一种光纤式开关柜局部放电监测装置的制作方法

本发明涉及开关柜局放监测技术领域，尤其涉及一种光纤式开关柜局部放电监测装置。

背景技术：

开关柜是一种重要的电力设备，其运行相电压一般为6600v，在运行过程中，开关柜内的绝缘件可能发生局部放电，导致绝缘件损坏，引发设备故障。局部放电监测是检验开关柜内缺陷的有效手段，其原理一般在于，绝缘件内发生局部放电时，会产生频率在10mhz-1500mhz之间的高频脉冲信号，对这个脉冲信号进行检测，即可实现对局部放电的检测。

但是由于高频信号沿金属导线传播衰减较为严重，传统的开关柜局部放电监测装置一般直接布置在开关柜上，这就导致了开关柜局部放电监测装置受到开关柜自身高温、震动等异常运行工况的损害较为严重，局部放电监测装置故障率较高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种光纤式开关柜局部放电监测装置，利用光纤替代金属导线进行高频局部放电信号的传输，实现局部放电监测装置本体和开关柜分离布置，可改善局部放电监测装置的运行工况。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案在于，提供一种光纤式开关柜局部放电监测装置，包括三组分别与开关柜中三相高压导线相连接的局放监测电路，每一组局放监测电路均包括设置于开关柜中的局放取样电路以及光信号发射电路；设置于远端的监控端的光信号接收电路、滤波电路、比较电路以及局放指示电路，所述光信号发射电路与光信号接收电路通过光纤连接，其中：

局放取样电路，与开关柜中一相高压导线相连接，用于获取所述相上的局部放电信号；

光信号发射电路，连接所述局部放电取样电路，用于将所述局部放电信号转换成光信号并发射出去；

光纤，其一端与所述光信号发射电路相连接，用于传送所述光信号；

光信号接收电路，其连接在所述光纤的另一端，用于将所述光信号转换电信号；

滤波电路，与所述光信号接收电路相连接，用于滤除所述电信号中的低频的基波信号；

比较电路，与所述滤波电路相连接，用于将滤波电路输出的信号与基准电位进行比较，并输出比较结果；

局放指示电路，与所述比较电路相连接，用于根据所述比较结果通过发光二极管进行指示，确定所述相上是否存在局部放电。

优选地，所述局放电取样电路具体包括：

相互串联的第一取样电容和第二取样电容，所述第一取样电容远离所述第二取样电容的一端连接开关柜中一相高压导线；所述第二取样电容远离所述第一取样电容的一端连接地电位；其中，第二取样电容的电容量为第一取样电容的电容量的两倍。

优选地，所述光信号发射电路具体为：

等效的发光二极管，其正极连接在所述第一取样电容与第二取样电容的连接端上，其负极与地电位相连；

其中，流经所述发光二极管的电流i为：i＝u*f*0.0000000006；

式中，u为局部放电信号有效电压值，f为局部放电信号频率，发光二极管的发光强度与流经发光二极管的电流成正比。

优选地，所述光信号接收电路具体为：

等效的光敏二极管，其正极与地电位相连，其负极分别通过第一电阻连接5v高电位，以及通过第二电阻连接地电位。

优选地，所述滤波电路包括：

由第一滤波电容和第三电阻构成的高通滤波器，其中，所述第一滤波电容的第一端连接所述光敏二极管的负极；所述第一滤波电容的第二端连接第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接电位。

优选地，所述比较电路包括：

运算放大器，其正输入端通过一第四电阻与所述第一滤波电容的第二端相连接，其负输入端通过一第六电阻与一基准电压相连；当其正输入端接收到的电压高于基准电压时，其输出端输出高电位。

优选地，所述局放指示电路包括：

第二发光二极管，其正极通过一第五电阻与所述运算放大器的输出端相连接，其负极与地电位相连接。

优选地，所述开关柜中三相高压导线分别为a相导线、b相导线、c相导线，其相电压为6600v；所述高通滤波器的截止频率为450khz；所述运算放大器为lm324运算放大器；所述基准电压为3.3v。

实施本发明的实施例，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供一种光纤式开关柜局部放电监测装置，在开关柜中设置局放取样电路以及光信号发射电路；在远端的监控端设置光信号接收电路、滤波电路、比较电路以及局放指示电路；且所述开关柜与远端采用光纤替代金属导线进行高频局部放电信号的传输，从而实现局部放电监测装置本体和开关柜分离布置，能够改善局部放电监测装置的运行工况；且便于远端了解开关柜局部放电状况；提高了局放监测的准确性以及适应性，降低了局放监测装置的故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明提供的一种光纤式开关柜局部放电监测装置的结构示意图；

图2为图1中a相局放监测电路的电路原理图；

图3为图1中b相局放监测电路的电路原理图；

图4为图1中c相局放监测电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参照图1所示，为本发明提供的一种种光纤式开关柜局部放电监测装置的结构示意图。一并结合图2至图4所示。在本实施例中，所述装置包括三组分别与开关柜中三相高压导线相连接的局放监测电路，即a相局放监测电路、b相局放监测电路以及c相监测电路。下述以图2中的a相局放监测电路为例进行说明，所述a相局放监测电路包括有设置于开关柜中的局放取样电路以及光信号发射电路；设置于远端的监控端的光信号接收电路、滤波电路、比较电路以及局放指示电路，所述光信号发射电路与光信号接收电路通过光纤连接，其中：

局放取样电路，与开关柜中一相(如a相)高压导线(pa)相连接，用于获取所述相上的局部放电信号；

具体地，所述局放电取样电路具体包括：相互串联的第一取样电容c11和第二取样电容c12，所述第一取样电容c11远离所述第二取样电容c12的一端连接开关柜中一相高压导线pa；所述第二取样电容c12远离所述第一取样电容c11的一端连接地电位；其中，第二取样电容c12的电容量为第一取样电容的电容量c11的两倍，在一个例子中，c11的电容量为110pf、c12为220nf；局放电取样电路可以根据pa处局放的工频信号的频率获得对应的信息。

光信号发射电路，连接所述局部放电取样电路，用于将所述局部放电信号转换成光信号并发射出去；

具体地，所述光信号发射电路包含有：

等效的发光二极管d11，其正极连接在所述第一取样电容c11与第二取样电容c12的连接端上，其负极与地电位相连；

其中，流经所述发光二极管d11的电流i为：i＝u*f*0.0000000006；

式中，u为局部放电信号有效电压值，f为局部放电信号频率，发光二极管的发光强度与流经发光二极管的电流成正比；例如，在50hz的工频电压下，流经d11的电流约为0.2ma，当开关柜内存在局部放电信号时，流经d11的电流将会迅速上升。

光纤(lina)，其一端与所述光信号发射电路d11相连接，用于传送所述光信号；

光信号接收电路，其连接在所述光纤的另一端，用于将所述光信号转换电信号；

具体地，所述光信号接收电路包含：

等效的光敏二极管d12，其正极与地电位相连，其负极分别通过第一电阻r11连接5v高电位，以及通过第二电阻r13连接地电位。

滤波电路，与所述光信号接收电路相连接，用于滤除所述电信号中的低频的基波信号；

具体地，所述滤波电路包括：

由第一滤波电容c13和第三电阻r16构成的高通滤波器，其中，所述第一滤波电容c13的第一端连接所述光敏二极管d12的负极；所述第一滤波电容c13的第二端连接第三电阻r16的一端，所述第三电阻r16的另一端连接电位。

比较电路，与所述滤波电路相连接，用于将滤波电路输出的信号与基准电位进行比较，并输出比较结果；

具体地，所述比较电路包括：

运算放大器u17a，其正输入端(第3端)通过一第四电阻r14与所述第一滤波电容c13的第二端相连接，其负输入端(第2端)通过一第六电阻r12与一基准电压(3.3v)相连；当其正输入端接收到的电压高于基准电压时，其输出端输出高电位(5v)。

局放指示电路，与所述比较电路相连接，用于根据所述比较结果通过发光二极管进行指示，确定所述相上是否存在局部放电。

具体地，所述局放指示电路包括：

第二发光二极管d13，其正极通过一第五电阻r15与所述运算放大器u17a的输出端相连接，其负极与地电位相连接。当所述运算放大器u17a的输出端输出的高电位时，则所述第二发光二极管d13导通发光，提示工作人员存在局部放电信号。

其中，所述开关柜中三相高压导线分别为a相导线、b相导线、c相导线，其相电压为6600v；所述高通滤波器的截止频率为450khz；所述运算放大器为lm324运算放大器；所述基准电压为3.3v，其他元件具体的参数可参见图2所示。

在一个具体的例子中，所述局放取样电路以及光信号发射电路设置于开关柜中；所述光信号接收电路、滤波电路、比较电路以及局放指示电路设置于远端的监控端。

以一个典型的局部放电信号为例，说明本电路的工作过程。

当pa处仅有50hz，6600v的工频信号时。根据前述公式可以获得：i＝0.0002a，r＝500000ω，u3＝2.51v，u1＝0v(式中，i为流经d11的电流，r为d12受d11照射后的等效电阻，u3为u17a的第3管脚电压，u1为u17a的第1管脚电压)，d13不发光，提示工作人员没有局部放电信号。。

当pa处存在一个频率为111mhz，幅值为15v的局部放电信号时。根据前面的公式可以获得：i＝1a，r＝100ω，u3＝4.2v，u1＝5v(式中，i为流经d11的电流，r为d12受d11照射后的等效电阻，u3为u17a的第3管脚电压，u1为u17a的第1管脚电压)，d13发光，提示工作人员存在局部放电信号。

可以理解的是，图3与图4示出的b相局放监测电路和c相局放监测电路的原理与图2中示出的相同，在此不进行赘述，可以参照前述对图2的描述。

实施本发明的实施例，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供一种光纤式开关柜局部放电监测装置，在开关柜中设置局放取样电路以及光信号发射电路；在远端的监控端设置光信号接收电路、滤波电路、比较电路以及局放指示电路；且所述开关柜与远端采用光纤替代金属导线进行高频局部放电信号的传输，从而实现局部放电监测装置本体和开关柜分离布置，能够改善局部放电监测装置的运行工况；且便于远端了解开关柜局部放电状况；提高了局放监测的准确性以及适应性，降低了局放监测装置的故障率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。