一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备的制作方法

一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备
【技术领域】
1.本实用新型涉及电力及通讯技术领域，具体涉及一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备。


背景技术：

2.伴随着国家经济发展，电网的发展也是发展迅速，对电网的安全稳定供电提出了越来越高的要求。电网设备的运行状态对电网的可靠性影响巨大，特别是高电压转低电压的变压器设备、配电的开关柜设备、高压电缆，一旦出现故障，往往会造成巨大的经济损失和社会影响，因此，提高电力设备的运行可靠性具有重要意义。绝缘体中只有局部区域发生的放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，可以发生在导体附近，也可以发生在其他地方，这种现象称为局部放电，简称局放；局部放电现象，主要指的是高压电气设备，据电网统计，局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的重要原因，也是绝缘劣化的重要标征。
3.电力行业传统设备安全检测大多采用人工定期检测的方式，人工检测具有劳动强度大，危险系数高等明显缺点。从经济角度分析，定期检测如果发现问题，故障可能已持续相当长时间，往往需要停电大修，定期大修和更换部件的投资，造成巨大的人、财、物的浪费。从技术角度分析，多数项目是在低电压下进行检查，很可能发现不了绝缘缺陷和潜在的设备运行故障(如异常高温)，绝缘的劣化、缺陷、设备运行温度异常发展有一定的潜伏和发展时间，而定期检测常常不能及时准确的发现故障，从而出现漏报、误报或早报。因为定期检测方式存在如上描述的局限性，所以在线监测设备的发展势在必行。
4.同时，目前市场上也有一些电力设备局部放电在线监测设备，但检测手段比较单一，例如只有uhf特高频局部放电、或暂态地电压、或超声波局部放电检测、或高频局部放电检测其中的一种检测方式；且这些在线监测设备安装在开关柜外部，容易被外界信号干扰，造成信号识别的困难与错误报警。
5.特高频(uhf)是指波长范围为1m～1dm，频率为300～3000mhz的无线电波，常用于移动通信和广播电视领域。
6.暂态地电压(transient earth voltages)检测技术是一种检测电力设备内部绝缘缺陷的技术，广泛应用于开关柜、环网柜、电缆分支箱等配电设备的内部绝缘缺陷检测；但由于暂态地电压脉冲必须通过设备金属壳体间的间断处由内表面传至外表面方可被检测到，因此该检测技术不适用于金属外壳完全密封的电力设备。tev传感器是为测量高压开关柜内局部放电产生的暂态地电波而设计的高灵敏度传感器。
7.poe供电是指现有的以太网cat
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5布线基础架构，在不用做任何改动的情况下，借助一根常规以太网线缆在传输数据的同时供应电力，从而保证该线缆在为以太网终端设备如ip电话机、无线局域网接入点ap、安全网络摄像机以及其他一些基于ip的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电能力的集成电源模块。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是，提供一种集成多种局部放电检测参数、极大提高开关柜内部局部放电信号故障诊断成功率与及时发现率的在线监测设备。
9.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备，上述在线监测设备包括后台终端、cpu主控模块、uhf特高频局部放电信号采集模块、暂态地电压局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块、以及网口通讯模块；上述cpu主控模块通过通讯接口与网口通讯模块、uhf特高频局部放电信号采集模块、暂态地电压局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块通信连接，通过网口通讯模块经过网线将数据传输给后台终端；上述后台终端用于局部放电信号的智能判断与识别，对上述的uhf特高频局部放电信号采集模块、暂态地电压局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块输出的局部放电检测信号进行融合汇总，分析电力设备是否发生局部放电现象并判定开关柜内是否有局部放电发生。
10.优选地，上述uhf特高频局部放电信号采集模块包括uhf传感器、uhf滤波器、uhf信号放大电路、uhf信号检波电路、以及uhf信号峰值保持和采样电路。
11.优选地，上述暂态地电压局部放电检测模块包括tev传感器、tev滤波电路、tev信号放大电路、tev信号放大与基准值比较电路、以及tev信号采样与分析电路。
12.优选地，上述超声波局部放电检测模块包括超声波传感器、超声波前级放大电路、超声波滤波电路、超声波后级放大电路、以及超声波信号采样与分析电路。
13.优选地，上述在线监测设备安装在开关柜内部。
14.优选地，上述在线监测设备还包括温湿度传感器模块、可见光摄像头模块、以及红外成像测温模块；上述cpu主控模块通过通讯接口与温湿度传感器模块、可见光摄像头模块、红外成像测温模块通信连接，通过网口通讯模块经过网线将数据传输给后台终端；上述后台终端还用于对上述的可见光摄像头模块拍摄的视频和图片信号进行处理并进行异物入侵识别、对上述的红外成像测温模块输出的温度红外信号进行分析诊断电力设备异常高温点。
15.优选地，上述可见光摄像头模块包括红外补光灯、白色补光灯、白天与晚上自动切换的红外滤光片、以及信号处理cpu。
16.优选地，上述在线监测设备还包括poe供电模块，所述cpu主控模块通过 poe供电模块控制各模块的上下电。
17.优选地，上述的后台终端设有监控显示器、语音报警装置、以及app软件模块，用于设备故障预警与提示、实时查看与接收设备运行状态。
18.优选地，上述通讯接口包括但是不限于usb、adc、i2c、spi、以及mipi 接口。
19.本实用新型与现有技术相比较具有以下有益技术效果：通过多功能模块的配合，可以实现对电力设备多参量进行实时在线监测并在后台进行计算处理，使用户可以及时了解到设备运行状态信息，并提供设备故障预警与提示，并且还支持手机app安装实时查看与接收设备运行状态功能，从而更能满足使用者的需求；系统能自动进行连续监测、数据处理和存储；系统具有自检和报警功能；系统具有良好的抗干扰能力和合理的检测灵敏度；降低人力物力支出，节省成本；uhf特高频局部放电检测模块、暂态电压局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块三种局部放电信号检测模块安装在开关柜内部，相比于传统在线监测
设备安装在开关柜箱体外，可以有效避开外界干扰信号，提高局部放电信号的提前发现率以及检测灵敏度；3种检测方式协同配合，可以有效提高开关柜内部局部放电信号故障诊断成功率与及时发现率。
【附图说明】
20.图1是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备组成框图。
21.图2是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备可见光摄像头组成框图。
22.图3是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备uhf特高频局部放电组成框图。
23.图4是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备暂态地电压局部放电组成框图。
24.图5是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备超声波局部放电组成框图。
【具体实施方式】
25.为使本实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义。
27.下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步描述。
28.实施例1
29.本实施例实现一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备。
30.附图1是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备组成框图。如图1所示，本实施例一种安装在开关柜内部的多参量在线监测设备，所述在线监测设备包括cpu主控模块、温湿度传感器模块、可见光摄像头模块、红外成像测温模块、网口通讯模块、uhf特高频局部放电信号采集模块、暂态地电压局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块，poe供电模块；所述cpu主控模块通过通讯接口(usb、adc、i2c、spi、mipi等接口)与温湿度传感器模块、可见光摄像头模块、红外成像测温模块、网口通讯模块、uhf 特高频局部放电信号采集模块、暂态地电压局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块实现通信连接，最终由网口通讯模块通过网线将数据传输给后台终端；cpu主控模块通过控制信号控制各模块的上下电，需要那个模块工作，就给哪个模块上电，不需要工作的模块不上电，可以控制系统整体功耗；所述温湿度传感器模块实时检测开关柜设备内部当前运行环境的温度与湿度，并在 cpu主控模块输出的控制信号控制下将温度和湿度信号通过i2c通讯接口同步传
输给所述cpu主控模块，最终由网口通讯模块通过网线将数据传输给后台终端；所述可见光摄像头模块包括多个带有补光灯和可切换滤光片的智能摄像头，用于在线视频监控和现场图片拍摄，并在cpu主控模块输出的控制信号控制下将视频和/或图片信号通过mipi通讯接口同步传输给所述cpu主控模块，最终由网口通讯模块通过网线将数据传输给后台终端，后台终端对视频和/或图片信号进行处理并进行异物入侵识别；所述红外成像测温模块包括红外测温仪，所述红外测温仪对电力设备主体进行温度检测，并在cpu主控模块输出的控制信号控制下将红外检测信号通过usb通讯接口同步传输给所述 cpu主控模块，最终由网口通讯模块通过网线将数据传输给后台终端，后台终端分析红外信号进行电力设备异常高温点诊断；所述uhf特高频局部放电信号采集模块包括uhf传感器和信号处理单元，cpu主控模块通过adc接口实时读取该模块输出值并通过usb接口传送给网口通讯模块，并最终由网口通讯模块通过网线传输给后台终端，带有局部放电诊断单元的后台终端分析接收的局部放电检测信号，分析电力设备是否发生局部放电现象并判定开关柜内是否有局部放电发生；所述暂态地电压局部放电检测模块因为安装在开关柜内部，具有外界干扰信号少的特点，因而检测系统受外界干扰影响小，可以极大的提高电气设备局部放电检测，特别是在线检测的可靠性和灵敏度，用于开关柜在线监测有明显的优点。在cpu主控模块输出的控制信号控制下将处理后的暂态地电压局部放电检测信号通过io通讯接口同步传输给所述cpu主控模块，最终由网口通讯模块通过网线将数据传输给后台终端，带有局部放电诊断单元的后台终端分析接收的局部放电检测信号，分析电力设备是否发生局部放电现象并判定开关柜内是否有局部放电发生；所述超声波局部放电检测模块用于检测开关柜内部有局部放电时释放出的超声波信号，在cpu主控模块输出的控制信号控制下，通过cpu主控模块的adc接口读取该模块输出数据，最终由网口通讯模块通过网线将数据传输给后台终端，带有局部放电诊断单元的后台终端分析接收的局部放电检测信号，分析电力设备是否发生局部放电现象并判定开关柜内是否有局部放电发生；所述poe供电模块通过poe网线向各模块供给直流电，以减少额外电源供给；所述网口通讯模块采用lan接口，主要负责将cpu主控模块收集到的各模块数据，通过lan口送到后台终端，实现与后台终端的信号交互。
31.优选的，所述可见光摄像头模块主要包括红外补光灯、白色补光灯、白天与晚上自动切换的红外滤光片、信号处理cpu等电路，可以实现白天晚上自动识别补光，并通知软件进行效果处理。
32.优选的，所述uhf特高频局部放电信号采集模块包含uhf传感器、uhf 滤波器、信号放大电路、检波电路、峰值保持和采样电路；所述暂态地电压局部放电检测模块包含tev传感器、滤波电路、信号放大电路、信号放大与基准值比较电路、信号采样与分析电路；所述超声波局部放电检测模块包含超声波传感器、前级放大电路、滤波电路、后级放大电路与信号采样与分析电路。
33.优选的，系统集成了可见光摄像头模块与红外成像测温模块，在线对被监测对象进行查看与温度测量，准确发现设备高温度区域，结合后台终端的软件，实现高温预警功能，提高被检测对象温度数据及时率、准确率及有效性，实现早期发现缺陷，判断缺陷位置。
34.优选的，系统集成了uhf特高频局部放电检测模块、暂态电压局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块三种局部放电信号检测方法，同时配合后台终端软件，可以实现三种检测方式的相互配合在线诊断，有效提高开关柜内部局部放电信号的诊断成功率与发
现率。
35.本实施例通过上述多功能模块的配合，可以实现对电力设备多参量进行实时在线监测并在后台进行计算处理，使用户可以及时了解到设备运行状态信息，并提供设备故障预警与提示，并且还支持手机app安装实时查看与接收设备运行状态功能，从而更能满足使用者的需求；系统能自动进行连续监测、数据处理和存储；系统具有自检和报警功能；系统具有良好的抗干扰能力和合理的检测灵敏度；降低人力物力支出，节省成本。
36.本实施例uhf特高频局部放电检测模块、暂态电压局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块三种局部放电信号检测模块安装在开关柜内部，相比于传统在线监测设备安装在开关柜箱体外，可以有效避开外界干扰信号，提高局部放电信号的提前发现率以及检测灵敏度；3种检测方式协同配合，可以有效提高开关柜内部局部放电信号故障诊断成功率与及时发现率。
37.实施例2
38.本实施例实现一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备。
39.附图1是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备组成框图。如图1所示，本实施例一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备，所述在线监测设备主要包括cpu主控模块、可见光摄像头模块、红外成像测温模块、uhf特高频局部放电信号采集模块、暂态电压局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块、温湿度传感器模块、网口通讯模块、poe供电模块以及后台终端等。
40.其中，所述cpu主控模块通过通讯接口(usb、adc、i2c、spi、mipi 等接口)与温湿度传感器模块、可见光摄像头模块、红外成像测温模块、网口通讯模块、uhf特高频局部放电信号采集模块、暂态地电压局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块实现通信连接，进行数据处理与发送，最终通过网口通讯模块将数据传输给后台终端；cpu主控模块通过控制信号控制各模块的上下电，需要那个模块工作，就给哪个模块上电，不需要工作的模块不上电，可以控制系统整体功耗。
41.其中，所述温湿度传感器模块实时检测开关柜设备内部当前运行环境的温度与湿度，并在cpu主控模块输出的控制信号控制下将温度和湿度信号通过 i2c通讯接口同步传输给所述cpu主控模块，并最终通过网口通讯模块经由网线传输到后台终端。
42.附图2是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备可见光摄像头组成框图。如图2所示，其中，所述可见光摄像头模块包括多个带有补光灯和可切换滤光片的智能摄像头，用于在线视频监控和现场图片拍摄，并在 cpu主控模块输出的控制信号控制下将视频和/或图片信号通过通讯接口同步传输给所述cpu主控模块，并最终通过网口通讯模块经由网线传输到后台终端，后台终端对视频和图片信号进行处理并进行异物入侵识别。
43.具体在本实施例中，可见光摄像头模块包含了镜头、ccd感光芯片、红外补光灯、白色补光灯、滤光片切换电路。电路上配合无线通信模块，可实现白天晚上自动检测，并控制模组上滤光片切换电路，实现白天或者晚上拍照的不同效果。镜头、ccd感光芯片硬件电路等与现有技术中的结构相同，此处不再详细说明。
44.其中，所述红外成像测温模块包括红外测温仪，所述红外测温仪对电力设备主体进行温度检测，并在cpu主控模块输出的控制信号控制下将红外检测信号通过通讯接口同
步传输给所述通信模块，最终通过网口通讯模块经由网线传输到后台终端，后台终端分析红外信号进行电力设备异常高温点诊断。红外成像测温模块主要负责对被测对象进行温度的测试。该模块具有分辨力高、测试距离远、可距离补偿等特点，同时，可根据可见光图片与软件算法，实现异常高温点的诊断。
45.附图3是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备uhf特高频局部放电组成框图。如图3所示，其中，所述uhf特高频局部放电信号采集模块包括uhf传感器和信号调理单元，cpu主控模块通过adc接口实时采样该模块输出的经过处理后的局部放电数据，最终通过网口通讯模块经由网线传输到后台终端，带有局部放电诊断单元的后台终端分析接收的局部放电检测信号，分析电力设备是否发生局部放电现象并判定放电位置。
46.具体在本实施例中，所述uhf特高频局部放电信号采集模块采用1个uhf 传感器和信号调理电路，而其信号处理或分析的局部放电诊断单元则集成到后台终端。
47.uhf特高频局部放电信号采集模块的主要特点是可进行非接触测量，配合软体，可实现噪声分析与排除、局部放电信号的发现、趋势分析跟踪等功能。局部放电数据发送cpu主控模块后，再传送到后台终端，后台终端利用大数据与算法实现局部放电信号的判断与分析。
48.附图4是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备暂态地电压局部放电组成框图。如图4所示，其中，所述暂态地电压局部放电检测模块包括tev传感器、滤波电路、信号放大电路、信号比较电路、信号采样电路四个部分，在cpu主控模块输出的控制信号控制下将局部放电检测信号通过 io通讯接口同步传输给所述cpu主控模块，并最终通过网口通讯模块经由网线传输到后台终端，带有局部放电诊断单元的后台终端分析接收的局部放电检测信号，分析电力设备是否发生局部放电现象并判定放电位置。
49.具体在本实施例中，所述暂态地电压局部放电信号采集模块采用1个暂态地电压传感器和信号调理电路，而其信号处理或分析的局部放电诊断单元则集成到后台终端。
50.暂态地电压局部放电信号采集模块因为安装在开关柜内部，具有外界干扰信号少的特点，因而检测系统受外界干扰影响小，可以极大的提高电气设备局部放电检测，特别是在线检测的可靠性和灵敏度；同时配合软体，可实现噪声分析与排除、局部放电信号的发现、趋势分析跟踪等功能。局部放电数据发送 cpu主控模块后，再传送到后台终端，后台终端利用大数据与算法实现局部放电信号的判断与分析。
51.附图5是一种安装在开关柜内部的多参量在线局部放电监测设备超声波局部放电组成框图。如图5所示，其中，所述超声波局部放电检测模块包括超声波传感器、前级放大电路、滤波电路、后级放大电路、信号采样与分析共五部分。cpu主控模块通过adc接口实时采样该模块输出的经处理后的局部放电数据，最终通过网口通讯模块经由网线传输到后台终端，带有局部放电诊断单元的后台终端分析接收的局部放电检测信号，分析电力设备是否发生局部放电现象并判定放电位置。
52.具体在本实施例中，所述超声波局部放电信号采集模块采用1个超声波传感器和信号调理电路，而其信号处理或分析的局部放电诊断单元则集成到后台终端。
53.超声波局部放电信号采集模块因为安装在开关柜内部，具有外界干扰信号少的特点，因而检测系统受外界干扰影响小，可以极大的提高电气设备局部放电检测，特别是在线检测的可靠性和灵敏度；同时配合软体，可实现噪声分析与排除、局部放电信号的发现、趋
势分析跟踪等功能。局部放电数据发送cpu 主控模块后，再传送到后台终端，后台终端利用大数据与算法实现局部放电信号的判断与分析。
54.其中，所述poe供电模块通过poe网线向各模块供给直流电，以减少额外电源供给。该模块具有良好的emc性能。
55.其中，所述网口通讯模块主要提供有线的以太网数据传输方案。所述网口通讯模块采用lan接口将温湿度传感器模块、可见光摄像头模块、红外成像测温模块、uhf特高频局部放电信号采集模块、暂态地电压局部放电信号采集模块、超声波局部放电信号采集模块收集到的数据通过网线送到后台终端，后台终端可通过集成在其上的软件实现对在线检测设备的控制和信号的交互。
56.其中，所述后台终端为总控制器、监控主机等形式，可以扩展大数据平台和云平台，提供大数据支持和足够的存储空间。包含硬件形式的待处理器的主机、监控显示器、语音报警等；软件形式的监控数据处理软件，如采用各种算法的识别或判断算法，软件对收集的数据进行计算处理，有故障预警与提示功能。大数据后台嵌入人工智能算法，提高了监测数据及时率、准确率及有效性。
57.进一步的，所述后台终端还可以包括以个人手机、平板电脑等形式支持的 app软件，使得使用者可以实时查看和接收设备运行状态数据并及时接收报警信息。
58.本实施例提供的是一种安装在开关柜内部的、可对开关柜内部运行环境、是否有异常状态进行在线监测的系统设备。多物理量协同，集成局部放电、红外测温及视频图像等传感器，可实现远距离非接触采集信息，同时监测开关柜内部局部放电信号、红外热像、视频信息，实现多传感器的高效结合及协调诊断。因为安装在开关柜内部，可以有效的避开外界干扰信号，大大提高了开关柜内部局部放电信号发现的及时率、准确率及有效性。
59.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。