基于泛在电力物联网的局放在线监测装置、系统及方法与流程

本发明涉及电力设备监测及物联网技术领域，特别设计一种基于泛在电力物联网的局放在线监测装置、系统及方法。

背景技术：

高压开关柜是使用极广泛且数量最多的开关设备。由于在设计、制造、安装和运行维护等方面存在着不同程度的问题，因而事故率比较高，如在诸多性质的开关柜事故中的绝缘事故多发生于10千伏及以上电压等级，造成的后果也很严重。特别是小车式开关柜，绝缘事故率更高，而且往往一台出现事故，殃及邻柜的现象更为突出。

局部放电，是绝缘介质中的一种电气放电现象，这种放电仅限制在被测介质中一部分且只使导体间的绝缘局部桥接，这种放电可能发生或可能不发生于导体的邻近。电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质(特别是有机电介质)的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，对电力设备进行局部放电检测是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验。

现有的对开关柜进行局部放电检测一般为采用人工干预的监测维护办法，需要安排人员携带设备去现场检查未知的不确定存在与否的问题，这种办法可靠性差，而且检测成本也比较高。目前也出现了一些在线监测设备，但是这种监测往往是一对一的，即一台检测设备需要一台主机进行监测，这一方面导致成本较高，另一方面空间占用大，此外也不利于集中管理及统筹安排。

因此，迫切需要对开关柜运行状况进行实时在线及统一监测，以根据高压开关柜的运行状态和绝缘的劣化程度，确定检修时间和措施，减少停电时间和事故的发生，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于泛在电力物联网的局放在线监测装置、系统及方法，通过对局放在线监测装置的统一管理，能够确认高压开关柜设备是否处于正常运行状态，及时发现其绝缘中的薄弱环节，有效预防事故，保障电力系统的全可靠运行。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明一种基于泛在电力物联网的局放在线监测装置，包括：壳体和设置在壳体上的磁铁；所述壳体内部包括cpu模块、lora通信模块、超声波传感器、地电波传感器和锂电池；所述超声波传感器、地电波传感器分别与所述cpu模块相连以发送检测到的高压开关柜局部放电信号；所述cpu模块与所述lora通信模块相连以对外进行通信；所述锂电池与所述cpu模块相连以供电；所述局放在线监测装置通过所述磁铁吸附在所述高压开关柜的外壳上。

优选的，所述局放在线监测装置还包括设置在所述壳体外部的状态指示灯；所述状态指示灯与所述cpu模块相连以指示所述cpu的工作状态。

优选的，所述局放在线监测装置还包括设置在所述壳体外部的输入按钮；所述输入按钮与所述cpu模块相连以控制所述局放在线监测装置启动或停止。

优选的，所述局放在线监测装置还包括设置在所述壳体外部的电量指示灯；所述电量指示灯与所述cpu模块相连以指示所述锂电池的剩余电量。

优选的，所述磁铁安装在所述壳体外侧背部或内侧背部。

优选的，所述cpu模块采用定时唤醒的工作机制；每隔预设时间所述cpu模块自动唤醒。

第二方面，本发明一种基于泛在电力物联网的局放在线监测系统，包括所述的局放在线监测装置，还包括配电室状态监测装置及服务器；所述局放在线监测装置通过所述lora通信模块与所述配电室状态监测装置相连以发送高压开关柜局部放电信号的相关信息及锂电池剩余电量；所述配电室状态监测装置与所述服务器进行通信连接以发送接收到的所述相关信息及锂电池剩余电量；所述相关信息包括高压开关柜局部放电信号的最大值、平均值和放电次数；所述放电次数为预设时间内超过预设值的次数。

优选的，所述配电室状态监测装置与所述服务器的通信连接方式包括：有线网络、无线网络和串口中的一种或多种。

第三方面，本发明一种基于泛在电力物联网的局放在线监测方法，基于所述的局放在线监测装置，包括：

所述局放在线监测装置根据检测到的高压开关柜局部放电信号计算出高压开关柜局部放电信号的相关信息；并通过所述lora通信模块将所述相关信息和锂电池剩余电量发送至配电室状态监测装置；所述相关信息包括高压开关柜局部放电信号的最大值、平均值和放电次数；所述放电次数为预设时间内超过预设值的次数；

所述配电室状态监测装置通过有线网络、无线网络或串口将接收到的所述相关信息和锂电池剩余电量发送至服务器；

所述服务器接收所述相关信息和锂电池剩余电量并进行存储和/或显示。

优选的，所述局放在线监测装置发送的信息还包括该局放在线监测装置的唯一标识；所述唯一标识包括ip地址或装置标识。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明的基于泛在电力物联网的局放在线监测装置，采用超声波传感器和地电波传感器相结合对开关柜的局部放电进行联合检测，既能判断出局部放电强弱，也能检测出局部放电的暂态电压，检测准确全面；

(2)本发明的基于泛在电力物联网的局放在线监测装置，支持不掉电安装，直接用磁铁吸附在开关柜表面，安装时不影响配电房的正常运行，采用电池供电无需外接电源，内置lora通信模块，无需外接电缆；

(3)本发明的基于泛在电力物联网的局放在线监测装置，cpu模块采用定时唤醒机制，其他时间处于休眠状态，能够节省电源，增长续航时间；

(4)本发明的lora通信模块具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点，适合低功耗物联网应用；

(5)本发明的基于泛在电力物联网的局放在线监测系统及方法，包括局放在线监测装置、配电室状态监测装置和服务器；局放在线监测装置通过lora通信方式与配电室状态监测装置进行无线通信，监测的数据内容包括超声波传感器和地电波传感器分别监测到的局放最大值、局放平均值、放电次数以及锂电池的剩余电量，配电室状态监测装置再通过串口、有线以太网或4g无线方式将上述信息发送给服务器(云服务器和/或站端服务器)；能够通过服务器实现对多个高压开关柜的统一监控及管理，同时实现数据的监测数据的存储，以确认高压开关柜设备是否处于正常运行状态，及时发现其绝缘中的薄弱环节，有效预防事故，减少不必要的人力物力浪费，保障电力系统的全可靠运行。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

图1为本发明的基于泛在电力物联网的局放在线监测装置的结构框图；

图2为本发明的基于泛在电力物联网的局放在线监测系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细描述。

参见图1所示，一方面，本发明一种基于泛在电力物联网的局放在线监测装置，包括：壳体和设置在壳体上的磁铁；所述壳体内部包括cpu模块10、lora通信模块11、超声波传感器12、地电波传感器13和锂电池14；所述超声波传感器12、地电波传感器13分别与所述cpu模块10相连以发送检测到的高压开关柜局部放电信号；所述cpu模块10与所述lora通信模块11相连以对外进行通信；所述锂电池14与所述cpu模块10相连以供电；所述局放在线监测装置1通过所述磁铁吸附在所述高压开关柜的外壳上。

需要说明的是，本发明所述的局放为局部放电的缩写，即表示局部放电。

具体的，局部放电是一种快速的电荷释放或迁移过程，导致放电点周围的电场应力、机械应力与粒子力失去平衡状态而产生振荡变化过程。

机械应力与粒子力的快速振荡，会导致放电点周围介质振动，从而产生声波信号，通过超声波传感器12(超声波的探头传感器，将声波信号转换为电信号，也可称为压电传感器)达到测量目的。如果有局部放电产生，所述超声波传感器12的输出幅值发生变化，通过变化大小可以判断出局部放电强度。

本实施例中，所述超声波传感器12采用的参数为：ae传感器参数；中心频率：40khz；传感器峰值灵敏度：117dbv；分辨率：1db。

此外，局部放电发生时，产生肌肤效应作用，在金属断开或绝缘连接处，电流波转移至外表面；电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态对地电压(transientearthvoltage)。地电波幅值与放电量和传播途径的衰减程度有关，要取决于放电点位置、设备的内部结构以及开口大小有关。采用电容型地电波传感器13对地电波进行感应测量以检测出局部放电时的暂态对地电压。

本实施例中，所述地电波传感器13采用的参数为：检测带宽：1～100mhz；检测范围：0～60db；精度：+-1db。

所述局放在线监测装置1还包括设置在所述壳体外部的状态指示灯15；所述状态指示灯15与所述cpu模块10相连以指示所述cpu的工作状态。具体的，所述cpu模块10采用定时唤醒的工作机制；每隔预设时间所述cpu模块10自动唤醒。所述cpu模块10被唤醒时，对所述超声波传感器12和地电波传感器13上传的局部放电信号进行处理并对外发送，所述cpu模块10进入休眠状态时，不进行处理。本实施例中，所述cpu模块10被唤醒时，所述状态指示灯15亮，所述cpu模块10处于休眠时，所述指示灯熄灭。

所述局放在线监测装置1还包括设置在所述壳体外部的输入按钮；所述输入按钮与所述cpu模块10相连以控制所述局放在线监测装置1启动或停止。本实施例中，所述输入按钮包括两个一个启动按钮16和一个停止按钮17。

所述局放在线监测装置1还包括设置在所述壳体外部的电量指示灯18；所述电量指示灯18与所述cpu模块10相连以指示所述锂电池14的剩余电量。具体的，所述电量指示灯18可以包括多个，以指示锂电池14不同的剩余电量。如剩余电量80％时，一个电量指示灯18亮；剩余电量50％时，另一个电量指示灯18亮，等等，从而可以在现场方便地观测出剩余电量的值。

具体的，所述磁铁可以安装在所述壳体外侧且与所述壳体一体化，具体位置可以是背部任意位置。当然，所述磁铁还可以安装在所述壳体内侧且与所述壳体一体化，具体位置也可以是背部任意位置。

本实施例中，所述锂电池14采用可充电的锂电池14组。

参见图2所示，第二方面，本发明一种基于泛在电力物联网的局放在线监测系统，包括所述的局放在线监测装置1，还包括配电室状态监测装置2及服务器；所述局放在线监测装置1通过所述lora通信模块11与所述配电室状态监测装置2相连以发送高压开关柜局部放电信号的相关信息及锂电池14剩余电量；所述配电室状态监测装置2与所述服务器进行通信连接以发送接收到的所述相关信息及锂电池14剩余电量。

具体的，所述服务器包括站端服务器3和/或云服务器4。

需要说明的是，一个所述配电室状态监测装置2与多少个所述局放在线监测装置1相连接可根据具体需要进行配置，一个站端服务器3或云服务器4与多少个所述配电室状态监测装置2相连接也可根据具体需要进行配置。

所述相关信息包括高压开关柜局部放电信号的最大值、平均值和放电次数。具体的，高压开关柜局部放电信号的最大值、平均值和放电次数包括根据超声波传感器12检测到的局部放电信号计算出的高压开关柜局部放电信号的最大值、平均值和放电次数，还包括地电波传感器13检测到的局部放电信号计算出的高压开关柜局部放电信号的最大值、平均值和放电次数。具体实现时，这两者是独立计算的。

所述局放最大值指在监测时间段信号输出最大的点计算出来的结果。所述局放平均值指在监测时间段信号输出的平均值计算出来的结果。所述放电次数指在监测时间段内超过指定门槛的次数。所述剩余电量为根据电压-电量曲线计算出来的结果。

所述局放在线监测装置1发送的信息还包括该局放在线监测装置1的唯一标识；所述唯一标识包括ip地址或装置标识。这样的话在服务器上进行统一监控时，能够区分出是哪台局放在线监测装置1发送的信息，从而进行相应的处理。

所述配电室状态监测装置2与所述服务器的通信连接方式包括：有线网络、无线网络和串口中的一种或多种。对于站端服务器3，由于距离不是太远，因此可根据情况采用串口传输或以太网传输。对于云服务器4，可采用无线网络传输。

具体的，lora无线组网距离＞100米；配电室状态监测装置2支持modbus、104通信规约。配电室状态监测装置2下行与局放在线监测装置1通过lora通信；上行与服务器通过gprs无线网络、以太网或串口通信，即与服务器通过modbus或104规约进行通信。

第三方面，本发明一种基于泛在电力物联网的局放在线监测方法，基于所述的基于泛在电力物联网的局放在线监测装置1，包括：

所述局放在线监测装置1根据检测到的高压开关柜局部放电信号计算出高压开关柜局部放电信号的相关信息；并通过所述lora通信模块11将所述相关信息和锂电池14剩余电量发送至配电室状态监测装置2；所述相关信息包括高压开关柜局部放电信号的最大值、平均值和放电次数；所述放电次数为预设时间内超过预设值的次数；

所述配电室状态监测装置2通过有线网络、无线网络或串口将接收到的所述相关信息和锂电池14剩余电量发送至服务器；所述服务器包括站端服务器3和/或云服务器4；

所述服务器接收所述相关信息和锂电池14剩余电量并进行存储和/或显示。

所述局放在线监测装置1发送的信息还包括该局放在线监测装置1的唯一标识；所述唯一标识包括ip地址或装置标识。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。