高低压电气设备绝缘在线检测回路、系统及方法与流程

本发明涉及电绝缘在线监测技术领域，具体涉及一种高低压电气设备绝缘在线检测回路、系统及方法，该技术应用于重复接地电力系统中。

背景技术：

近几十年来，随着经济快速发展与工业现代化稳步推进，大型工矿企业对电力系统的稳定性的要求越来越高，特别是石油、石化、钢铁、制药、高级制造业等对生产连续性要求较强的行业，电力系统的稳定性对企业的安稳运行起到重要的作用。电力系统中，电气设备绝缘的被破坏会造成设备短路，这是产生电力系统波动的主要原因。为了提高电力系统运行的稳定性，对电气设备的在线绝缘检测势在必行。

为了能够确保电力系统能够安全稳定的持续运行，国内在早期主要采用定期预防试验来对电缆及电气设备的绝缘状态进行诊断，但是随着电缆线路越来越长，应用预防性试验会带来很多不必要的麻烦，需要耗费大量人力、物力及财力，而且预防性试验也存在着一些不足之处，主要有：第一，预防性试验必须在断电后才能对电缆及电气设备进行试验，而停电是电力系统中的一种事故，需要尽可能的减少这种事故的发生；第二，预防性试验选择性较差，这种方法不能有针对性的进行检测，都是要对全部的电缆进行试验，这样就会造成许多原本绝缘状态良好的电缆在施加高于其本身额定运行电压后会导致绝缘老化的速度加快。

在目前，单点接地的电力系统中已开始应用局部放电技术进行设备的绝缘在线检测，检测效果很好。但对于重复接地系统的局放检测技术存在分流和环流问题，这使得局部放电检测技术在此系统中无法应用。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是：解决局部放电技术在检测重复接地电力系统中存在的分流和环流问题以及解决局部放电检测的趋势预测的难题。

为解决上述技术问题，本发明专利采用的技术方案是：在检测回路中不检测接地回路中的高频电流信号；而是在单相电流回路或三相电流回路中接入高频脉冲电流传感器；三相回路中接入高频脉冲电流传感器时，将地线反向穿入高频脉冲电流传感器，为解决局部放电的趋势预测的技术难题，研发了局部放电量变化率的绝缘预测算法，精确的预测了绝缘寿命，提高了检测精度。

本发明的第一方面提供一种高低压电气设备绝缘在线检测回路，该检测回路安装在待检测电气设备的一次回路中，该一次回路为重复接地电力系统，其特征在于：在该一次回路的单相或三相回路中接入高频脉冲电流传感器，检测该一次回路中的高频脉冲信号。

优选地，在该一次回路的三相回路中接入高频脉冲电流传感器时，将地线反向穿入所述高频脉冲电流传感器。

本发明的第二方面提供一种高低压电气设备绝缘在线检测系统，其特征在于：该系统包括如权利要求1或2所述的高低压电气设备绝缘在线检测回路；

还包括一脉冲采集模块，所述脉冲采集模块与所述高频脉冲电流传感器连接，实时采集该一次回路中的高频脉冲信号；

信号分析模块，所述信号分析模块对脉冲采集模块输出的数字量进行分析和处理；以及

上位机，所述上位机与所述信号分析模块之间实现数据传输，并且对接收的数据进行存储以及处理。

优选地，所述信号分析模块包括：

一mcu模块，所述mcu模块与所述脉冲采集模块连接，接收所述脉冲采集模块采集的数据，将所述脉冲采集模块采集的电压值转化成局部放电参数；

与所述mcu模块连接的存储模块，所述存储模块与所述mcu模块连接，对局部放电参数进行存储；

报警模块，所述报警模块与所述mcu模块连接；以及

通讯模块，所述通讯模块与所述mcu模块连接，用于实现与上位机之间的数据传输。

本发明的第三方面提供一种高低压电气设备绝缘在线检测方法，其特征在于：采用如权利要求1或2的检测回路检测一次回路中的高频脉冲信号；

实时采集电气设备的原始脉冲数据，并以固定时间间隔t记录电气设备的放电原始参数，每次记录放电原始参数的采样时长为t；

采用局部放电量变化率的绝缘预测算法对电气设备的绝缘状态进行预测和诊断。

优选地，所述放电原始参数包括：采样时长t内的平均放电量qt、平均最大放电量qt'、放电频率以及放电能量；计算每个采样时长t内的最大放电量值，然后再对多个采样时长t内的最大放电量值取平均值得到所述平均最大放电量qt'。

优选地，局部放电量变化率的绝缘预测算法如下：

通过多次采样，得到n个采样时长t内的平均放电量qt1、qt2、qt3、……qtn，计算其平均增长速率k，并将这n个采样时长t内的平均放电量形成一个具有变化率k的曲线。

优选地，通过具有变化率k的曲线预测绝缘结构的剩余寿命。

优选地，设置一个平均放电量最大值阈值q1，该阈值即为通过介质击穿临界放电量，并对绝缘结构的剩余寿命进行计算，其剩余寿命lr＝(平均放电量最大阈值q1-当前平均放电量q)/平均变化率k。

优选地，采用小波分析和fft分析联合对采集到的信号进行处理，提取出有效信号。

本专利具有的优点和积极效果是：1、不改变一次系统的结构，只是通过二次系统的高频电流信号的采集和分析解决了电气设备绝缘检测的技术难题；2、解决了局部放电检测技术在重复接地电力系统中分流和环流的检测难题，使局放检测技术可以用在企业级的400v、6kv、10kv、35kv的电力系统中，增大了局放检测技术的应用范围；3、基于局部放电量变化率的绝缘预测算法对电缆的绝缘状态进行诊断并预测其未来绝缘状态变化趋势及绝缘寿命，首次研发出绝缘的未来发展的预测技术，大大提高了绝缘检测的灵敏性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的检测回路的结构示意图；

图2是本发明的第二实施例的检测回路的结构示意图；

图3是本发明的高低压电气设备绝缘在线检测系统的结构示意图；

图4是本发明的变化率曲线图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。

第一方面：

如图1和图2所示，本发明提供一种高低压电气设备绝缘在线检测回路，该检测回路安装在待检测电气设备的一次回路中，该一次回路为重复接地电力系统，在该一次回路的单相或三相回路中接入高频脉冲电流传感器，检测该一次回路中的高频脉冲信号。

所述一次回路中一端为供电电源，另一端接电气设备，且电气设备一端为重复接地，在重复接地的系统中，如果检测接地回路中的高频电流信号，则会产生分流以及环流问题。本发明通过采用在单相或三相回路中接入高频脉冲电流传感，解决局部放电技术在检测重复接地电力系统中存在的分流和环流问题。

在本发明的一个优选的实施例中，该检测回路10安装在待检测电气设备的一次回路中，该一次回路为重复接地电力系统，在该一次回路的单相回路中接入高频脉冲电流传感器101，即在该一次回路的a相、b相或c相中的一相回路中接入电流互感器101；在所述一次回路的单相回路中接入高频脉冲电流传感器101，所述高频脉冲电流传感器检测到的高频脉冲信号为该单相回路的脉冲电流信号，该单相回路中不存在分流以及回流，所以其检测到的信号准确度很高。

在本发明的又一个优选的实施例中，该检测回路20安装在待检测电气设备的一次回路中，该一次回路为重复接地电力系统，在该一次回路的三相回路中接入高频脉冲电流传感器201，且需要将地线202反向穿入所述高频脉冲电流传感器201；在该一次回路的三相回路中接入高频脉冲电流传感器时，高频脉冲电流传感器中流过接地干扰信号，电缆的接地高频信号和外来高频信号会产生干扰，对检测精度影响极大，将地线反向穿入所述高频脉冲电流传感器，地线中的干扰信号幅值大小相等相位相反互相抵消，解决了地线的干扰问题，使得测量的信号更加准确。

第二方面：

本发明第二方面提供一种高低压电气设备绝缘在线检测系统，该系统包括一高低压电气设备绝缘在线检测回路；该检测回路安装在待检测电气设备的一次回路中，该一次回路为重复接地电力系统，在该一次回路的单相或三相回路中接入高频脉冲电流传感器，检测该一次回路中的高频脉冲信号。还包括一脉冲采集模块，信号分析模块以及上位机，所述脉冲采集模块与所述高频脉冲电流传感器连接，实时采集该一次回路中的高频脉冲信号；所述信号分析模块一端与所述脉冲采集模块连接，另一端与所述上位机连接，所述信号分析模块用于对所述脉冲采集模块采集的信号进行分析，并将该分析结果传输给所述上位机，所述上位机与所述信号分析模块之间实现数据传输，并且对接收的数据进行存储以及处理。

如图3所示，在本发明的一个优选的实施例中，以检测回路20为例，所述检测回路20中的频脉冲电流传感器201连接所述脉冲采集模块30，所述高频脉冲电流传感器20采集一次回路中的局部放电信号，并通过所述脉冲采集模块30传输给所述信号分析模块40，所述信号分析模块40对所述脉冲采集模块30采集的信号进行分析，并将该分析结果上传至上位机50。

在本发明的一个具体的实施例中，所述高频脉冲电流传感器201的采集频率是0.2mhz～25mhz，输出接口采用bnc公头，匹配阻抗为50ω。

所述数据采集模块30采用4通道采集卡，在4条通道上每条通道可以最高实现250ms/s的实时采样率；所述高频脉冲电流传感器201将采集到的高频脉冲信号转换成电压信号，传输给所述信号分析模块40，所述信号分析模块40对所述数据采集模块30输出的数字量进行分析和处理，对信号的信息进行计算得出：最大放电量、平均放电量、1s放电脉冲数、放电能量、噪声水平、放电相位等局部放电参数，并将计算结果送入上位机50分析系统中进行分析，判断出绝缘的优劣。

在本发明的一个优选的实施例中，所述信号分析模块包括：一mcu模块、存储模块、报警模块、以及通讯模块；所述mcu模块与所述脉冲采集模块连接，接收所述脉冲采集模块采集的数据，将所述脉冲采集模块采集的电压值转化成局部放电参数，包括：最大放电量、平均放电量、放电脉冲数、放电能量、噪声水平、放电相位等局部放电参数；所述存储模块与所述mcu模块连接，对局部放电参数进行存储；所述报警模块和所述通讯模块与所述mcu模块连接。

第三方面：

进一步地，本发明提供一种高低压电气设备绝缘在线检测方法，包括：

在该一次回路的单相或三相回路中接入高频脉冲电流传感器，该一次回路为重复接地电力系统，检测该一次回路中的高频脉冲信号，且在该一次回路的三相回路中接入高频脉冲电流传感器时，需要将地线反向穿入所述高频脉冲电流传感器；

实时采集电气设备的原始脉冲数据，并以固定时间间隔t记录电气设备的放电原始参数，每次记录放电原始参数的采样时长为t；

采用局部放电量变化率的绝缘预测算法算法对电气设备的绝缘状态进行预测和诊断。

本发明检测一次回路中的相电流，解决局部放电技术在检测重复接地电力系统中存在的分流和环流问题，然后以固定时间间隔t对该相电流进行采样，且每次采样的采样时长为t，采集的相电流进行分析，得到待检测设备的放电原始数据，所述放电原始参数包括：采样时长t内的平均放电量qt、平均最大放电量qt'、放电频率以及放电能量；计算每个采样时长t内的最大放电量值，然后再对多个采样时长t内的最大放电量值取平均值得到所述平均最大放电量qt'。

同时，对原始参数进行分析，将其与绝缘老化过程中各个阶段结合起来，对电力设备的绝缘状态进行诊断并预测其未来绝缘状态变化趋势及绝缘寿命。

在该方法中，采集采样时长t内的平均放电量qt、平均最大放电量qt'，在绝缘结构逐渐老化的过程中，其局部放电量越来越大，通过多次采样，得到n个采样时长t内的平均放电量qt1、qt2、qt3、……qtn，计算其平均增长速率k，并将这n个采样时长t内的平均放电量形成一个具有变化率k的曲线，如图4所示，该曲线与x轴的夹角为θ，则k＝tanθ。通过计算出平均增长速率，得出一个对绝缘结构老化程度的预测曲线，通过该曲线预测出绝缘结构的剩余寿命。

设置一个平均放电量最大值阈值q1，该阈值即为介质击穿临界放电量，通过上述n个采样时长t内的平均放电量形成的变化率曲线，对绝缘结构的剩余寿命进行计算，由变化率图4可知，其剩余寿命lr＝(平均放电量最大阈值q1-当前平均放电量q)/平均变化率k。

根据上述方法当计算出剩余寿命lr，可以通过计算的剩余寿命，对设备绝缘所处阶段进行判断。

为了降低数据量但保证数据有效性和实时性，基于局部放电的发展特点，在本发明的一个优选的实施例中，本发明设置固定时间间隔t为1-600min对数据进行一次采集，每次采集时长t为20-1000ms，采用小波分析和fft分析联合对采集到的信号进行处理，提取出有效信号；并计算每个采集时长t内的平均放电量、平均最大放电量(先计算每个周期20ms中的最大值，再对多个周期最大值取平均值)、放电频率、放电能量；并从多个维度分析放电量、放电脉冲频率、放电最大值、放电能量长期发展过程和规律，将其与电气设备绝缘老化过程中电树枝发展各个阶段结合起来，基于局部放电量变化率的绝缘预测算法对电气设备的绝缘状态进行诊断并预测其未来绝缘状态变化趋势及绝缘寿命。

现阶段电力设备检测系统大多应用周期巡视的维修体系，该方法在预防设备事故的发生以及保证供电安全可靠方面发挥了巨大的作用，但是这些方法也存在一些明显的不足；这些方法是周期性的检查和维修，即使设备的状态良好，按照计划也需要进行试验和维修，可能出现过度维修的情况；另一方面，由于周期性的检查不是连续的实时监测，电气设备的绝缘状况仍有可能在检测的间隔期内出现问题。本发明的高低压电气设备绝缘在线检测系统，实现了对重复接地电力系统绝缘的实时监测，本发明对电力设备进行长期的局部放电原始数据进行在线监测和存储，并从多个维度进行分析，将其与电缆绝缘老化过程中电树枝发展各个阶段结合起来，对电力设备的绝缘状态进行诊断并预测其未来绝缘状态变化趋势及绝缘寿命。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。