一種基于超高頻電磁波檢測的高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超高頻電磁波檢測的高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由高頻傳感器模塊、模擬信號處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微機處理單元、短信模塊、手機組成。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1.本發(fā)明使用先進的電磁波傳感器，壽命長，更加易于安裝。2.本發(fā)明是一種非侵入無損檢測方法，具有明顯的帶電檢測優(yōu)勢，大大提高了系統(tǒng)對局放脈沖信號的檢出率和可靠性。3.本發(fā)明具有極強的抗干擾能力和較高的靈敏度。4.檢測期間開關(guān)柜無需停電，大大提高了效率。
【專利說明】—種基于超高頻電磁波檢測的高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)在線監(jiān)測及其應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及高壓開關(guān)柜局部放電在線監(jiān)測中局部放電領(lǐng)域，具體是一種基于超高頻電磁波檢測的高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)非常重要的電氣設(shè)備，絕緣件表面污穢、受潮和凝露；高壓母線連接處及斷路器觸頭接觸不良；導(dǎo)體、柜體內(nèi)表面上有金屬突起，導(dǎo)致毛刺且較尖；柜體內(nèi)有可以移動的金屬微粒，它有積累電荷的能力，當(dāng)靠近高壓導(dǎo)體且并未接觸時，放電最可能發(fā)生，高壓開關(guān)柜故障的潛伏期都會產(chǎn)生放電現(xiàn)象。為了監(jiān)測高壓開關(guān)柜的絕緣狀態(tài)，人們開發(fā)了一系列高壓開關(guān)柜局放監(jiān)測裝置。
[0003]當(dāng)前，應(yīng)用較為廣泛的高壓開關(guān)柜局放監(jiān)測技術(shù)可以分為二類:
[0004]1、局部放電電磁波檢測技術(shù)(劉云鵬，王會斌，王娟，律方成.高壓開關(guān)柜局部放電UHF在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[A].高壓電器，2009 (2):15-17.將慶云.電力變壓器局部放電超高頻檢測技術(shù)的研究[D].保定:華北電力大學(xué)，2006.單平.變壓器局部放電超高頻模式識別系統(tǒng)的研究[D].西安:西安交通大學(xué)，2003)。
[0005]2、局部放電臭氧檢測技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于超高頻電磁波檢測的高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng),通過接收柜體內(nèi)部放電產(chǎn)生的電磁波,實現(xiàn)局放的檢測和模式的識別。它只需將高頻傳感器固定在開關(guān)柜高壓設(shè)備附近，并對設(shè)備狀況進行實時動態(tài)監(jiān)測，該系統(tǒng)具有極強的抗干擾能力和較高的靈敏度。
[0007]本發(fā)明解決上述的技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于超高頻電磁波檢測的高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)，采用超高頻傳感器采用阿基米德雙臂螺旋天線，能實現(xiàn)帶寬10?10MHz的局部放電信號檢測。它是一種非頻變天線，其電性能與頻率無關(guān)，具有寬頻帶、圓極化、尺寸小、效率高及可嵌裝等優(yōu)點。放大器增益設(shè)計為2.1dB,濾波器采用貝塞爾型有源帶通濾波器。局部放電超高頻檢測通常僅關(guān)心信號的峰值及其出現(xiàn)的相位，采用包絡(luò)檢波技術(shù)可得到局部放電產(chǎn)生的超高頻信號的包絡(luò)曲線。處理單元將從超高頻傳感器獲取的信號數(shù)字化，并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，并將數(shù)據(jù)儲存在短信模塊中的普通數(shù)據(jù)采集卡，從而大大降低了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求和數(shù)據(jù)量。如果局放達到危險值將報警，通過短信模塊將局放位置、脈沖數(shù)值等發(fā)送到運行人員手機上，這樣就可以解決數(shù)據(jù)通過電纜接入PC機要長距離布線的麻煩。
[0009]—種基于超高頻電磁波檢測的高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)由高頻傳感器模塊、模擬信號處理模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊、微機處理單兀、短信模塊、手機構(gòu)成。
[0010]I)各部件結(jié)構(gòu):
[0011]1.1)所述高頻傳感器模塊I由高頻射頻天線、信號接收器、供電模塊組成，高頻射頻天線與信號接收器連接，供電模塊與信號接收器連接，局放信號通過高頻射頻天線穿入到信號接收器。
[0012]1.2)所述模擬信號處理電路內(nèi)含信號轉(zhuǎn)換電路和放大濾波電路，信號轉(zhuǎn)換電路的出口端與放大濾波電路的進口端連接。
[0013]1.3)所述A/D轉(zhuǎn)換電路模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和A/D參考模塊構(gòu)成，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)有1、I1、III接口，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的II接口與A/D參考模塊連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬電壓信號采樣為數(shù)字信號；通過A/D參考模塊修改A/D芯片的偏移量和工作區(qū)間，使釆樣芯片始終工作于線性度最佳的區(qū)間。
[0014]1.4)所述微機處理器單元由單片機ARM7、光提示模塊、旋鈕輸入模塊、通訊模塊構(gòu)成；以單片機ARM7為核心，單片機ARM7設(shè)有1、ΙΙ、ΠΙ接口，I接口與光提示模塊連接，II接口與旋鈕輸入模塊連接，III接口與通訊模塊連接；單片機ARM7的1、ΙΙ、ΠΙ接口協(xié)調(diào)儀器各部分的工作；光提示模塊提示高頻傳感器的工作狀態(tài)和參數(shù)，對局放等異常等情況進行提示；旋鈕輸入設(shè)備是儀器面板的唯一輸入設(shè)備，操作簡單；通訊模塊4-4包含RS232通訊協(xié)議和物理接口，同時提供0-2.5V、4-20mA模擬輸出接口。
[0015]1.5)所述短信模塊由串口接口、MCU信令轉(zhuǎn)換、GSM信道單元模塊、SM卡模塊、電源模塊構(gòu)成；
[0016]1.6)手機;
[0017]2)各部件的連接關(guān)系:
[0018]所述高頻傳感器模塊的信號接收器出口與模擬信號處理模塊的信號轉(zhuǎn)換電路進口連接；模擬信號處理模塊的放大濾波電路出口與A/D轉(zhuǎn)換模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的I接口相連;A/D轉(zhuǎn)換模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的III接口與微機處理單元的單片機ARM7的進口相連；微處理單元模塊的通訊模塊的出口與短信模塊的串口接口相連；最后通過短信模塊的GSM信道單元模塊發(fā)送到手機；
[0019]系統(tǒng)的工作流程為利用高頻傳感器模塊所采集的電磁波信號，通過模擬信號處理模塊的信號放大濾波模塊將原始電磁波信號過濾成只包含局放的信號傳給A/D轉(zhuǎn)換模塊，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將局放信號由模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給微處理模塊的單片機ARM7，單片機ARM7對檢測后的數(shù)據(jù)進行處理，并通過光提示模塊來提示檢測結(jié)果，以及通過通訊模塊的RS-232接口電路將局放數(shù)據(jù)報警結(jié)果送到短信模塊，最后經(jīng)由短信模塊通過GSM信號發(fā)送到手機。
[0020]與高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0021]1.本發(fā)明使用先進的電磁波傳感器，壽命長，更加易于安裝。
[0022]2.本發(fā)明是一種非侵入無損檢測方法，具有明顯的帶電檢測優(yōu)勢，大大提高了系統(tǒng)對局放脈沖信號的檢出率和可靠性。
[0023]3.本發(fā)明具有極強的抗干擾能力和較高的靈敏度。
[0024]4.檢測期間開關(guān)柜無需停電，大大提高了效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是發(fā)明一種基于超高頻電磁波檢測的高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中，高頻傳感器模塊1、模擬信號處理模塊2、A/D轉(zhuǎn)換模塊3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3_1、A/D參考模塊3-2、微機處理單元4、單片機ARM74-1、光提示模塊4_2、旋鈕輸入模塊4_3、通訊模塊4-4、短信模塊5、手機6。
[0027]圖2高頻傳感器模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中，高頻傳感器模塊1、高頻射頻天線1-1、信號接收器1-2、供電模塊1-3。
[0029]圖3模擬信號處理電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中，模擬信號處理模塊2、信號轉(zhuǎn)換電路2-1、放大濾波電路2-2。
[0031]圖4是短信模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖中，短信模塊5、串口接口 5-l、MCU信令轉(zhuǎn)換5_2、GSM信道單元模塊5_3、SM卡模塊5-4、電源模塊5-5。

【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。
[0034]一種基于超高頻電磁波檢測的高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)高頻傳感器模塊1、模擬信號處理模塊2、A/D轉(zhuǎn)換模塊3、微機處理單元4、短信模塊5、手機6組成。
[0035]I)各部件結(jié)構(gòu):
[0036]1.1)所述高頻傳感器模塊I由高頻射頻天線1-1、信號接收器1-2、供電模塊1_3組成，高頻射頻天線1-1與信號接收器1-2連接，供電模塊1-3與信號接收器1-2連接，局放信號通過高頻射頻天線1-1穿入到信號接收器1-2 ；
[0037]1.2)所述模擬信號處理電路2內(nèi)含信號轉(zhuǎn)換電路2-1和放大濾波電路2_2，信號轉(zhuǎn)換電路2-1的出口端與放大濾波電路2-2的進口端連接。
[0038]1.3)所述A/D轉(zhuǎn)換電路模塊3由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3_1和A/D參考模塊3_2構(gòu)成，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-1設(shè)有1、I1、111接口，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-1的II接口與A/D參考模塊3-2連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-1將模擬電壓信號采樣為數(shù)字信號；通過A/D參考模塊3-2修改A/D芯片的偏移量和工作區(qū)間，使釆樣芯片始終工作于線性度最佳的區(qū)間；
[0039]1.4)所述微機處理器單元4由單片機ARM74-1、光提示模塊4_2、旋鈕輸入模塊4-3、通訊模塊4-4構(gòu)成；以單片機ARM74-1為核心，單片機ARM7設(shè)有1、I1、111接口，I接口與光提示模塊4-2連接，II接口與旋鈕輸入模塊4-3連接，III接口與通訊模塊4-4連接；單片機ARM74-1的1、I1、111接口協(xié)調(diào)儀器各部分的工作；光提示模塊4-2提示高頻傳感器的工作狀態(tài)和參數(shù)，對局放等異常等情況進行提示；旋鈕輸入設(shè)備4-3是儀器面板的唯一輸入設(shè)備，操作簡單；通訊模塊4-4包含RS232通訊協(xié)議和物理接口，同時提供0-2.5V、4-20mA模擬輸出接口 ；
[0040]1.5)所述短信模塊5由串口接口 5-1、MCU信令轉(zhuǎn)換5_2、GSM信道單元模塊5_3、SIM卡模塊5-4、電源模塊5-5構(gòu)成；
[0041]1.6)手機；
[0042]2)各部件的連接關(guān)系:
[0043]所述高頻傳感器模塊I的信號接收器1-2出口與模擬信號處理模塊2的信號轉(zhuǎn)換電路2-1進口連接；模擬信號處理模塊2的放大濾波電路2-2出口與A/D轉(zhuǎn)換模塊3的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-1的I接口相連;A/D轉(zhuǎn)換模塊3的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-1的III接口與微機處理單元4的單片機ARM74-1的進口相連；微處理單元模塊4的通訊模塊4_4的出口與短信模塊5的串口接口 5-1相連；最后通過短信模塊5的GSM信道單元模塊5-3發(fā)送到手機6 ；
[0044]系統(tǒng)的工作流程為利用高頻傳感器模塊I所采集的電磁波信號，通過模擬信號處理模塊2的信號放大濾波模塊2-2將原始電磁波信號過濾成只包含局放的信號傳給A/D轉(zhuǎn)換模塊3，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊3通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-1將局放信號由模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給微處理模塊4的單片機ARM74-1，單片機ARM74-1對檢測后的數(shù)據(jù)進行處理，并通過光提示模塊4-2來提示檢測結(jié)果，以及通過通訊模塊4-4的RS-232接口電路將局放數(shù)據(jù)報警結(jié)果送到短信模塊5，最后經(jīng)由短信模塊5通過GSM信號發(fā)送到手機6。
[0045]一條典型的數(shù)據(jù)行
[0046]通過在高壓開關(guān)柜絕緣子法蘭位置注入模擬H)信號，10mV模擬H)信號注入可以在綜合處理單元MS上觀測到5-10pC的信號圖譜，800mV模擬H)信號注入可以在綜合處理單元MS上觀測到10pC的信號圖譜，試驗結(jié)果表明，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠有效地采集到局放信號，表明該系統(tǒng)具有較強抗干擾能力。通過接入短信模塊，可以將局放脈沖報警值、報警位置(用戶根據(jù)現(xiàn)場設(shè)置)以短信的方式發(fā)送到運行人員所持手機中。
[0047]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例子而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聞頻電磁波檢測的聞壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:聞頻傳感器模塊(I)、模擬信號處理模塊(2)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(3)、微機處理單元(4)、短信模塊(5)、手機(6)構(gòu)成， 1)各部件結(jié)構(gòu): 1.1)所述高頻傳感器模塊(I)由高頻射頻天線(1-1)、信號接收器(1-2)、供電模塊(1-3)組成，高頻射頻天線(1-1)與信號接收器(1-2)連接，供電模塊(1-3)與信號接收器(1-2)連接，局放信號通過高頻射頻天線(1-1)穿入到信號接收器(1-2)； 1.2)所述模擬信號處理電路(2)內(nèi)含信號轉(zhuǎn)換電路(2-1)和放大濾波電路(2-2)，信號轉(zhuǎn)換電路(2-1)的出口端與放大濾波電路(2-2)的進口端連接； 1.3)所述A/D轉(zhuǎn)換電路模塊(3)由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-1)和A/D參考模塊(3_2)構(gòu)成，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-1)設(shè)有1、I1、III接口，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-1)的II接口與A/D參考模塊(3-2)連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-1)將模擬電壓信號采樣為數(shù)字信號；通過A/D參考模塊(3-2)修改A/D芯片的偏移量和工作區(qū)間，使釆樣芯片始終工作于線性度最佳的區(qū)間； 1.4)所述微機處理器單元(4)由單片機ARM7 (4-1)、光提示模塊(4_2)、旋鈕輸入模塊(4-3)、通訊模塊(4-4)構(gòu)成；以單片機ARM7(4-1)為核心，單片機ARM7設(shè)有1、I1、III接口，I接口與光提示模塊(4-2)連接，II接口與旋鈕輸入模塊(4-3)連接，III接口與通訊模塊(4-4)連接；單片機ARM7(4-1)的1、I1、111接口協(xié)調(diào)儀器各部分的工作；光提示模塊(4-2)提示高頻傳感器的工作狀態(tài)和參數(shù)，對局放等異常等情況進行提示；旋鈕輸入設(shè)備(4-3)是儀器面板的唯一輸入設(shè)備，操作簡單；通訊模塊(4-4)包含RS232通訊協(xié)議和物理接口，同時提供0-2.5V、4-20mA模擬輸出接口 ； 1.5)所述短信模塊(5)由串口接口(5-1)、MCU信令轉(zhuǎn)換(5-2)、GSM信道單元模塊(5-3)、SIM卡模塊(5-4)、電源模塊(5-5)構(gòu)成； 1.6)手機； 2)各部件的連接關(guān)系: 所述高頻傳感器模塊(I)的信號接收器(1-2)出口與模擬信號處理模塊(2)的信號轉(zhuǎn)換電路(2-1)進口連接；模擬信號處理模塊(2)的放大濾波電路(2-2)出口與A/D轉(zhuǎn)換模塊⑶的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-1)的I接口相連;A/D轉(zhuǎn)換模塊(3)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-1)的III接口與微機處理單元(4)的單片機ARM7(4-1)的進口相連；微處理單元模塊(4)的通訊模塊(4-4)的出口與短信模塊(5)的串口接口(5-1)相連；最后通過短信模塊(5)的GSM信道單元模塊(5-3)發(fā)送到手機(6)； 系統(tǒng)的工作流程為利用高頻傳感器模塊(I)所采集的電磁波信號，通過模擬信號處理模塊(2)的信號放大濾波模塊(2-2)將原始電磁波信號過濾成只包含局放的信號傳給A/D轉(zhuǎn)換模塊(3)，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊(3)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-1)將局放信號由模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給微處理模塊(4)的單片機ARM7(4-1)，單片機ARM7(4-1)對檢測后的數(shù)據(jù)進行處理，并通過光提示模塊(4-2)來提示檢測結(jié)果，以及通過通訊模塊(4-4)的RS-232接口電路將局放數(shù)據(jù)報警結(jié)果送到短信模塊(5)，最后經(jīng)由短信模塊(5)通過GSM信號發(fā)送至IJ手機⑶。
【文檔編號】G01R31/12GK104267320SQ201410524190
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】吳慶軍 申請人:廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉林供電局