專利名稱：一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力電子技術領域，具體涉及一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置。
背景技術：
隨著電力設備電壓等級的提高和各種有機絕緣 材料的廣泛應用，電力電子閥體的局部放電問題越來越突出。特別是復雜結構電力電子閥體及特殊的應用場合對設備絕緣結構及運行的可靠性提出更高的要求。電力電子閥體中某些絕緣薄弱部分在強電場的不斷作用下容易發生局部放電，進而造成絕緣失效、設備損壞。局部放電現象包含著豐富的特征信息，這些信息能用于檢測高壓設備絕緣性能，為系統或裝置在線監測提供重要參考依據，減少事故發生幾率。目前，局部放電在線監測系統面臨的主要問題是如何在強電磁干擾環境下提取局部放電現象的特征信息。絕緣體各區域承受的電場一般是不均勻的，而電介質本身通常也是不均勻的，有的是由不同材料組成的復合絕緣體，如氣體一固體復合絕緣、液體一固體復合絕緣以及固體一固體復合絕緣等。有的雖是單一的材料，但是在制造或使用過程中會殘留一些氣泡或其他雜質，于是在絕緣體內部或表面就會出現某些區域的電場強度高于平均電場強度，或某些區域的擊穿場強低于平均擊穿場強，因此在某些區域就會先發生放電，而其他區域仍然保持絕緣特性。這種在電場作用下，導體間絕緣僅部分區域被擊穿的電氣放電現象稱為局部放電。對于被氣體包圍的導體附近發生的局部放電，可稱之為電暈。局部放電可能發生在導體邊緣，也可能發生在絕緣體的表面或內部，發生在表面的稱為表面局部放電，發生在內部的稱為內部局部放電。實踐證明局部放電是造成電力電子設備最終發生絕緣擊穿的主要原因，故對電氣設備局部放電的監測尤為重要。這其中就包括絕緣體表面局部放電，也就是本裝置所要檢測的放電信息。局部放電測量的方法很多，主要是根據放電過程中發生的物理化學效應，通過測量局部放電所產生的電荷交換、能量的損耗、發射的電磁波、聲音和光以及生成的新物質來表征局部放電的狀態。常見的檢測方法有脈沖電流法、色譜分析法、超高頻局部放電檢測技術、介質損耗分析法、紅外熱成像法、超聲波法和紫外成像法等。①脈沖電流法脈沖電流法是目前在局部放電測量中應用最為廣泛的一種方法。放電電流脈沖信息含量豐富，可通過電流脈沖的統計特征和實際的波形來判定放電的嚴重程度，進而運用其他分析手段了解絕緣劣化的狀況及發展趨勢。同時，該方法對于突變信號反應靈敏，易于定量，能準確及時地發現故障。國際電工技術委員會(IEC)專門對此方法制定了相關標準(IEC-60270)。這種方法可以對放電量進行定量測量，靈敏度高。但此種方法測量頻率低、頻帶窄、信息量少、易受外界干擾噪聲(f< IOMHz)影響，抗干擾能力差。這種方法需借助專用儀器并且無法對放電點位置進行定位。②色譜分析法色譜分析法適用于絕緣介質為有機油的場合，通過分析油中溶解氣體的成分和濃度，以判斷局部放電的狀態。該方法簡單、經濟、有效，但檢測周期長，不能反映突發性故障，不能定量分析。③超高頻(UHF)局部放電檢測技術超高頻法檢測頻帶可達300MHz — 3GHz，由于檢測信號頻率很高，所以受外界干擾影響小，有較高的靈敏度和可靠性。超高頻檢測法的局限性在于系統成本高且難以實現放電量的直接核準，即放電量的準確標定。④介質損耗分析法(DLA)由于亞輝光放電不產生放電脈沖信號，而亞輝光放電的脈沖上升沿時間太長，普通的脈沖電流法檢測裝置難以檢測，介損法特別適用于測量低氣壓中存在的輝光或亞輝光放電。但是該方法只能定性的檢測局部放電是否發生，不能檢測局部放電量的大小。 ⑤紅外熱成像技術紅外熱成像技術是一種波長轉換技術，即把紅外輻射圖像轉換為可視圖像的技術。它是利用目標內有較大的溫度梯度或背景與目標有較大熱對比度的特點，使得可視目標很容易在紅外圖像中看到。對于復雜的絕緣結構，借助計算機輔助計算紅外熱像法可以得到一定的量化關系。在使用過程中人們發現以下環節制約著紅外技術的效果不同的目標有不同的光譜特性，目標和探測間的環境和距離影響探測系統的性能；大氣中水汽、二氧化碳等各種氣體分子導致各個大氣窗口中傳輸的紅外輻射也有相當大的衰減；對于電暈放電，如果看到紅外圖像時，電氣設備放電已經很嚴重。這也是紅外熱成像技術的主要缺點。⑥超聲波法超聲波法是通過檢測局放產生的超聲波信號來測量局部放電的大小和位置。由于超聲波可以向所有方向傳遞和輻射，聲音會通過大多數絕緣材料進行傳遞，所以聲能的衰減程度將與頻率呈近似指數的關系。可將絕緣材料看成是聲能的低級濾波器。聲波的初始頻率和幅度主要取決于放電源的性質。因此，聲頻率和聲能幅度必然隨著放電源的距離增大而降低，局部放電聲波定位便是基于這一原理。但是該方法也有一定局限性，當放電源位于絕緣體表面時測試是有效的，當放電源位于絕緣體深部時，信號將很難收到。對于同時出現的多點放電，如何判斷超聲信號的大小、區分超聲信號，仍需要做進一步的工作。這種方法不能精確定位，信號容易受到干擾。⑦紫外成像法使用紫外成像儀把被檢測裝置的局部放電圖像實時捕捉并傳輸給上位機顯示。與傳統的檢測方法相比，這種方法借助專業儀器定位準確可以做到不停電、不改變系統的運行狀態，從而監測設備在運行狀態下的真實狀態信息。由于紫外檢測基于探測對象自身發射的紫外線，不需另備輔助信號源和各種檢測裝置。因此，此種檢測方法手段單一、操作方便。除了以上優點，紫外成像儀成本很高，經濟性上不具有優勢。
實用新型內容為了克服上述現有技術的不足，本實用新型提供一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，由于放電時將伴隨紫外光的產生，本裝置采用非接觸式光檢測法對運行中的電力電子設備表面局部放電現象進行監測。為了實現上述發明目的，本實用新型采取如下技術方案[0019]一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，所述裝置包括電源發生器I、光電傳感器2、模擬信號調理器3、數字信號處理器4、通信模塊6和上位機8 ;所述光電傳感器2將電力電子閥體表面局部放電產生的光信號轉換為電信號，并通過所述模擬信號調理器3對該電信號依次進行放大、濾波和模數轉換；轉換后的數字信號通過所述數字信號處理器4進行運算分析后的信息經由通信模塊6傳至上位機8進行在線監測，通過所述電源發生器I對其他各模塊進行供電。所述光電傳感器2包括紫外光濾光鏡和紫外傳感器，所述紫外光濾光鏡濾除非特征波長的紫外光，特征波長的紫外光則通過紫外傳感器轉換為電信號，所述紫外傳感器將所述電信號送入所述信號模擬調理器3進行調理。所述模擬信號調理器3設置有濾波電路。所述裝置包括人機界面顯示器5，所述數字信號處理器4將放電信息實時傳輸給人機界面顯示器5。、[0023]所述模擬信號調理器3包括信號放大器、信號濾波器和模數轉換器。所述通信模塊6采用無線GPRS、232串口通訊、485串口通訊、CAN總線通訊或工業以太網與所述上位機8實現通信。所述放電信息包括放電時間和放電量。所述數字信號處理器4中通過編程實現所述放電量計算參數表。與現有技術相比，本實用新型的有益效果在于I.體積小，成本低，實時性好，不需要紫外成像儀這樣的高成本設備；2.使用部件較少，安裝位置靈活性強，放電檢測精度高，檢測精度可以達到50pC，而且易于移動與安裝；3.抗干擾能力較好，靈敏度和工作可靠性高；兼顧經濟性與實用性，具有較好的應用前景； 4.適合用于運行中的電力電子閥體表面局部放電信息的檢測，這些放電信息供工作人員分析檢查，及時更換絕緣裝置，防止發生長時間局部放電而產生絕緣老化損壞最終導致介質擊穿，提高電力電子裝置的運行可靠性及穩定性；5.適用于包括TCSC (可控串補)閥體、SVC (靜止無功補償器)閥體、CSR (可控并聯電抗器)閥體、電力電子融冰閥體、STATC0M (靜止同步補償器)換流裝置、SSSC (靜止同步串聯補償器)換流裝置、UPFC (統一潮流控制器)換流裝置、高壓直流換流閥、輕型直流輸電換流裝置、變頻器、風電變流器、光伏變流器、DVR (動態電壓恢復器)換流裝置、SSTS (固態轉換開關)閥體、APF(有源電力濾波器)等運行中的電力電子閥體。
圖I是用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置實施例結構圖；圖2是用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置另一實施例結構圖；圖3是用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置的工作流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。[0037]如圖I，一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，所述裝置包括電源發生器I、光電傳感器2、模擬信號調理器3、數字信號處理器4、通信模塊6和上位機8 ;所述光電傳感器2將電力電子閥體表面局部放電產生的光信號轉換為電信號，并通過所述模擬信號調理器3對該電信號依次進行放大、濾波和模數轉換；轉換后的數字信號通過所述數字信號處理器4進行運算分析后的信息經由通信模塊6傳至上位機8進行在線監測，通過所述電源發生器I對其他各模塊進行供電。如圖2，所述光電傳感器2包括紫外光濾光鏡和紫外傳感器，所述紫外光濾光鏡濾除非特征波長的紫外光，特征波長的紫外光則通過紫外傳感器轉換為電信號，所述紫外傳感器將所述電信號送入所述信號模擬調理器3進行調理。所述模擬信號調理器3設置有濾波電路。所述裝置包括人機界面顯示器5，所述數字信號處理器4將放電信息實時傳輸給人機界面顯示器5。 所述模擬信號調理器3包括信號放大器、信號濾波器和模數轉換器。所述通信模塊6采用無線GPRS、232串口通訊、485串口通訊、CAN總線通訊或工業 以太網與所述上位機8實現通信。所述放電信息包括放電時間和放電量。所述數字信號處理器4中通過編程實現所述放電量計算參數表。所述數字信號處理器4包括所述放電信息存儲模塊,放電信息存儲模塊對放電信息進行存儲。裝置的工作流程如附圖3所示，首先通過上位機或者人機界面上的啟動按鍵，啟動整個裝置的放電檢測工作程序。程序啟動后裝置的各個模塊先后上電啟動。光電傳感器2采集紫外光，但這些波長的紫外光不全是由于表面局部放電產生的，光電傳感器2采集不同波長的紫外光，把這些不同波長的光信號交由模擬信號處理器3轉換為不同頻率的電信號，之后對這些不同頻率的模擬電信號進行濾波，得到波長在280-400nm范圍內所對應的有效電信號，并對其進行AD轉換得到供數字處理器4分析運算的數字信號。通過上面的方法可以將有效的放電檢測數字信號傳給數字信號處理器4，而數字信號處理器4對這些對應這特征波長光信號的數字電信號進行運算和分析，判斷是否有表面局部放電發生，并計算局部放電量。這一邏輯判斷是需要通過一個信息查表過程來實現，在數字信號處理器中編程植入一個邏輯判斷表，針對不同波長的紫外線都對應一個判定值，當數字信號處理器的某頻率電信號幅值超過此判定值時，則認為發生表面局部放電。放電量的計算也是通過查表實現，不同頻率的放電信號有不同的計算參數。放電量的計算精度可以達到50pC。隨后，將判定及計算結果傳給人機界面顯示器5，并通過通信模塊6傳給上位機8，同時在放電信息存儲器中記錄放電信息。
權利要求1.一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，其特征在于所述裝置包括電源發生器(I)、光電傳感器(2)、模擬信號調理器(3)、數字信號處理器(4)、通信模塊(6)和上位機(8);所述光電傳感器器(2)將電力電子閥體表面局部放電產生的光信號轉換為電信號，并通過所述模擬信號調理器(3)對該電信號依次進行放大、濾波和模數轉換；轉換后的數字信號通過所述數字信號處理器(4)進行運算分析后的信息經由通信模塊(6)傳至上位機(8)進行在線監測，通過所述電源發生器(I)對其他各模塊進行供電。
2.如權利要求I所述的一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，其特征在于所述光電傳感器器(2)包括紫外光濾光鏡和紫外傳感器，所述紫外光濾光鏡濾除非特征波長的紫外光，特征波長的紫外光則通過紫外傳感器轉換為電信號，所述紫外傳感器將所述電信號送入所述信號模擬調理器(3)進行調理。
3.如權利要求I所述的一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，其特征在于所述模擬信號調理器(3)設置有濾波電路。
4.如權利要求2或3所述的一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，其特征在于所述裝置包括人機界面顯示器(5)，所述數字信號處理器(4)將放電信息實時傳輸給人機界面顯示器(5)。
5.根據權利要求2或3所述的一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，其特征在于所述模擬信號調理器(3)包括信號放大器、信號濾波器和模數轉換器。
6.根據權利要求2或3所述的一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，其特征在于所述通信模塊(6)采用無線GPRS、232串口通訊、485串口通訊、CAN總線通訊或工業以太網與所述上位機(8)實現通信。
7.根據權利要求2或3所述的一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，其特征在于所述放電信息包括放電時間和放電量。
8.根據權利要求2或3所述的一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，其特征在于所述數字信號處理器(4)中通過編程實現所述放電量計算參數表。
專利摘要本實用新型提供一種用于電力電子閥體的局部放電在線監測裝置，屬于電力電子技術領域。光電傳感器(2)將電力電子閥體表面局部放電產生的光信號轉換為電信號，并通過模擬信號調理起(3)對該電信號依次進行放大、濾波和模數轉換；轉換后的數字信號通過數字信號處理器(4)進行運算分析后的信息經由通信模塊(6)傳至上位機(8)進行在線監測；通過電源發生器(1)對其他各模塊進行供電。本實用新型體積小，成本低，實時性好，使用部件較少，安裝位置靈活性強，放電檢測精度高，檢測精度可以達到50pC，而且易于移動與安裝；抗干擾能力較好，靈敏度和工作可靠性高；兼顧經濟性與實用性，具有較好的應用前景。
文檔編號G01R31/12GK202471893SQ20112055068
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者何維國, 武丹, 渠學景, 王學軍, 王柯, 王軒, 趙士碩, 鄒儉, 韓天緒 申請人:上海市電力公司, 中國電力科學研究院, 中電普瑞科技有限公司