氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)及定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于電氣設備在線監(jiān)測系統(tǒng)領域的一種氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)及定位方法。在氣體絕緣組合電器內(nèi)安裝內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器，內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器分別與信號處理單元連接，各信號處理單元各自連接相應的數(shù)據(jù)采集器及電源，每個數(shù)據(jù)采集器都通過觸發(fā)信號光纖、數(shù)據(jù)光纖匯集到數(shù)據(jù)匯聚模塊，數(shù)據(jù)匯聚模塊通過以太網(wǎng)口與計算機連接。在線監(jiān)測及定位是通過在氣體絕緣組合電器內(nèi)安裝內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器，采用內(nèi)置耦合器與超聲波傳感器聯(lián)合監(jiān)測，實現(xiàn)對GIS內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測及定位。本發(fā)明原理簡單，準確度高。避免了外界干擾造成的誤判，能有效提高監(jiān)測結(jié)果的準確性和可靠性。
【專利說明】氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)及定位方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣設備在線監(jiān)測系統(tǒng)領域，特別涉及一種氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)及定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體絕緣組合電器(GIS)具有占地面積小、可靠性高、安全性強、運行維護方便等優(yōu)點，因此在我國電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用。盡管GIS設備的可靠性較高，但是在制作和裝配過程中其內(nèi)部很可能會出現(xiàn)一些小的缺陷，如金屬突起、自由金屬顆粒、盆式絕緣子上粘附金屬粉末等，且在常規(guī)實驗中很難被發(fā)現(xiàn)，一旦投運即發(fā)展成放電通道并引發(fā)事故。近年來電網(wǎng)接連發(fā)生多起GIS故障或事故，嚴重影響著系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，因此研究GIS設備的局部放電在線監(jiān)測技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]目前GIS局部放電的監(jiān)測方法主要有超高頻法(UHF)、超聲波法、高頻接地電流法以及耦合電容法等。
[0004]超高頻法(UHF)通過天線傳感器接收局部放電過程中輻射的超高頻電磁波(300MHz-3GHz)，從而實現(xiàn)局部放電的檢測。該方法檢測靈敏度較高，但容易受到外界干擾，無法實現(xiàn)精確定位，且對信號處理單元的頻帶要求較高。
[0005]超聲波法是通過接收局部放電產(chǎn)生的超聲波信號實現(xiàn)對局部放電的檢測。該方法在電氣設備局部放電檢測中的應用較早，但其靈敏度與超高頻法相比有較大差距，目前只是作為一種輔助檢測手段。該方法靈敏度較低，測量范圍較小，但抗干擾能力較強，并且由于超聲波具有很強的方向性，因此可以實現(xiàn)對局部放電的精確定位。
[0006]高頻接地電流法:當GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時，GIS接地線上會有高頻電流流過，利用寬頻帶羅科夫斯基線圈監(jiān)測此高頻電流信號，從而實現(xiàn)局部放電的監(jiān)測。該方法靈敏度較高，但抗干擾能力太差，目前應用較少。
[0007]耦合電容法又稱為脈沖電流法，該方法是在法蘭內(nèi)部加裝金屬電極，該電極與外殼構(gòu)成耦合電容，利用該耦合電容探測局部放電在導電桿上引起的電壓變化。該方法結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)，靈敏度較高，但無法實現(xiàn)精確定位，且要求傳感器內(nèi)置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)及定位方法，其特征在于，所述氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)組成:在氣體絕緣組合電器內(nèi)安裝內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器，內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器分別與信號處理單元連接，各信號處理單元各自連接相應的數(shù)據(jù)采集器及電源，每個數(shù)據(jù)采集器都通過觸發(fā)信號光纖、數(shù)據(jù)光纖匯集到數(shù)據(jù)匯聚模塊，數(shù)據(jù)匯聚模塊通過以太網(wǎng)口與計算機連接。
[0009]所述N個超聲波傳感器的N為I以上的正整數(shù)。
[0010]所述對氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測和定位方法，通過在氣體絕緣組合電器內(nèi)安裝內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器，對GIS局部放電進行聯(lián)合監(jiān)測和定位，包括:
[0011]I)內(nèi)置f禹合器通過在GIS中內(nèi)置金屬電極I禹合GIS內(nèi)導電桿的電壓變化,該I禹合器輸出的信號中既包含工頻電壓信號又包含局部放電信號，該兩種信號由信號處理單元分成兩路，分別由兩個數(shù)據(jù)采集器采集后輸送至數(shù)據(jù)匯聚模塊，并通過以太網(wǎng)發(fā)送給計算機處理；
[0012]2)超聲波傳感器采用諧振式超聲波傳感器，將該傳感器固定在GIS表面，當GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時會產(chǎn)生超聲波信號，超聲波信號經(jīng)過SF6氣體傳播至GIS腔體表面，產(chǎn)生超聲振動，該超聲振動經(jīng)過壓電陶瓷轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號分別由各自的信號處理單元處理、數(shù)據(jù)采集器采集后輸送至數(shù)據(jù)匯聚模塊，并通過以太網(wǎng)發(fā)送給計算機處理；
[0013]3)內(nèi)置耦合器與超聲波傳感器聯(lián)合監(jiān)測，由于電磁波信號傳輸速度很快，因此把內(nèi)置耦合器接收到的局部放電信號做為時間基準，通過比較超聲波信號與內(nèi)置耦合器信號之間的傳輸時延，再結(jié)合SF6氣體中超聲波的140m/s的傳播速度,便求出局部放電處與超聲波傳感器的空間距離，實現(xiàn)對GIS內(nèi)局部放電的準確監(jiān)測和定位；避免了外界干擾造成的誤判，以提高監(jiān)測結(jié)果的準確性和可靠性。
[0014]所述超聲波傳感器在獲得局部放電信號的同時還獲得放電發(fā)生的相位信號，用于局部放電類型的模式識別。
[0015]本發(fā)明的有益效果是通過內(nèi)置耦合器與超聲波傳感器的聯(lián)合監(jiān)測，實現(xiàn)對GIS內(nèi)局部放電的監(jiān)測和定位，原理簡單，準確度高。該方法能有效提高GIS局部放電檢測的準確度，避免了外界干擾造成的誤判，以提高監(jiān)測結(jié)果的準確性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是GIS內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測及定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是測量GIS內(nèi)局放源與超聲波傳感器之間的空間距離的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明提供一種氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)和定位方法，下面結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明。
[0019]圖1給出了 GIS內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測及定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，所述氣體絕緣組合電器(GIS)內(nèi)局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)組成(以一個GIS間隔中的一相為例)，局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括一個內(nèi)置耦合器、1-N個超聲波傳感器(N為I以上的正整數(shù))以及信號處理單元、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)匯聚模塊、計算機和電源構(gòu)成；具體結(jié)構(gòu)是在氣體絕緣組合電器內(nèi)安裝內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器(N為I以上的正整數(shù))，內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器分別與信號處理單元連接，各信號處理單元各自連接相應的數(shù)據(jù)采集器及電源，每個數(shù)據(jù)采集器都通過觸發(fā)信號光纖、數(shù)據(jù)光纖匯集到數(shù)據(jù)匯聚模塊，數(shù)據(jù)匯聚模塊通過以太網(wǎng)口與計算機連接。
[0020]所述對氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測和定位方法，通過在氣體絕緣組合電器內(nèi)安裝內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器，對GIS內(nèi)局部放電進行聯(lián)合監(jiān)測和定位，具體說明如下:[0021](I)內(nèi)置f禹合器:內(nèi)置I禹合器通過在GIS中內(nèi)置金屬電極I禹合GIS內(nèi)導電桿的電壓變化，該稱合器輸出的信號中既包含工頻電壓信號又包含局部放電信號。
[0022](2)超聲波傳感器:采用諧振式超聲波傳感器，將該傳感器固定在GIS表面，當GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時會產(chǎn)生超聲波信號，超聲波信號經(jīng)過SF6氣體傳播至GIS腔體表面，產(chǎn)生超聲振動，該超聲振動經(jīng)過壓電陶瓷轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號分別由各自的信號處理單元進行處理；
[0023]( 3 )信號處理單元:對于內(nèi)置耦合器，信號處理單元主要是對內(nèi)置耦合器輸出的信號分成兩路，一路經(jīng)過濾波放大、檢波，輸出局部放電信號，另一路經(jīng)過濾波，輸出工頻電壓信號。對于超聲波傳感器來說，信號處理單元主要是對超聲波信號進行濾波放大，輸出局部放電超聲波信號。
[0024](4)數(shù)據(jù)采集模塊:能夠正確解碼數(shù)據(jù)匯聚模塊發(fā)出的光觸發(fā)信號，實現(xiàn)各數(shù)據(jù)采集模塊的同步采集，能夠?qū)⑾嚓P(guān)模擬量進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并具備數(shù)據(jù)存儲功能，能夠?qū)⒉杉綌?shù)據(jù)通過光纖輸出給數(shù)據(jù)匯聚模塊。
[0025](5)數(shù)據(jù)匯聚模塊:通過觸發(fā)信號光纖發(fā)送外部觸發(fā)采樣信號給數(shù)據(jù)采集模塊，控制多個數(shù)據(jù)采集模塊同步采集，通過數(shù)據(jù)光纖接收數(shù)據(jù)采集模塊的串行數(shù)據(jù)，一個數(shù)據(jù)匯聚模塊能夠接收來自多路數(shù)據(jù)采集模塊的帶有時標信息的串行數(shù)據(jù)，并能夠按照規(guī)定的格式將數(shù)據(jù)采集模塊的采樣數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)給上層PC。
[0026](6)計算機:軟件系統(tǒng)的主要工作是進行設備控制、數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)存儲、查詢以及信息的遠程發(fā)布等。采用模塊化、分層分級的設計思想，分為圖形系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)和信息查詢系統(tǒng)。系統(tǒng)通過配置IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換模型，實現(xiàn)監(jiān)測終端數(shù)據(jù)格式的映射和轉(zhuǎn)換功能，將數(shù)據(jù)終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)規(guī)約轉(zhuǎn)換為IEC61850標準通信規(guī)約，從而實現(xiàn)變電站中各種IED的管理以及設備間的互聯(lián)、互操作，滿足在變電站內(nèi)實現(xiàn)統(tǒng)一的規(guī)約通信機制。
[0027](7)電源:為數(shù)據(jù)采集模塊及信號處理單元提供電源。
[0028]圖2給出了測量GIS內(nèi)局放電與超聲波傳感器之間的空間距離的示意圖，圖中，I表不工頻電壓信號；2表不內(nèi)置f禹合器局部放電信號；3表不超聲波信號；由于電磁波在空氣中近似于光速傳播，因此相對于超聲波信號，可認為接收到內(nèi)置耦合器局部放電信號的時刻即為局放發(fā)生的時刻，然后以該信號作為時間基準，通過比較內(nèi)置耦合器局部放電信號與超聲波信號，得到超聲波的傳輸時延。如圖2所不,其中h表不局放發(fā)生的時刻,h表示超聲傳感器接收到信號的時刻，At即為超聲傳輸時延。再根據(jù)超聲波在SF6氣體中的傳播速度即可得出局放電源與超聲波傳感器之間的空間距離。另外由于內(nèi)置耦合器還可以輸出工頻電壓信號，因此可以獲得局部放電發(fā)生的相位，有利于局部放電的模式識別。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)組成:在氣體絕緣組合電器內(nèi)安裝內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器，內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器分別與信號處理單元連接，各信號處理單元各自連接相應的數(shù)據(jù)采集器及電源，每個數(shù)據(jù)采集器都通過觸發(fā)信號光纖、數(shù)據(jù)光纖匯集到數(shù)據(jù)匯聚模塊，數(shù)據(jù)匯聚模塊通過以太網(wǎng)口與計算機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述N個超聲波傳感器的N為I以上的正整數(shù)。
3.一種對氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測和定位方法，其特征在于，通過在氣體絕緣組合電器內(nèi)安裝內(nèi)置耦合器和N個超聲波傳感器，對氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電進行聯(lián)合監(jiān)測和定位，包括如下步驟: O內(nèi)置I禹合器通過在Gis中內(nèi)置金屬電極I禹合GIS內(nèi)導電桿的電壓變化，該I禹合器輸出的信號中既包含工頻電壓信號又包含局部放電信號，該兩種信號由信號處理單兀分成兩路，分別由兩個數(shù)據(jù)采集器采集后輸送至數(shù)據(jù)匯聚模塊，并通過以太網(wǎng)發(fā)送給計算機處理； 2)超聲波傳感器采用諧振式超聲波傳感器，將該傳感器固定在GIS表面，當GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時會產(chǎn)生超聲波信號，超聲波信號經(jīng)過SF6氣體傳播至GIS腔體表面，產(chǎn)生超聲振動，該超聲振動經(jīng)過壓電陶瓷轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號分別由各自的信號處理單元處理、數(shù)據(jù)采集器采集后輸送至數(shù)據(jù)匯聚模塊，并通過以太網(wǎng)發(fā)送給計算機處理； 3)內(nèi)置耦合器與超聲波傳感器聯(lián)合監(jiān)測，由于電磁波信號傳輸速度很快，因此把內(nèi)置耦合器接收到的局部放電信號做為時間基準，通過比較超聲波信號與內(nèi)置耦合器信號之間的傳輸時延，再結(jié)合SF6氣體中超聲波的140m/s的傳播速度,便求出局部放電處與超聲波傳感器的空間距離，實現(xiàn)對GIS內(nèi)局部放電的準確監(jiān)測和定位；避免了外界干擾造成的誤判，以提高監(jiān)測結(jié)果的準確性和可靠性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述對氣體絕緣組合電器內(nèi)局部放電的在線監(jiān)測和定位方法，其特征在于，所述超聲波傳感器在獲得局部放電信號的同時還獲得放電發(fā)生的相位信號，用于局部放電類型的模式識別。
【文檔編號】G01R31/12GK103454563SQ201310186614
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】王子建, 律方成, 劉云鵬 申請人:華北電力大學（保定）