一种用于气体绝缘开关的局部放电在线监测系统及方法与流程

1.本发明属于电气监测技术领域，具体而言，涉及一种用于气体绝缘开关的局部放电在线监测系统及方法。


背景技术：

2.随着经济不断发展，电网规模不断发展扩大，气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear，gis)数量也在不断增加。gis是高压配电装置的一种形式，具有可靠、安全、检修周期长等优点，可以为电网配电系统的可靠运行提供保障，但由于安装、运行等原因会产生各类缺陷，如金属凸起、沿面污秽等，gis在运行过程中会产生局部放电，局部放电会造成电能的损耗，并会使绝缘材料加速老化，发展到一定程度会导致绝缘失效，另外，由于gis一般结构较复杂，价格较高，且gis一旦存在绝缘缺陷就将严重威胁到设备的安全运行，容易造成停电事故，停电检修程序复杂，耗时相对久，检修费用高，因此，局部放电的早期监测对于gis设备的检修、维护非常重要。
3.目前，现有的监测系统大多采用特高频检测的单一方式，容易受到周边通信设备或其他电磁波的干扰，无法有效准确地识别gis内部产生的局部放电，仍然依靠于人工进行现场排查，又因局部放电多为间歇性产生，排查效率和效果均不理想，费时费力，此外，传统监测系统无法判断局部放电的具体位置，给故障的原因分析和统计造成一定的局限，智能化程度不高。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种用于气体绝缘开关的局部放电在线监测系统及方法，通过多形式传感器采集gis的工作状态，从而消除监测干扰，准确判断局部放电故障，精确定位故障位置，并建立故障数据库，不断优化监测系统的判断。
5.鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
6.本发明提供一种用于气体绝缘开关的局部放电在线监测系统，包括采集系统、分析系统和服务器，
7.其中，所述采集系统包括采集探头和数据采集模块，所述采集探头用于实时监测局部放电产生的信号，所述数据采集模块用于收集监测到的信号并进行信号处理和转换，所述采集探头的输出端与所述数据采集模块的输入端电性连接；
8.所述分析系统包括故障分析模块、故障定位模块、故障预警模块和通讯模块，所述故障分析模块和所述故障定位模块均接收来自所述数据采集模块的信号，所述故障分析模块对信号数据进行计算，确定监测数据所对应的故障情况，所述故障定位模块对信号数据进行建模对比，得到局部放电信号的位置信息，所述故障预警模块与所述故障分析模块和所述故障定位模块电性连接，所述故障预警模块用于根据监测分析结果生成局部放电预警报告，所述故障预警模块与所述通讯模块电性连接，所述通讯模块用于将预警报告发送至所述服务器上；
9.所述服务器包括上位机和故障数据库，所述上位机用于实时显示监测信息并生成图表，后台管理人员通过所述上位机录入故障消除报告内容，所述故障数据库用于储存监测系统的运行日志。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述采集探头包括特高频传感器、超声波传感器、红外传感器、气体传感器和振动传感器，分别用于采集气体绝缘开关局部放电时的特高频信号、超声波信号、温度变化信号、气体分解产物浓度和机械振动信号，所述采集探头固定安装于气体绝缘开关的绝缘盆子处。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述数据采集模块固定安装于气体绝缘开关的支架上，所述数据采集模块包括依次电性连接的信号放大单元、信号检波单元和信号转换单元，所述信号放大单元用于将所述采集探头监测到的信号放大处理后传输至所述信号检波单元，所述信号检波单元将放大后的信号过滤整形，所述信号转换单元用于将整形后的信号进行模数转换，得到与信号相对应的数字信号，生成监测数据。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述故障分析模块包括统计单元和判断单元，所述统计单元提取各个传感器监测数据中的最大幅值与历史缺陷权重进行相乘计算，得到故障程度值，所述判断单元综合各个传感器的故障程度值，判断局部放电故障产生的真实性。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述故障定位模块包括建模单元和定位单元，所述建模单元根据监测数据的幅值变化和所述采集探头的位置建立虚拟模型，所述定位单元在虚拟模型内结合气体绝缘开关的结构根据同一时间节点下不同位置的传感器所对应的数据，确定放电位置。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述上位机与所述故障数据库电性连接，所述上位机包括故障评价模块，所述故障评价模块用于局部放电故障检修解除后，由管理人员录入故障评价报告，记录故障类型、排查原因以及检修措施，更新历史缺陷权重，并上传至故障数据库内储存。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述故障数据库与所述故障分析模块电性连接，所述故障分析模块在计算时调取所述故障数据库内的历史缺陷权重数值。
16.另一方面，一种用于气体绝缘开关的局部放电在线监测方法，包括以下步骤：
17.s1，信号采集，通过安装在气体绝缘开关上的采集探头实时同步获取特高频信号、超声波信号、温度变化信号、气体分解产物浓度和机械振动信号，并传输至数据采集模块进行信号放大、滤波整形和模数转换后得到相对应的监测数据并传输至分析系统；
18.s2，故障分析，统计单元调取故障数据库内的历史缺陷权重与各个传感器监测数据中的最大幅值进行相乘计算，得到故障程度值，判断单元根据故障程度值，判断局部放电故障产生的真实性，当故障为真实存在时，跳转至步骤s3，当故障不存在时，则跳转至步骤s1；
19.s3，故障定位，建模单元将监测数据的幅值变化和所述采集探头的位置建立虚拟模型，定位单元在虚拟模型内结合气体绝缘开关的结构根据同一时间节点下不同位置的传感器所对应的数据，确定放电位置，故障预警模块根据故障程度和位置信息生成预警报告，并通过通讯模块上传至服务器；
20.s4，故障排查，后台管理人员通过上位机接收到故障报告后立即安排人员进行排
查作业，待故障消除后，通过故障评价模块录入故障评价报告，更新历史缺陷权重，并储存至故障数据库内。
21.相对于现有技术，本发明的有益效果是：
22.(1)通过设置多种形式的传感器，实时监测气体绝缘开关局部放电的故障信号，有效防止单一传感器监测带来的数据干扰和精度不高的问题，提高了在线监测系统的可靠性和有效性，系统智能化程度高，降低人力成本；
23.(2)通过对监测数据结合历史权重的计算方式使容易发生故障的重点点位得到更加细致的监测，并通过判断逻辑抵抗监测数据的干扰，使监测系统故障分析判断的准确性更高，同时，在判断有故障发生后，通过建模对比的方式快速定位故障发生位置，为检修作业提供依据，加快排查速度和维修进度，提高检修效率；
24.(3)后台管理人员通过上位机录入故障评价报告，为故障检修累计经验，并通过数据库进行资料储存，方便资料的调取和查阅。
25.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，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它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
26.图1是本发明所公开的一种用于气体绝缘开关的局部放电在线监测系统的结构示意图；
27.图2是本发明所公开的一种用于气体绝缘开关的局部放电在线监测方法的流程示意图；
28.附图标记说明：100、采集系统；101、采集探头；1011、特高频传感器；1012、超声波传感器；1013、红外传感器；1014、气体传感器；1015、振动传感器；102、数据采集模块；200、分析系统；201、故障分析模块；2011、统计单元；2012、判断单元；202、故障定位模块；2021、建模单元；2022、定位单元；203、故障预警模块；204、通讯模块；300、服务器；301、上位机；3011、故障评价模块；302、故障数据库。
具体实施方式
29.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
30.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
32.实施例一
33.参照附图1所示，本发明提供一种技术方案：一种用于气体绝缘开关的局部放电在线监测系统，包括采集系统100、分析系统200和服务器300。
34.采集系统100包括采集探头101和数据采集模块102，采集探头101用于实时监测局部放电产生的信号，采集探头101包括特高频传感器1011、超声波传感器1012、红外传感器1013、气体传感器1014和振动传感器1015，分别用于采集气体绝缘开关局部放电时的特高频信号、超声波信号、温度变化信号、气体分解产物浓度和机械振动信号，采集探头101固定安装于气体绝缘开关的绝缘盆子处，采集探头101通过多种形式的传感器采集gis局部放电时的信号，减少传统使用单一的特高频传感器1011易收到干扰的问题，为故障分析判断提供依据，数据采集模块102用于收集监测到的信号并进行信号处理和转换，采集探头101的输出端与数据采集模块102的输入端电性连接，数据采集模块102固定安装于气体绝缘开关的支架上，数据采集模块102包括依次电性连接的信号放大单元、信号检波单元和信号转换单元，信号放大单元用于将采集探头101监测到的信号放大处理后传输至信号检波单元，信号检波单元将放大后的信号过滤整形，信号转换单元用于将整形后的信号进行模数转换，得到与信号相对应的数字信号，生成监测数据，数据采集模块102将传感器的脉冲电信号统一处理转换为数字信号，得到与电信号大小相匹配的数值。
35.分析系统200包括故障分析模块201、故障定位模块202、故障预警模块203和通讯模块204，故障分析模块201和故障定位模块202均接收来自数据采集模块102的信号，故障分析模块201对信号数据进行计算，确定监测数据所对应的故障情况，故障定位模块202对信号数据进行建模对比，得到局部放电信号的位置信息，故障预警模块203与故障分析模块201和故障定位模块202电性连接，故障预警模块203用于根据监测分析结果生成局部放电预警报告，故障预警模块203与通讯模块204电性连接，通讯模块204用于将预警报告发送至服务器300上，预警报告记录有故障信息，提示后台管理人员及时安排人员排查检修；
36.其中，故障分析模块201包括统计单元2011和判断单元2012，统计单元2011提取各个传感器监测数据中的最大幅值与历史缺陷权重进行相乘计算，得到故障程度值，判断单元2012综合各个传感器的故障程度值，判断局部放电故障产生的真实性，判断单元2012内预存有故障预警阈值，当计算得到的各个传感器故障程度值超过阈值时则判断该传感器对应的类型存在故障，由于特高频传感器1011和超声波传感器1012所能检测出的局部放电形式不同，且部分放电形式或放电幅值较小的故障情况不产生升温和振动，但一定会造成gis内气室气体分解产生hf和so2，故判断单元2012的判断逻辑为只要气体传感器1014检测到的气体浓度超过阈值，则判断为故障发生，而另外四类传感器中同时有两类的监测数据超过阈值则判断为故障发生，通过此逻辑可排除外界干扰，提高故障分析的准确性。在判断有故障发生后，故障定位模块202启动进行故障位置的计算定位，降低了系统的运算压力，保证监测系统的稳定运行。
37.故障定位模块202包括建模单元2021和定位单元2022，建模单元2021根据监测数据的幅值变化和采集探头101的位置建立虚拟模型，定位单元2022在虚拟模型内结合气体绝缘开关的结构根据同一时间节点下不同位置的传感器所对应的数据，确定放电位置，由于信号传播的速率，不同位置的传感器接收到的信号大小不同，信号幅值越大，越接近放电源的位置，由此结合传感器与被监测设备的安装位置计算得到放电源的准确位置，管理人
员通过比对被监测设备的组成，即可得到局部放电故障的原因，节省了现场排查的时间和速度，提高检修效率。
38.服务器300包括上位机301和故障数据库302，上位机301用于实时显示监测信息并生成图表，后台管理人员通过上位机301录入故障消除报告内容，上位机301可以是电脑、手机或平板，方便后台管理人员的操作，故障数据库302用于储存监测系统的运行日志，上位机301与故障数据库302电性连接，上位机301包括故障评价模块3011，故障评价模块3011用于局部放电故障检修解除后，由管理人员录入故障评价报告，记录故障类型、排查原因以及检修措施，更新历史缺陷权重，并上传至故障数据库302内储存，管理人员在录入评价报告时，根据故障造成的事故影响选择当前故障的严重等级，保存至故障数据库302后，故障数据库302根据等级自动增加对应量的历史缺陷权重，故障数据库302内储存的内容可通过上位机301获取权限后调取查阅，方便故障的统计和查看。
39.在本发明实施例中，故障数据库302与故障分析模块201电性连接，故障分析模块201在计算时调取故障数据库302内的历史缺陷权重数值，历史权重数值在每次故障发生后更新，使下一次故障的监测分析更加精准。
40.实施例二
41.参照附图2所示，本发明实施例另提供的一种用于气体绝缘开关的局部放电在线监测方法，包括以下步骤：
42.s1，信号采集，通过安装在气体绝缘开关上的采集探头101实时同步获取特高频信号、超声波信号、温度变化信号、气体分解产物浓度和机械振动信号，并传输至数据采集模块102进行信号放大、滤波整形和模数转换后得到相对应的监测数据并传输至分析系统200；
43.s2，故障分析，统计单元2011调取故障数据库302内的历史缺陷权重与各个传感器监测数据中的最大幅值进行相乘计算，得到故障程度值，判断单元2012根据故障程度值，判断局部放电故障产生的真实性，当故障为真实存在时，跳转至步骤s3，当故障不存在时，则跳转至步骤s1；
44.s3，故障定位，建模单元2021将监测数据的幅值变化和所述采集探头101的位置建立虚拟模型，定位单元2022在虚拟模型内结合气体绝缘开关的结构根据同一时间节点下不同位置的传感器所对应的数据，确定放电位置，故障预警模块203根据故障程度和位置信息生成预警报告，并通过通讯模块204上传至服务器300；
45.s4，故障排查，后台管理人员通过上位机301接收到故障报告后立即安排人员进行排查作业，待故障消除后，通过故障评价模块3011录入故障评价报告，更新历史缺陷权重，并储存至故障数据库302内。
46.在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
47.本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和
软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
48.结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、cd-rom或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于asic中。该asic可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。
49.对于软件实现，本技术中描述的技术可用执行本技术所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。
50.上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。