一种开关柜的局部放电和温度联合在线监测系统的制作方法

一种开关柜的局部放电和温度联合在线监测系统
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技术领域
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本发明涉及电气设备监测技术领域，具体涉及一种开关柜的局部放电和温度联合在线监测系统。


背景技术：

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电气设备在运行过程中，由于负荷超载或导体接触不良等原因会导致温度升高及局部放电现象，如不能及时发现，高温会使相邻的绝缘部件性能劣化，甚至发生局部放电与击穿。其中，开关柜作为电力系统中的关键设备，承担着发电、输电、配电、电能转换的功能，进行开合、控制和保护用电设备。因此，对开关柜进行的温度以及局部放电在线监测是被普遍关注的问题，特别是对其中一次高压电缆回路连接点的温度和局部放电在线监测，因为电缆接线头局部放电严重时可能会导致变电站跳闸，造成大范围停电。
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现有的温度测量装置大多采用红外辐射等非接触试测量开关柜的外表温度。这种方法受周围环境、外界温度影响较大。而且红外辐射一旦受到遮挡就无法准确测量，同时传感器与开关柜的连接方式大多是采用普通夹子将测试线与开关柜夹在一起，现有的测量方式与开关柜的固定不够可靠，测量的局放数据容易受到外部环境干扰，不够精准，给局放的判断带来难度。
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而现有局部放电监测一般是通过传感器获取局部放电脉冲信号，再通过分析放电数据来判断局部放电类型及发生位置。但局放信号是瞬间信号，且运行环境中存在着大量复杂的干扰信号，导致难以获得理想的监测效果。


技术实现要素：

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本发明的目的在于提供一种开关柜的局部放电和温度联合在线监测系统，解决现有开关柜监测易受环境干扰、监测效果不理想的问题。
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为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种开关柜的局部放电和温度联合在线监测系统，其特征在于：包括电源模块、分布式光纤传感器、运算放大模块、信号处理模块、微处理器、信号传输模块、运行管理服务器和云端监测平台，所述分布式光纤传感器、信号放大模块、信号处理模块、微处理器、信号传输模块、运行管理服务器、云端监测平台依次信号连接，电源模块与分布式光纤传感器、运算放大模块、信号处理模块、微处理器、信号传输模块分别电连接；所述分布式光纤传感器的探头由温度传感器和光纤等离子体共振传感器构成，且探头贴合待测电缆布置。
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更进一步的技术方案是所述分布式光纤传感器还包括传输光纤、耦合器、滤波器、光源、光电放大器和示波器，传输光纤一端与探头连接，传输光纤另一端与耦合器连接，耦合器一端与滤波器、光源依次连接，耦合器另一端与光电放大器、示波器依次连接。
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更进一步的技术方案是所述光纤等离子体共振传感器为镀有金属膜的光纤纤芯。
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更进一步的技术方案是所述电源模块由电流互感器和稳压模块构成，电流互感器穿接在待测电缆上，且与稳压模块电连接。
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更进一步的技术方案是所述信号处理模块为高速瞬态记录仪和波长扫描干涉仪，高速瞬态记录仪处理温度传感器的采样信号，波长扫描干涉仪处理光纤等离子体共振传感器采集的局部放电信号。
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工作原理：将分布式光纤传感器贴合待测电缆布置，按实际监测点需求进行传感器的布置，其中，温度传感器将采集到的温度信号经信号放大模块放大后，再经高速瞬态记录仪将模拟信号转化为数字信号，自动传输给微处理模块；光纤等离子体共振传感器将采集的局部放电信号经信号放大模块放大后，再经波长扫描干涉仪将波形信号传输给微处理模块。微处理模块按设定时间间隔将温度和局部放电信号通过信号传输模块传输给运行管理服务器，运行管理服务器通过以太网传输给云端监测平台，通过云端监测平台将温度及局部放电信号进行显示、分析，通过与设定阈值进行比对后进行预警。
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与现有技术相比，本发明的有益效果是：1. 将温度监测与局部放电监测的传感器集成在一个分布式光纤传感器的探头内，通过一个探头同步获取待监测电缆的温度和局部放电信号，有效监测电缆过热可能引发的设备缺陷以及局部放电可能引发的电缆击穿危害，同时光信号能够在开关柜复杂电磁环境下不受干扰的正常运行，使得整个在线监测系统的抗干扰性更好，测量更加准确，响应更为迅速，监测效果得到大大改善。
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2. 通过电流互感器进行取电，解决了电池电源寿命短需要经常替换、工频取电不够便捷的问题。
附图说明
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图1为本发明的原理框图。
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图2为本发明中分布式光纤传感器的结构示意图。
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图中：1-电源模块，2-分布式光纤传感器，3-运算放大模块，4-信号处理模块，5-微处理器，6-信号传输模块，7-运行管理服务器，8-云端监测平台，201-探头，202-传输光纤，203-耦合器，204-滤波器，205-光源，206-光电放大器，207-示波器。
具体实施方式
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为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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图1示出了一种开关柜的局部放电和温度联合在线监测系统，包括电源模块1、分布式光纤传感器2、运算放大模块3、信号处理模块4、微处理器5、信号传输模块6、运行管理服务器7和云端监测平台8，所述分布式光纤传感器2、信号放大模块3、信号处理模块4、微处理器5、信号传输模块6、运行管理服务器7、云端监测平台8依次信号连接，电源模块1与分布式光纤传感器2、运算放大模块3、信号处理模块4、微处理器5、信号传输模块6分别电连接。
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如图2所示，所述分布式光纤传感器2包括探头201、传输光纤202、耦合器203、滤波器204、光源205、光电放大器206和示波器207，传输光纤202一端与探头201连接，传输光纤
202另一端与耦合器203连接，耦合器203一端与滤波器204、光源205依次连接，耦合器203另一端与光电放大器206、示波器207依次连接。所述分布式光纤传感器2的探头201由温度传感器和光纤等离子体共振传感器构成，且探头201贴合待测电缆布置。分布式光纤传感器2设置在开关柜内，采用光纤温度传感器，因其对温度敏感，绝缘性能良好，抗干扰能力强，不受开关柜内强电磁环境影响，测量更加准确。所述光纤等离子体共振传感器为镀有金属膜的光纤纤芯，具体地，将光纤末端一小段外包层去掉，然后在纤芯表面镀上一层薄薄的金属膜，通过测光谱来检测与金属膜接触的光电子，从而解析得到局部放电信号。
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所述电源模块1由电流互感器和稳压模块构成，电流互感器穿接在待测电缆上，且与稳压模块电连接。开关柜内一般没有可靠的二次电源，使用电池电源需面临容量衰减需要更换的问题，而外接工频电源不够便捷。通过将待测电缆穿过电流互感器获取电能后，通过稳压模块将电压降至12v、5v为分布式光纤传感器2、运算放大模块3、信号处理模块4、微处理器5、信号传输模块6供电，取电方式安全可靠。
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所述信号处理模块4为高速瞬态记录仪和波长扫描干涉仪，高速瞬态记录仪处理温度传感器的采样信号，波长扫描干涉仪处理光纤等离子体共振传感器采集的局部放电信号。
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具体地，分布式光纤传感器2内的光源205发射激光脉冲，激光脉冲经滤波器204滤波后，进入耦合器203后在输出到传输光纤202内，由于光纤受温度影响的微观不均匀性导致激光脉冲在光纤内产生拉曼散射光，结合光时域反射，拉曼散射光信号反向传回至耦合器203，经光电放大器206、示波器207后转换为电信号。运算放大模块3将电信号放大后，由高速瞬态记录仪将其转化为数字信号，由微处理器5接收后，再通过信号传输模块6输出给运行管理服务器7。
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而局部放电产生的入射光入射到光纤等离子体共振传感器的金属膜上后，纤芯内传输的激光脉冲与金属膜上光电子信号相互作用，得到检测波长信号，经光电放大器206、示波器207后转换为电信号。运算放大模块3将电信号放大后，由波长扫描干涉仪将波形信号传输至微处理器5接收处理，波形信号包括波长、频率和相位。再通过信号传输模块6输出给运行管理服务器7。
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微处理器5选择基于arm的32位处理器stm32f103c8t6。该处理器宽电压电源输入，自带模数转换器，支持多种通信接口。该处理器工作于-40℃至105℃的温度范围，同时具有多种省电模式保证低功耗应用的要求，能够较好的满足系统的实际需求。微处理器5按设定时间将分布式光纤传感器2采集的温度和局部放电信号传递至运行管理服务器7。
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云端监测平台8为供pc端或移动终端访问的云端平台，具有实时温度监测、数据显示功能，当温度值超过预设阈值时，进行警报。当局部放电信号出现时，进行预警提示，以方便工作人员及时处理。
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尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对组成部件或布局进行多种变形和改进。除了对组成部件或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。