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开关柜局部放电在线监测系统

技
术
资
料

福州亿森电力设备有限公司

一、系统概述
该系统是一套用于探测、分析并连续监测高压开关柜中局部放电信号的在线监测装置。如下图所示，系统中主机用于处理从UHF传感器获取的信号并将其数字化，而采用上位机进行局放信号的筛选、分析并完成局放脉冲数值记录、监测局放量发展状况等功能。
二、系统组成
1
后台系统
操作系统
Windows XP/2000
后台监控显示软件及电脑
2
传 感 器
UHF传感器
噪音传感器
3
本 地 主 机
局放信号采集及局放信号高速数字转换
传感器信号放大
与后台通信上传数据
    该装置所采用的传感器为特高频(UHF)传感器，随时检测伴随局部放电产生的电磁波辐射脉冲信号。而由于UHF特高频传感器单独安装于金属开关柜内，故仅对本开关柜内的电气局放故障作出相应，而不会受相邻开关柜内信号及变电站现场其他相关信号的干扰，有效实现了对各个开关柜内实际局放情况的连续监测。系统中的本地主机包括 CPU、ADC插板、信号处理插板、主板、电源及机箱等部件。主要功能有：信号放大、信号处理（如：数字滤波、波形测量、脉冲记数、波形数据以及数据传输等）。
三、功能特点
1、局放脉冲信号检测、报警、计数 
2、局放相位脉冲及幅值显示
3、各相位脉冲数分布分析

4、自动噪声水平检测
5、局放监测数据通过RS-485总线上传到监控后台
四、技术参数
科目
性能指标
检测带宽
10MHz-100MHz
灵敏度
5pC
检测通道
4通道
天线原理
特高频UHF天线
匹配阻抗
50欧姆
连接电缆
同轴电缆
使用寿命
》30年
通信方式
RS-485总线
安装位置
母线室

开关柜局部放电在线监测系统简介
前 言：
高压开关柜是使用极广且数量最多的开关设备。由于在设计、制造、安装和运行维护等方面存在着不同程度的问题，因而事故率比较高，在诸多性质的开关柜事故中，绝缘事故多发生于10千伏及以上电压等级，造成的后果也很严重。特别是小车式开关柜，绝缘事故率更高，而且往往一台出现事故，殃及邻柜的现象更为突出。因此，迫切需要对开关柜实行状态检修，对设备运行状况进行实时在线监测，根据设备的运行状态和绝缘的劣化程度，确定检修时间和措施，减少停电时间和事故的发生，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。
高压开关柜的绝缘故障主要表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，CT闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。
各类绝缘缺陷发展到最终击穿，酿成事故之前，往往先经过局部放电阶段，局部放电的强弱能够及时反映绝缘状态，因此通过在线监测局部放电来判断绝缘状态是实现开关柜绝缘在线监测和诊断的有效手段。
本系统采用声电联合检测方法，即通过同时检测局部放电产生的暂态对低电压（TEV，国内俗称地电波）和超声波信号实现对开关柜绝缘状态的监测。

一、 局放产生
局部放电，是绝缘介质中的一种电气放电，这种放电仅限制在被测介质中一部分且只使导体间的绝缘局部桥接，这种放电可能发生或可能不发生于导体的邻近。电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，对电力设备进行局部放电测试是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验。
基于对发生局部放电时产生的各种电、光、声、热等现象的研究，各种局部放电检测技术应运而生。局部放电检测技术中也相应出现了电检测法和光测法、声测法、红外热测法等非电量检测方法。近年来，随着局部放电检测技术的提高和进步，采用声电联合监测是目前采用较广泛的方法。事实证明，该方法能够有效检测表面放电、沿面爬电、尖端放电、内部放电、电晕放电等多种类型放电。

二、 系统概述
本系统是一套用于探测、分析并连续监测高压开关柜中局部放电信号的在线监测装置。从结构上分为三级架构，变电站级、监管中心级和远程用户级。
变电站级由TEV传感器、超声波传感器、监测终端和现场数据采集服务器够成。TEV传感器用于接收局部放电在开关柜柜壁产生的暂态对地电压信号；超声波传感器用于接收局部放电在空间产生的超声波信号；监测终端用于两路传感器信号的连续实时采集、数字化处理，现场报警等，并与现场数据采集服务器通信，完成数据上传；现场数据采集服务器用于连续采集、存储监测终端所上传的数据，将数据打包、加密，并与位于监管中心的数据库服务器通信，完成数据上传。变电站级架构如图1所示。

图1 系统变电站级架构
监管中心级由数据库服务器和WEB服务器构成。数据库服务器用于接收现场数据采集服务器上传的数据，实现数据海量存储、监测显示、分析预警、数据挖掘、设备统一管理、产生各种类型报表等功能；WEB服务器主要实现监测数据及数据分析、挖掘结果的WEB发布。
远程用户级由数据最终用户构成，远程用户通过访问WEB服务器，可以及时了解变电站开关柜绝缘状态，根据数据处理结果及时做出判断，采取有效措施。
系统总体架构如图2所示。
图2 系统总体构架图
三、 系统特点简要分析
1、系统运行安全
安装于开关柜内的设备均采用微型化设计，设备设计尺寸小，完全符合开关柜在电气安全距离方面的要求，而且设备安装简易，无需破坏开关柜原结构。设备与现场数据采集服务器之间可实现无线通讯。
2、数据获取准确
现场数据的准确获取是状态检修工作的基本保证，没有准确的现场监测数据，状态检修将无从谈起。然后由于开关柜现场工作环境复杂，噪声大，这些都给局放数据的准确获取带来挑战。本系统从以下几个方面保证数据获取的准确性。
（1）传感器、监测终端都内置安装于开关柜，有效降低开关柜外界噪声以及相邻开关柜对监测结果的影响；
（2）监测终端自动连续工作，无需人工干预，有效降低人工干预对监测结果的影响；
（3）从硬件和软件两方面均进行抗干扰设计，保证局放信号的有效提取。
3、数据分析全面
监测数据分析是状态检修工作的关键。由于从现场获取来的数据时海量的，杂乱无章的，针对这些庞大的数据，系统设计了多种数据分析算法，对数据从多个角度进行全面分析，从而保证对开关柜绝缘状态的准确掌握。另外系统还设计算法对海量数据进行深度挖掘、预警分析，对开关柜将来一段时间的绝缘状态做出预测，并最终形成分析报告，指导检修措施的采取。

4、设备管理统一
由于开关柜数量巨大，分布广泛，如何对开关柜进行统一的管理一直是个难题。本系统数据管理软件设计采集并处理每一面开关柜的信息，并专门设计有设备管理模块，从而可以有效实现开关柜设备统一管理。
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