一种基于复合传感器的局部放电在线监测装置的制作方法

1.本实用新型属于电力设备绝缘检测技术领域，具体涉及了一种基于复合传感器的局部放电在线监测装置。


背景技术：

2.20世纪50年代以来，我国的电力公共事业发展迅速，到20世纪末，我国电力系统装机容量已超过14000万千瓦，年发电量也居世界前列。在我国电力系统电压等级不断升高的同时，人们越来越重视电力系统的安全稳定运行。严重的电气设备故障不但会造成大范围停电，给人们生活带来不便，也会给国民经济带来重大损失。
3.泛在电力物联网技术的研究与应用变得尤为重要。小型化、网络化是传感器的主要发展方向，通过在设备上部署传感器，实时采集设备状态信息。利用无线通信技术，将状态信息实时传送至监测中心，对设备海量状态数据进行综合分析和可视化显示，最终实现局部放电的智能在线监测。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对现有电气设备有线监测方式存在的问题，提供了一种基于复合传感器的局部放电在线监测装置。
5.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
6.一种基于复合传感器的局部放电在线监测装置，包括集成化传感器采集装置、集中器、主站、客户手机/平板端；所述集成化传感器采集装置与所述集中器通过无线网络连接；所述集中器与所述主站通过rs485连接；所述主站与所述客户手机/平板端通过无线网络连接。
7.作为本实用新型进一步说明，以上所述集成化传感器采集装置主要由长方形金属外壳、复合传感器、信号调理模块和主控模块组成；所述复合传感器安装在长方形金属外壳的前端；所述信号调理模块和主控模块安装在长方形金属外壳的内部；所述复合传感器的输出端与所述信号调理模块的输入端相连接；所述信号调理模块的输出端与所述主控模块相连接。
8.作为本实用新型进一步说明，以上所述复合传感器由特高频传感器、地电波传感器、超声波传感器和温度传感器集成组成。所述特高频传感器设计时选取检测频段为300～1500mhz；所述超声波传感器采用压电晶体的结构、谐振频率为40khz同时置于传感装置内部；所述地电波传感器采用单极天线的地电波传感器；所述温度传感器选用si7021；所述复合传感器通过总线方式与所述信号调理模块连接。
9.作为本实用新型进一步说明，以上所述信号调理模块包括滤波电路单元、增益切换电路单元、频带切换电路单元、信号检波电路单元、运放放大电路单元、ad转换电路单元和电源模块；所述信号调理模块用于对复合传感器采集的数据进行模拟信号处理。所述信号调理模块的各个单元电路均可以采用现有常规的相应功能的电路设计；所述电源模块选
取集成电路 max1606 和恒流二极管组成。
10.作为本实用新型进一步说明，以上所述主控模块包括主控处理单元、无线通讯模块、电源管理模块、按键开关和指示灯；所述按键开关和指示灯安装在长方形金属外壳的正面板上；所述主控模块用于进行模数转换及数据处理，并将处理后的数据通过无线通讯模块传输给集中器。所述无线通讯模块可以选用lora模块、4g模块、5g模块或者wifi模块。
11.作为本实用新型进一步说明，以上所述主控模块还设有rs485通讯接口。所述rs485通讯接口用于装置测试阶段时与无线通信数据做验证对比，为装置备份通讯接口，可使用芯力特公司的芯片 sit65hvd08dr。
12.所述主控模块采用具有多个模数转换通道，能够同时对各个通道进行并行采集的芯片。
13.作为本实用新型进一步说明，以上所述电源管理模块用于将锂电池电压转化为信号调理模块和主控模块中各个电路单元所需的供电电压。所述电源管理模块的功能通过u4芯片lm39100s-3.3来实现。
14.作为本实用新型进一步说明，以上所述长方形金属外壳的背面板为磁力面板。磁力面板即为采用具有磁力的材料制成的面板或者经过磁力处理的金属面板。
15.所述集成化传感器采集装置可以直接吸附与电力设备表面，复合传感器对准设备缝隙进行检测；可以对变电站中开关柜、环网柜、gis、电缆等设备进行整体监测。
16.作为本实用新型进一步说明，以上所述集中器主要由长方形金属外壳ⅰ、网络通信模块、信号调理模块ⅰ和arm处理器组成；所述网络通信模块包括无线通讯模块ⅰ、61850模块、rs485通讯接口ⅰ和usb接口。所述集中器具备无线、有线、61850通讯方式。所述arm处理器选取主频为800mhz的am3354。
17.作为本实用新型进一步说明，以上所述无线通讯模块ⅰ为lora模块、4g模块、5g模块或者wifi模块。
18.本实用新型进一步说明，所述的主站分别与集中器及客户手机/平板端相连接，是数据分析处理中心，对所述集成化传感器采集装置采集数据进行数据处理；根据不同传感器数据分析结果控制集成化传感器采集装置任意传感通道的组合采集数据。具体的：
19.复合传感器每路传感器数据同时采集，对处理后数据相同间隔时间传输至所述主站，默认设置时间为10分钟；
20.对所述复合传感器中tev传感器、uhf传感器、空气超声波（aa）传感器分别设置平均脉冲放电量阈值、平均脉冲频次阈值、prps谱图kl散度、幅值频次（q-n图）样本熵阈值；其中=提取的脉冲幅值/提取的脉冲个数，为1s内放电次数，=，=，为幅值频次序列在容限r下匹配m个点的概率，为幅值频次序列在容限r下匹配m+1个点的概率；
21.分别计算tev、uhf、aa的脉冲放电量值、、，平均脉冲频次值
、、，prps谱图kl散度、、，幅值频次（q-n图）样本熵值、、；
22.若某个(几个)传感器的脉冲放电量阈值、平均脉冲频次阈值、谱图正负半轴kl散度、幅值频次（q-n图）样本熵值均超过所设对应阈值，则数据分析处理中心下发调整间隔指令到集成化传感器采集装置端，缩短该路传感器通道上报数据间隔为原来时间间隔1/3，其余传感器通道上报数据间隔不变。
23.对缩短间隔后的传感器通道连续3次上传的数据做深度故障类型诊断，若诊断结果为异常，则保持该通道的采样间隔时间并发出报警，否则，数据处理中心下发调整间隔指令到集成化传感器采集装置，修改该通道的采样间隔调整为默认时间间隔，并与其余通道一致。
24.与现有技术先比较，本实用新型具有的有益效果如下：
25.1.本实用新型结构简单，集成化多类型传感器，且采用磁吸式安装方式，安装简单方便，可以同时测量多种电力设备的局放，使用灵活、方便。
26.2.本实用新型中的传感器采集端安装在待检测的电力设备上，对数据进行采集，各传感器采集装置采集数据通过无线方式上传到集中器，集中器将收集到的数据转发到主站系统，主站层对数据进行分析处理及故障诊断，客户可通过手机/平板端进行查看数据查看，实现对电力设备的远程实时监控。
27.3.本实用新型可实现多路传感采集通道同时采集也可实现单一或任意传感通道的组合采集，通过无线与有线的混合组网实现对开关柜设备的绝缘状态实时监测，该系统能够方便、安全地对电力设备进行监测。
附图说明
28.图1为本实用新型一实施例的整体结构框架示意图。
29.图2为本实用新型一实施例中传感器硬件功能结构示意图。
30.图3为本实用新型一实施例中集成化传感器采集装置的外观示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本实用新型进一步说明。
32.实施例：
33.如图1所示，一种基于复合传感器的局部放电在线监测装置，包括集成化传感器采集装置、集中器、主站、客户手机/平板端；所述集成化传感器采集装置与所述集中器通过无线网络连接；所述集中器与所述主站通过r485连接；所述主站与所述客户手机/平板端通过无线网络连接。
34.作为本实施例的一种优选实施方式，所述集成化传感器采集装置主要由长方形金属外壳、复合传感器、信号调理模块和主控模块组成；所述复合传感器安装在长方形金属外壳的前端；所述信号调理模块和主控模块安装在长方形金属外壳的内部；所述复合传感器的输出端与所述信号调理模块的输入端相连接；所述信号调理模块的输出端与所述主控模块相连接。
35.所述复合传感器由特高频传感器、地电波传感器、超声波传感器和温度传感器集成组成。所述特高频传感器设计时选取检测频段为300～1500mhz；所述超声波传感器采用压电晶体的结构、谐振频率为40khz同时置于传感装置内部；所述地电波传感器采用单极天线的地电波传感器，频率为1～100m；所述温度传感器选用si7021；所述复合传感器通过总线方式与所述信号调理模块连接。
36.所述信号调理模块包括滤波电路单元、增益切换电路单元、频带切换电路单元、信号检波电路单元、运放放大电路单元、ad转换电路单元和电源模块；所述信号调理模块用于对复合传感器采集的数据进行模拟信号处理。
37.所述主控模块包括主控处理单元、无线通讯模块、电源管理模块、按键开关和指示灯；所述按键开关和指示灯安装在长方形金属外壳的正面板上；所述主控模块用于进行模数转换及数据处理，并将处理后的数据通过无线通讯模块传输给集中器。所述电源管理模块用于将锂电池电压转化为信号调理模块和主控模块中各个电路单元所需的供电电压。所述电源管理模块通过u4芯片lm39100s-3.3来实现。所述无线通讯模块选用lora方式。所述主控模块选用xc6slx25t-2fgg芯片实现数据不同类型传感器的任意组合采集及数据处理。
38.作为本实施例的一种优选实施方式，所述长方形金属外壳的背面板为磁力面板。
39.作为本实施例的一种优选实施方式，所述集中器主要由长方形金属外壳ⅰ、网络通信模块、信号调理模块ⅰ和arm处理器组成；所述网络通信模块包括无线通讯模块ⅰ、61850模块、rs485通讯接口ⅰ和usb接口。所述无线通讯模块ⅰ为lora模块。所述arm处理器选取主频为800mhz的am3354。
40.在本实施例中，所述无线通讯模块和无线通讯模块ⅰ也可以选用4g模块、5g模块或者wifi模块等无线数据传输模块。
41.在本实施例中，，所述的主站分别与集中器及客户手机/平板端相连接，是数据分析处理中心，对所述集成化传感器采集装置采集数据进行数据处理；根据不同传感器数据分析结果控制集成化传感器采集装置任意传感通道的组合采集数据。具体的：
42.复合传感器每路传感器数据同时采集，对处理后数据相同间隔时间传输至所述主站，默认设置时间为10分钟；
43.对所述复合传感器中tev传感器、uhf传感器、空气超声波（aa）传感器分别设置平均脉冲放电量阈值、平均脉冲频次阈值、prps谱图kl散度、幅值频次（q-n图）样本熵阈值；其中=提取的脉冲幅值/提取的脉冲个数，为1s内放电次数，=，=，为幅值频次序列在容限r下匹配m个点的概率，为幅值频次序列在容限r下匹配m+1个点的概率；
44.分别计算tev、uhf、aa的脉冲放电量值、、，平均脉冲频次值、、，prps谱图kl散度、、，幅值频次（q-n图）样本熵值、、；
45.若某个(几个)传感器的脉冲放电量阈值、平均脉冲频次阈值、谱图正负半轴kl散度、幅值频次（q-n图）样本熵值均超过所设对应阈值，则数据分析处理中心下发调整间隔指令到集成化传感器采集装置端，缩短该路传感器通道上报数据间隔为原来时间间隔1/3，其余传感器通道上报数据间隔不变。
46.对缩短间隔后的传感器通道连续3次上传的数据做深度故障类型诊断，若诊断结果为异常，则保持该通道的采样间隔时间并发出报警，否则，数据处理中心下发调整间隔指令到集成化传感器采集装置，修改该通道的采样间隔调整为默认时间间隔，并与其余通道一致。
47.显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本实用新型所作的举例，而并非对本实用新型实施的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。