開關(guān)柜局放及溫升在線監(jiān)測系統(tǒng)

一、概述

高壓開關(guān)柜是使用廣且數(shù)量多的開關(guān)設(shè)備。由于在設(shè)計、制造、安裝和運行維護等方面存在著不同程度的問題，因而事故率比較高，在諸多性質(zhì)的開關(guān)柜事故中，絕緣事故多發(fā)生于10千伏及以上電壓等級，造成的后果也很嚴重。特別是小車式開關(guān)柜，絕緣事故率更高，而且往往一臺出現(xiàn)事故，殃及鄰柜的現(xiàn)象更為突出。因此，迫切需要對開關(guān)柜實行狀態(tài)檢修，對設(shè)備運行狀況進行實時和定時的在線監(jiān)測，根據(jù)設(shè)備的運行狀態(tài)和絕緣的劣化程度，確定檢修時問和措施，減少停電時間和事故的發(fā)生，提高電力裝置運行的安全可靠性及自動化程度。

高壓開關(guān)柜的絕緣故障主要表現(xiàn)為外絕緣對地閃絡(luò)擊穿，內(nèi)絕緣對地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓閃絡(luò)擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡(luò)、污閃、擊閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡(luò)，CT閃絡(luò)、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。

各類絕緣缺陷發(fā)展到最終擊穿，釀成事故之前，往往先經(jīng)過局部放電階段，局部放電的強弱能夠及時反映絕緣狀態(tài)，因此通過在線監(jiān)測局部放電來判斷絕緣狀態(tài)為實現(xiàn)開關(guān)柜絕緣在線監(jiān)測及診斷的有效手段。

高壓開關(guān)柜局部放電及溫升在線監(jiān)測裝置通過檢測伴隨局部放電而產(chǎn)生的電磁波輻射及開關(guān)柜接頭溫升現(xiàn)象，裝置掃描10~100MHz頻率范圍內(nèi)的電磁波輻射并自動確定現(xiàn)場局部放電的實際檢測頻率，隨后將檢測的局部放電脈沖簇數(shù)據(jù)和開關(guān)柜頭溫升數(shù)據(jù)上傳DTU。

1.1 開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)

開關(guān)柜裝備有斷路器、CT、PT、保護繼電器，檢測設(shè)備和輔助設(shè)備，除了外部線路，開關(guān)柜是由金屬外殼內(nèi)的配線連接而成，見圖1。

1.2開關(guān)柜電力設(shè)備的絕緣缺陷

高壓開關(guān)柜有各種各樣的電力設(shè)備，例如斷路器、MOF、VCB、CT、PT、LA、COS、PF、MOLD TR、母線等，而低壓開關(guān)設(shè)備有MCCB、CT、PT、CV開關(guān)柜等。開關(guān)柜的設(shè)備故障包括由于長時間使用引起的絕緣缺陷，由于觸點的不良連接引起的放電的瞬間短路以及各個連接部分，過熱、電涌、電流故障等。圖2 通過分布圖表明了引起開關(guān)柜故障的原因。

1.3局部放電的產(chǎn)生

局部放電，是絕緣介質(zhì)中的一種電氣放電，這種放電制在被測介質(zhì)中一部分且只使導(dǎo)體間的絕緣局部橋接，這種放電可能發(fā)生或可能不發(fā)生于導(dǎo)體的鄰近。電力設(shè)備絕緣中的某些薄弱部位在強電場的作用下發(fā)生局部放電是高壓絕緣中普遍存在的問題。雖然局部放電一般不會引起絕緣的穿透性擊穿，但可以導(dǎo)致電介質(zhì)（特別是有機電介質(zhì)）的局部損壞。若局部放電長期存在，在一定條件下會導(dǎo)致絕緣劣化甚至擊穿。對電力設(shè)備進行局部放電試驗，不但能夠了解設(shè)備的絕緣狀況，還能及時發(fā)現(xiàn)許多有關(guān)制造與安裝方面的問題，確定絕緣故障的原因及其嚴重程度。因此，對電力設(shè)備進行局部放電測試是電力設(shè)備制造和運行中的一項重要預(yù)防性試驗。

各種局部放電檢測技術(shù)應(yīng)運而生，基于對發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的各種電、光、聲、熱等現(xiàn)象的研究，局部放電檢測技術(shù)中也相應(yīng)出現(xiàn)了電檢測法和光測法、聲測法、紅外熱測法等非電量檢測方法。近年來，隨著局部放電檢測技術(shù)的提高和進步，采用電磁輻射信號進行局放檢測成為一項簡便易行的檢測方法。

二、開關(guān)柜局部放電及溫升裝置簡介

2.1 裝置說明

該裝置是一套用于探測、分析并連續(xù)監(jiān)測高壓開關(guān)柜中局部放電信號及開關(guān)柜頭溫升的在線監(jiān)測裝置。如下圖所示，裝置用于處理從UHF傳感器獲取的局放和從無源無線溫度傳感器上取得的溫度信號并將其數(shù)字化，而采用上位機進行局放信號的篩選、分析并完成局放脈沖數(shù)值記錄、監(jiān)測局放量發(fā)展?fàn)顩r等功能。

該裝置所采用的傳感器為特高頻(UHF)傳感器，隨時檢測伴隨局部放電產(chǎn)生的電磁波輻射脈沖信號。由于高壓設(shè)備四周總是充斥著各類噪聲及干擾信號，而由于UHF特高頻傳感器單獨安裝于金屬開關(guān)柜內(nèi)，故僅對本開關(guān)柜內(nèi)的電氣局放故障作出響應(yīng)，而不會受相鄰開關(guān)柜內(nèi)信號及變電站現(xiàn)場其他相關(guān)信號的干擾，有效實現(xiàn)了對各個開關(guān)柜內(nèi)實際局放情況的連續(xù)監(jiān)測。另外配置了高性能的智能噪音傳感器，排除外界噪音信號干擾，大大提高了裝置的看干擾性，杜絕因噪音引發(fā)的裝置誤報事故。裝置中的本地主機包括 CPU、ADC插板、信號處理插板、主板、電源及機箱等部件。主要功能有：信號放大、信號處理（如：數(shù)字濾波、波形測量、脈沖記數(shù)、波形數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?/span>

終端用戶安裝軟件后可通過個人電腦設(shè)置裝置參數(shù)及工作條件、進行信號分析，同時可對局放信號自動分析并存儲相關(guān)信息（如信號的幅值、頻率等），從而實現(xiàn)了對設(shè)備的遠端監(jiān)測。

2.2 裝置組成

2.2.1  單面開關(guān)柜

2.2.2  2進2出環(huán)網(wǎng)箱配置

2.2.3  2進4出環(huán)網(wǎng)箱配置

2.3 技術(shù)參數(shù)

2.3.1裝置參數(shù)：

A)   一體化鋁合金設(shè)計;

B)   電源：220V/50Hz或者DC24V/DC48V;

C)   外形尺寸： 198mm*239mm*85mm（集中式）130mm*88mm*70mm（分體式）;

D)   通信協(xié)議：modbus RTU、具備遙信功能;

E)   功耗： 小于5W;

F)   總量：小于0.65kg;

2.3.2高頻傳感器：

A)   檢測頻帶：10kHz~100MHz；

B)   信號傳輸方式：50Ω同軸開關(guān)柜；

C)   檢測靈敏度：10pC；

D)   負載阻抗,：50 ?；

E)   高頻UHF天線,無源無線原理；

F)   接口：BNC，通過同軸開關(guān)柜與PD高頻檢測通道連接。

2.3.3無線溫濕度傳感器參數(shù)：

A)  溫度顯示范圍：-20℃～+80℃；

B)  原理：無源無線

C)  溫度檢測精度：±0.1度；

D)  測溫方式：  接觸式；

E)  工作頻段：470MHz-510MHz或者230MHz；

F)  發(fā)射功率：10dbm；

G)  傳輸距離：30m；

H)  防護等級：IP68；

I)  供電方式：電磁能收集（母線電流5-5000A）；

J)  發(fā)送間隔：5s-50s，可以根據(jù)客戶需求設(shè)定；

K)  濕度檢測范圍：0%-99%RH；

L)  濕度檢測精度：±3%RH（溫度25℃）；

M)  使用壽命：10年；

2.4 裝置功能

A)  采用高頻信號檢測與分析技術(shù)，對高壓開關(guān)柜進行分布式在線檢測，實時發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜中的局部放電信號。

B)  對局部放電脈沖的波形特征進行分析，識別局部放電的類型去除噪音信號，如電暈放電、表面放電、內(nèi)部放電或噪音信號。

C)  在線實時采集高頻局部放電信號的波形圖，記錄其相位、振幅和時間信息。

D)  能有效地去除噪音信號，即使噪音信號和局放信號在相同相位且幅值大于局部放電信號時，也能成功識別局放信號。

E)  提取局部放電信號的特征值，如時間特征，頻率特征，不同類型放電間的放電時間間隔等，并利用這些特征來識別不同的放電類型。

F)  識別局部放電的類型，以概率的方式指示個局放信號屬于某種局部放電類型（電暈放電、表面放電、內(nèi)部放電、噪音信號等）的可能性。

G)  自動生成檢測報告，報告內(nèi)容包括受檢設(shè)備信息、采集到的局部放電信號波形、分類與分析結(jié)果等信息。

H)  裝置配置有內(nèi)容豐富的局部放電信號數(shù)據(jù)庫和局部放電信號分析裝置，對檢測到的局放信號進行自動分析、判斷和識別。

I)  裝置有較高的缺陷識別準確率。

J)  裝置的采樣頻帶在高頻波段，具有較強的現(xiàn)場抗力強。

K)  具有智能報警功能，檢測到局放信號時及時發(fā)出報警信號。

L)  局放信號采集和分析裝置的運行環(huán)境為Windows操作裝置，窗口式工作界面。

M)  裝置應(yīng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，具備較強的擴展功能，可以根據(jù)電力公司的需求對裝置進行擴容。

N)  裝置應(yīng)方便地在現(xiàn)場進行帶電安裝和拆卸，不影響電力設(shè)備的運行。

O)  裝置的前端檢測單元與操作員及其電腦間應(yīng)采用光電隔離措施，確保電力設(shè)備和工作人員的安全。 

2.5 系統(tǒng)優(yōu)勢

1、局放高頻傳感器安裝與一次設(shè)備無任何電氣接觸，不會產(chǎn)生爬電現(xiàn)象，影響一次設(shè)備的絕緣。

2.裝置設(shè)計有背景噪音檢測通道和噪音傳感器，可抗現(xiàn)場復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境，杜絕誤報事故的發(fā)生。

3.裝置采用并行同步采樣方式，保證同主機全部通道采樣的同步和背景噪音參考同步性，提高了采樣速度和局放信號的甄別高可靠性。

4.裝置設(shè)計固化了1000條局放數(shù)據(jù)庫和500條噪音數(shù)據(jù)庫，為現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)提供了豐富的比對數(shù)據(jù)庫，使系統(tǒng)報警準確率達到98%以上。

5.裝置設(shè)計有局放信號幅值監(jiān)測、信號可信度監(jiān)測、信號密度監(jiān)測三大判定算法，做到局放發(fā)展趨勢預(yù)判。

6.無源無線傳感器采用高精度的總線傳感器，取電及安裝方便，不會安裝改變一次設(shè)備的絕緣。

三、現(xiàn)場安裝

無線溫度傳感器安裝

局放傳感器的安裝