本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种基于无线传输技术的开关柜局部放电检测方法。
背景技术：
高压开关柜是电力系统中数量最庞大的开关设备，承担着直接向用户供电的职能，其运行状态直接关系到用户供电可靠性。对于开关柜来说，在长期运行中不可避免地会因老化、受潮、机械损伤等导致绝缘劣化的情况。据统计，由开关柜绝缘劣化引起事故的台次占开关总事故台次的68%和事故总容量的74%。但状态检修的开展以及供电可靠性的要求使人们很难对电力设备进行周期的停电检修，发现设备缺陷。开关柜的稳定运行关系到整个电网的安全稳定，且开关柜内局部放电一般不会导致绝缘的贯通性击穿，但会造成电介质的局部损坏以及绝缘电介质的电气强度降低，即局部放电对绝缘设备的破坏是个缓慢的发展过程，随着绝缘设备以及电介质的损坏，也会导致局部放电次数和放电量的增加，如此形成一个恶性循环。因此，对开关柜内局部放电的监测显得很有必要，不仅增加了电网的供电安全性，同时也为智能电网的建设起到积极的促进作用。
开关柜的局部放电一般会有涉及多种特征信号，如tev(地电波)信号，电磁辐射信号和超声波信号等。测试中通过对以上各种信号的对比测试来确定局放的发生与否。往往需要对多种信号交替测试，期望能够相互印证，来判断开关柜局部放电是否发生，并确定局放量的大小。测试中需要变换传感器或者测试仪器，这个现场测试带来了不变，也影响测试的精度。
由于局放的发生并不一定是持续发生的，有断续发生的可能，当用一种传感器测试完成后，再换一种传感器或者仪器测试，也许就会丢掉放电信息，这是其一；还有就是如果分别测量这三种信号，则看不到局放发生时这三种信号的相关性；不同仪器测试的放电信号由于硬件电路设计的不同、数据处理方法的不同，其放电信号的特征就有差别。这些因素都会影响局放检测处理的结果，给做出正确判断造成了一定的困难。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于无线传输技术的集超高频(uhf)传感器、超声波(ae)传感器、高频电流(hfct)传感器、tev传感器、工频信号传感器和振动传感器为一体的开关柜局部放电检测方法，可支持超高频、超声波、高频电流、tev、工频信号和振动等多种信号的检测，对同一开关柜的局部放电数据进行多通道同步采集，满足现场检测的实际需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于无线传输技术的开关柜局部放电检测方法，包括以下步骤：
s1：在开关柜的各个测量点安装传感器，将所述传感器拾取的信号进行调理和v/f转换；
s2：将所述v/f转换后的信号通过无线发送模块发送到无线接收模块，并将信号依次送到v/f转换器、检波器、平滑滤波器、包络线发生器、峰值检测器、a/d转换器和中央处理器进行处理；
s3：将上述处理结果分别送往存储器、报警器和显示单元进行最终处理。
优选的，所述传感器为超高频(uhf)传感器、超声波(ae)传感器、高频电流(hfct)传感器、tev传感器、工频信号传感器和振动传感器中的一种或几种。
优选的，所述工频信号传感器从变电站的110v电源或pt二次侧直接提取所需的工频信号，经过处理后负责提供相位同步信号。
优选的，所述tev传感器为1mm厚度的双层覆铜板，运行模式为电容耦合式，所拾取信号的频率范围为3~100mhz，幅值测量范围为0~60dbmv，分辨率为1db。
优选的，所述超声波传感器为r15i-astsensor超声传感器或压电式防水型超声传感器40rs/ut180，工作频率为80-200khz，中心频率为40khz，幅值测量范围为0~60dbuv，分辨率为1db。
优选的，所述超高频(uhf)传感器为微带式传感器。
优选的，所述调理包括滤波和放大两项功能，所述放大功能的信号增益为40db。
优选的，所述无线发送模块和无线接收模块均采用jn5139芯片。
优选的，所述滤波功能采用基于小波分析的卡尔滤波法。
优选的，所述中央处理器为amd系列的a6-7310。优选的，所述调理包括滤波和放大两项功能。
本发明的益处在于：
（1）对超高频、超声波、高频电流、tev、工频信号和振动等多种信号进行同步检测，且根据需求可自动切换，将开关柜内绝缘状态进行多种传感信号综合分析，相互印证，提高了判断局放发生的准确度；
（2）采用无线方式向主机传输检测信号，解放了测试人员，避免了现场连线的拖拉，提高了测试的安全性、可靠性。
（3）采用无线方式传输信号，测量人员与高电压设备之间有很好的隔离，使设备和测量人员的安全可以得到保证，同时不存在在线结果与离线结果的等效性问题；
（4）增加工频信号传感器，用于提供信号检测所需的同步参考相位；
（5）采用基于小波分析的卡尔滤波法，最大限度地滤除背景噪声的影响；
（6）通过增加平滑滤波器，避免了噪声尖峰进入包络线发生器和峰值检测器，并受高频噪声的影响；
（7）通过采用检波器和包络线发生器获得局部放电产生的信号的包络曲线，再利用峰值检测器提取信号峰值和相位特征量，大大降低了数据处理和采集的数据量，有效降低了系统本身的复杂程度及其对通信带宽、主机处理能力的要求；
（8）由多个不同的局部放电检测传感器分别对同一个开关柜在不同位置进行多组局部放电检测，由于这些传感器处于同一环境，对同一开关柜的局部放电数据进行多通道采集，检测结果具有横向对比性；
（9）由于传感器可设置于开关柜的内部，能够有效避免外界环境因素对其造成的影响，其不会受到光学以及红外测温的限制，也不需要透光孔，提高了检测结果的准确性；
（10）检测结果完全数字化显示，界面更直观、简洁，功能全面；
（11）采用v/f转换对传感器信号进行转换，可有效抑制线路温度对微小电压信号传输的影响,减小误差。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
一种基于无线传输技术的开关柜局部放电检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
s1：在开关柜的各个测量点安装传感器，将所述传感器拾取的信号进行调理和v/f转换；
所述传感器主要用于拾取开关柜内外的各种检测信号，包括超高频(uhf)传感器、超声波(ae)传感器、高频电流(hfct)传感器、tev传感器、工频信号传感器和振动传感器中的一种或几种。其中：
所述超高频(uhf)传感器为微带式传感器，所述工频信号传感器从变电站的110v电源或pt二次侧直接提取所需的工频信号，经过处理后负责提供相位同步信号。工频信号传感器中设置有过零检测电路，用于对同步电压的过零点进行标记，再以脉冲波的方式输出标记信号，以对局部放电信号的相位进行记录。
所述tev传感器为1mm厚度的双层覆铜板，其运行模式为电容耦合式，所拾取信号的频率范围为3~100mhz，幅值测量范围为0~60dbmv，分辨率为1db。
所述超声波传感器可采用r15i-astsensor超声传感器或压电式防水型超声传感器40rs/ut180，工作频率为80-200khz，中心频率为40khz，幅值测量范围为0~60dbuv，分辨率为1db，充分利用超声波传感器本身的选频特性以减少电路的复杂程度。
选择在开关柜上放置传感器的正确位置是重要的。其基本原则是所有独立的气室至少必须有一个测量点，这是因为绝缘子和法兰使信号明显衰减；在每两个法兰之间有一个测量点也是必要的；根据可能有颗粒的地方选择测量点，通常它们朝气室中可能的最低点移动。一般最有用的位置包括：
隔离开关：在隔离开关中，触点可能产生自由金属颗粒，其它运动部件也可能产生颗粒；
接地开关：与隔离开关类似；
断路器：运动部件可能生成颗粒；
水平安装的隔离绝缘子／绝缘子：垂直的隔离开关和壳体具有水平安装的绝缘子，颗粒可能残留在这些绝缘子上并产生局放。
在实际检测过程中，超高频(uhf)传感器的位置可安置在柜门与柜体连接的缝隙处或开关柜的前窗或后窗上，据试验，由于开关柜是一个金属柜体，对电磁波有屏蔽作用，因此超高频(uhf)传感器安置在柜门与柜体连接的缝隙处或开关柜的前窗或后窗上，既不妨碍信号的接受，又可以避免其他信号的干扰。如果超高频(uhf)传感器置于开关柜内，则传感器应采用平面等角螺旋天线，其检测的信号频率范围是300mhz-2ghz。而高频电流(hfct)传感器应置于开关柜母线侧接地线，同时在开关柜的四个角处应分别安装有超声波传感器。其他传感器则可根据上述原理和检测需要移动至不同的位置。
所述调理主要用于对传感器模块拾取的信号进行放大和滤波处理，以减少由于存在空气传播介质造成严重的界面衰减所带来的误差，以及抵抗各种环境噪声的干扰。主要包括滤波和放大两项功能。由于每一种信号多少都会有些背景噪音，滤波的目的是除去低频和高频噪声。由于信号在开关柜中传播时高频衰减比低频衰减严重，用增加下限频率的方法，使用者可以识别是中心导体上的局放（信号明显衰减）。如果信号中包含低频噪声，可通过增大下限频率来排除。局放信号的频率范围在20khz到80khz，如果环境噪声的频率较高，可能需要较高的下限频率，这样将不能测量局放，但仍然可以测量和检测跳动的颗粒。同时可以通过调整上限频率排除高频干扰，最好是滤去大部分高频率噪声而不使原始信号受到太大的损失，建议设置为100khz。本实施例中的滤波功能由带通滤波器完成，并采用基于小波分析的卡尔滤波法。低通的下限频率是10khz，最高上限频率是500khz，下限频率的缺省设置是10khz，上限频率的缺省设置是100khz，这样就可以最大限度地滤除背噪声的影响。同时，采用滤波的方式对数据进行处理，有利于提高数据的真实性。
对信号进行放大时，其增益的设定很重要。如设定60db的增益并不能有更好的灵敏度，因为背景噪音和传感器信号水平都同时放大了，这意味着信号对噪声的比率独立于增益是个常数。当使用40db增益时，连续模式下背景噪声的周期峰值水平通常在0.4mv-1mv，所以，本实施例推荐的放大增益选择在40db，这样就可以避免扰乱信号。
本发明的这六种类型的传感器采集的是不同类型的信号，且各有优势，所以可以取长补短。比如，tev传感器和超高频传感器都有较高的灵敏度，即使有微弱的放电也能检测到，但同时现场有时会有些电磁干扰的噪音，仅靠tev传感器和超高频传感器是不能判断是否发生局部放电，因此可以用超声波传感器来进行二次确认。另外，tev信号和超高频信号是不同频率的信号，tev信号的监测频率相对较低，超高频信号的监测频率相对较高，对于单次的放电，不一定都会产生这两种放电信号，因此采用这两种方法可以更加准确的监测出放电。同时超声波在定位方面较tev和超高频有一定的优势，但因为声速明显低于电磁波的波速，因此可以利用tev或超高频信号监测到的第一个信号作为放电的起始时刻，进行局部放电点定位。
进行v/f转换的目的在于将输入信号电压转换成相应的频率信号，方便传感器信号的传输。由于传感器拾取的电压信号比较小，经过线路传输时容易受到线路温度的影响,导致误差。如果经过压/频变换后再传输，效果就会得到明显改善。此外，传感器信号经过压/频变换后，经单片机计数，方便计算机对传感器的采样，进行计算机信号处理。同时，v/f转换的电路要比a/d转换简单。本实施过程中，v/f转换器可选择telcom公司的tc9401型和adi公司的ad650型，这两种型号既可工作于v/f模式，又可工作于f/v。
s2：将所述v/f转换后的信号通过无线发送模块发送到无线接收模块，并将信号依次送到v/f转换器、检波器、平滑滤波器、包络线发生器、峰值检测器、a/d转换器和中央处理器进行处理；
本实施例中，所述无线发送模块和无线接收模块均可采用jn5139芯片。
将音频信号或视频信号从高频信号（无线电波）中分离出来叫解调，也叫检波。幅度调制的解调简称检波，其作用是从幅度调制波中不失真的检出调制信号来。根据是否需要同步信号，检波可分为同步检波和包络检波。
广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。对调幅波来说是从它的振幅变化提取调制信号的过程；对调频波，是从它的频率变化提取调制信号的过程；对调相波，是从它的相位变化提取调制信号的过程。狭义的检波是指从调幅波的包络提取调制信号的过程。有时把这种检波称为包络检波或幅度检波。检波的原理是：先让调幅波经过检波器，从而得到依调幅波包络变化的脉动电流，再经过一个低通滤波器滤去高频成分，就得到反映调幅波包络的调制信号。
为了得到信号的有关信息还采用了包络线发生器和峰值检测器。在检波器与包络线发生器之间是平滑滤波器，由于包络线发生器和峰值检测器响应很快，且会受高频噪声的影响，特别是当脉冲持续时间较短时，如放大器噪声。通常情况下不需要平滑，但是在某些情况下使用平滑信号能得到较高的灵敏度。平滑滤波是一种算术平均值发生器，如果平滑高，则结果是输入信号的算术平均值。信号的平滑滤波截去了信号的一些最高频率，并把信号的尖峰去掉，例如放大器的噪声。平滑滤波器的时间常数必须调整到滤波器的上限频率，以便使它对频率响应和峰值测量没有太大影响。平滑滤波时间常数１μs时，可以滤去１mhz以上频率。
包络线发生器的作用是产生跟踪平滑滤波线路输出信号顶部的信号，该信号随时间常数衰减，时间常数直接影响着包络线频率分量的测量，该时间常数应该这样设置：即使得包络线能跟踪峰值而不使峰值之间跌落过大，同时也不能太慢。换句话说，包络线是对检波和滤波后的信号峰值的量度。设置合适的时间常数时必要的，因为它会影响频率组件的测量。
峰值检测器用包络线的信号工作，有两个相同的峰值检测器，一个在脉冲开门时间内工作，用于检测包络线的幅值和相位图，另一个在25ms或75ms测量，以便得到连续测量方式的周期峰值。
a/d转换器用于将峰值检测器输出的局放特征信号转换成数字信号。虽然a/d转换的电路要比v/f转换电路复杂，但其精度要高于v/f转换电路。所以，选用a/d转换器可以提高系统对数据处理的精度。
中央处理器用于将a/d转换器输出的数字信号进行数据分析和处理。本实施例中，所述中央处理器采用amd系列，其具体型号为a6-7310。
s3：将上述处理结果分别送往存储器、报警器和显示单元进行最终处理。
存储器用于储存中央处理器处理后的结果数据。当检测结果超出预设参数时，警报器就发出危险警报。而显示单元则用于显示中央处理器处理后的数据。本实施例中，所述显示单元可以采用stn点阵式液晶显示模块。
本发明对超高频、超声波、高频电流、tev、工频信号和振动等多种信号进行同步检测，且根据需求可自动切换，将开关柜内绝缘状态进行多种传感信号综合分析，相互印证，提高了判断局放发生的准确度。尤其是采用无线方式传输检测信号，解放了测试人员，避免了现场连线的拖拉，提高了测试的安全性、可靠性。