一、開(kāi)關(guān)柜局放及溫升在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

高壓開(kāi)關(guān)柜是使用廣且數(shù)量多的開(kāi)關(guān)設(shè)備。由于在設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行維護(hù)等方面存在著不同程度的問(wèn)題，因而事故率比較高，在諸多性質(zhì)的開(kāi)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(jí)，造成的后果也很?chē)?yán)重。特別是小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜，絕緣事故率更高，而且往往一臺(tái)出現(xiàn)事故，殃及鄰柜的現(xiàn)象更為突出。因此，迫切需要對(duì)開(kāi)關(guān)柜實(shí)行狀態(tài)檢修，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)和定時(shí)的在線監(jiān)測(cè)，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和絕緣的劣化程度，確定檢修時(shí)問(wèn)和措施，減少停電時(shí)間和事故的發(fā)生，提高電力裝置運(yùn)行的安全可靠性及自動(dòng)化程度。

高壓開(kāi)關(guān)柜的絕緣故障主要表現(xiàn)為外絕緣對(duì)地閃絡(luò)擊穿，內(nèi)絕緣對(duì)地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過(guò)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(guò)局部放電階段，局部放電的強(qiáng)弱能夠及時(shí)反映絕緣狀態(tài)，因此通過(guò)在線監(jiān)測(cè)局部放電來(lái)判斷絕緣狀態(tài)為實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜絕緣在線監(jiān)測(cè)及診斷的有效手段。

高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電及溫升在線監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)檢測(cè)伴隨局部放電而產(chǎn)生的電磁波輻射及開(kāi)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(dòng)確定現(xiàn)場(chǎng)局部放電的實(shí)際檢測(cè)頻率，隨后將檢測(cè)的局部放電脈沖簇?cái)?shù)據(jù)和開(kāi)關(guān)柜頭溫升數(shù)據(jù)上傳DTU。

1.1開(kāi)關(guān)柜局放及溫升在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)

開(kāi)關(guān)柜裝備有斷路器、CT、PT、保護(hù)繼電器，檢測(cè)設(shè)備和輔助設(shè)備，除了外部線路，開(kāi)關(guān)柜是由金屬外殼內(nèi)的配線連接而成，見(jiàn)圖1。

1.2開(kāi)關(guān)柜電力設(shè)備的絕緣缺陷

高壓開(kāi)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(kāi)關(guān)設(shè)備有MCCB、CT、PT、CV開(kāi)關(guān)柜等。開(kāi)關(guān)柜的設(shè)備故障包括由于長(zhǎng)時(shí)間使用引起的絕緣缺陷，由于觸點(diǎn)的不良連接引起的放電的瞬間短路以及各個(gè)連接部分，過(guò)熱、電涌、電流故障等。圖2 通過(guò)分布圖表明了引起開(kāi)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(cè)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(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生局部放電是高壓絕緣中普遍存在的問(wèn)題。雖然局部放電一般不會(huì)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(jī)電介質(zhì))的局部損壞。若局部放電長(zhǎng)期存在，在一定條件下會(huì)導(dǎo)致絕緣劣化甚至擊穿。對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，不但能夠了解設(shè)備的絕緣狀況，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)許多有關(guān)制造與安裝方面的問(wèn)題，確定絕緣故障的原因及其嚴(yán)重程度。因此，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行局部放電測(cè)試是電力設(shè)備制造和運(yùn)行中的一項(xiàng)重要預(yù)防性試驗(yàn)。

各種局部放電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，基于對(duì)發(fā)生局部放電時(shí)產(chǎn)生的各種電、光、聲、熱等現(xiàn)象的研究，局部放電檢測(cè)技術(shù)中也相應(yīng)出現(xiàn)了電檢測(cè)法和光測(cè)法、聲測(cè)法、紅外熱測(cè)法等非電量檢測(cè)方法。近年來(lái)，隨著局部放電檢測(cè)技術(shù)的提高和進(jìn)步，采用電磁輻射信號(hào)進(jìn)行局放檢測(cè)成為一項(xiàng)簡(jiǎn)便易行的檢測(cè)方法。

二、開(kāi)關(guān)柜局部放電及溫升裝置簡(jiǎn)介

2.1裝置說(shuō)明

該裝置是一套用于探測(cè)、分析并連續(xù)監(jiān)測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜中局部放電信號(hào)及開(kāi)關(guān)柜頭溫升的在線監(jiān)測(cè)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(wú)源無(wú)線溫度傳感器上取得的溫度信號(hào)并將其數(shù)字化，而采用上位機(jī)進(jìn)行局放信號(hào)的篩選、分析并完成局放脈沖數(shù)值記錄、監(jiān)測(cè)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(shí)檢測(cè)伴隨局部放電產(chǎn)生的電磁波輻射脈沖信號(hào)。由于高壓設(shè)備四周總是充斥著各類噪聲及干擾信號(hào)，而由于UHF特高頻傳感器單獨(dú)安裝于金屬開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，故僅對(duì)本開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的電氣局放故障作出響應(yīng)，而不會(huì)受相鄰開(kāi)關(guān)柜內(nèi)信號(hào)及變電站現(xiàn)場(chǎng)其他相關(guān)信號(hào)的干擾，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)實(shí)際局放情況的連續(xù)監(jiān)測(cè)。另外配置了高性能的智能噪音傳感器，排除外界噪音信號(hào)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(bào)事故。裝置中的本地主機(jī)包括 CPU、ADC插板、信號(hào)處理插板、主板、電源及機(jī)箱等部件。主要功能有：信號(hào)放大、信號(hào)處理(如：數(shù)字濾波、波形測(cè)量、脈沖記數(shù)、波形數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。

終端用戶安裝軟件后可通過(guò)個(gè)人電腦設(shè)置裝置參數(shù)及工作條件、進(jìn)行信號(hào)分析，同時(shí)可對(duì)局放信號(hào)自動(dòng)分析并存儲(chǔ)相關(guān)信息(如信號(hào)的幅值、頻率等)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)。

2.2 裝置組成

2.2.1  單面開(kāi)關(guān)柜

2.2.2  2進(jìn)2出環(huán)網(wǎng)箱配置

2.2.3  2進(jìn)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(jì);

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(cè)頻帶：10kHz~100MHz；

B) 信號(hào)傳輸方式：50Ω同軸開(kāi)關(guān)柜；

C) 檢測(cè)靈敏度：10pC；

D) 負(fù)載阻抗,：50 ?；

E) 高頻UHF天線,無(wú)源無(wú)線原理；

F) 接口：BNC，通過(guò)同軸開(kāi)關(guān)柜與PD高頻檢測(cè)通道連接。

2.3.3無(wú)線溫濕度傳感器參數(shù)：

A) 溫度顯示范圍：-20℃～+80℃；

B) 原理：無(wú)源無(wú)線

C) 溫度檢測(cè)精度：±0.1度；

D) 測(cè)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(hù)等級(jí)：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(cè)范圍：0%-99%RH；

L) 濕度檢測(cè)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(hào)檢測(cè)與分析技術(shù)，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行分布式在線檢測(cè)，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜中的局部放電信號(hào)。

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

C) 在線實(shí)時(shí)采集高頻局部放電信號(hào)的波形圖，記錄其相位、振幅和時(shí)間信息。

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

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

F) 識(shí)別局部放電的類型，以概率的方式指示個(gè)局放信號(hào)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(hào)等）的可能性。

G) 自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包括受檢設(shè)備信息、采集到的局部放電信號(hào)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(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)和局部放電信號(hào)分析裝置，對(duì)檢測(cè)到的局放信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)分析、判斷和識(shí)別。

I) 裝置有較高的缺陷識(shí)別準(zhǔn)確率。

J) 裝置的采樣頻帶在高頻波段，具有較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)。

K) 具有智能報(bào)警功能，檢測(cè)到局放信號(hào)時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

L) 局放信號(hào)采集和分析裝置的運(yùn)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(qiáng)的擴(kuò)展功能，可以根據(jù)電力公司的需求對(duì)裝置進(jìn)行擴(kuò)容。

N) 裝置應(yīng)方便地在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行帶電安裝和拆卸，不影響電力設(shè)備的運(yùn)行。

O) 裝置的前端檢測(cè)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(shì)

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

2.裝置設(shè)計(jì)有背景噪音檢測(cè)通道和噪音傳感器，可抗現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境，杜絕誤報(bào)事故的發(fā)生。

3.裝置采用并行同步采樣方式，保證同主機(jī)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(hào)的甄別高可靠性。

4.裝置設(shè)計(jì)固化了1000條局放數(shù)據(jù)庫(kù)和500條噪音數(shù)據(jù)庫(kù)，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供了豐富的比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)，使系統(tǒng)報(bào)警準(zhǔn)確率達(dá)到98%以上。

5.裝置設(shè)計(jì)有局放信號(hào)幅值監(jiān)測(cè)、信號(hào)可信度監(jiān)測(cè)、信號(hào)密度監(jiān)測(cè)三大判定算法，做到局放發(fā)展趨勢(shì)預(yù)判。

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

三、現(xiàn)場(chǎng)安裝