判断出局部放电故障的发生频率和严重程度，并将判断结果输出到对应的状态显示与控制电路4。

信号的鉴别过程具体实施方式描述如下：迟滞比较器通过基准电压产生两个比较阈值：上限阈值和下限阈值。当输入信号大于上限阈值时，则比较器输出高电平（比较器的电源电压）；当输入信号低于下限阈值时，则比较器输出低电平；当输入信号处于下限阈值和上限阈值之间时，则比较器输出保持上一时刻电平状态。根据阈值判断电压的幅值，实现鉴幅的功能，根据输出高低电平的持续时间来判断信号出现的频率，实现鉴频功能。

4、信号鉴别电路3的输出与状态显示与控制电路4相连接；信号鉴别电路将工频的正弦交流电压信号和局部放电的脉冲电压信号变换为高低电平信号。

电力系统的配电设备分有A、B、C三相，上述的信号处理电路都设有三路，分别针对A相、B相、C相进行信号处理，并将处理结果通过一定的逻辑关系来输出一个高或低电平从而控制指示灯的亮或者是灭，以及继电器控制电路的开通状态。

工频电路中，A相电路输出的高、低电平用于驱动A相的带电指示灯，B相电路输出的高、低电平用于驱动B相的带电指示灯，C相电路输出的高、低电平用于驱动C相的带电指示灯；A、B、C三相的整体带电状态又来决定闭锁继电器的开闭；

局部放电电路中，A相电路输出的高低电平用于驱动A相局部放电告警指示灯，B相电路输出的高低电平用于驱动B相局部放电告警指示灯，C相电路输出的高低电平用于驱动C相局部放电告警指示灯； A、B、C三相的局部放电状态又来决定局部放电告警继电器的开闭。