高压电力设备局部放电综合巡检仪

摘要

本发明公开了一种高压电力设备局部放电综合巡检仪，其特征在于：包括主机及与主机连接的传感器组，所述传感器组包括用于检测电力设备外壳上电流脉冲信号的暂态地电位传感器，用于检测从电力设备内部传播处的电磁波信号的超高频电磁波传感器，用于检测从电力设备内部传播处的超声波信号的非接触式超声波传感器以及用于检测从电力设备内部超声波信号引起外壳振动的接触式超声波传感器，所述暂态地电位传感器、超高频电磁波传感器、非接触式超声波传感器以及接触式超声波传感器均与主机相连接。这样的局部放电综合巡检仪可以方便地对变压器、组合电器（GIS）及开关柜开展局部放电带电检测，具有仪器便携化化、检测快速化及智能化的突出优势。

权利要求

1.一种高压电力设备局部放电综合巡检仪，其特征在于：包括主机及与主机连接的传感器组，所述传感器组包括用于检测电力设备外壳上电流脉冲信号的 暂态地电位传感器，用于检测从电力设备内部传播处的电磁波信号的超高频电磁波传感器，用于检测从电力设备内部传播处的超声波信号的非接触式超声波传感器以及用于检测从电力设备内部超声波信号引起外壳振动的接触式超声波传感器，所述暂态地电位传感器、超高频电磁波传感器、非接触式超声波传感器以及接触式超声波传感器均与主机相连接；所述主机包括用于实现系统总体控制的嵌入式主控系统、多信号调理模块、用于对信号调理模块输出信号实现无差别高速采集的数据采集模块、用于存储检测谱图及数据的数据存储与管理模块、用于实现电力设备台账自动识别的设备台账识别模块以及用于显示检测结果及输入用户数据的人机交互模块；

所述数据采集模块、设备台账识别模块、数据存储与管理模块和人机交互模块均与嵌入式主控系统相连接，所述暂态地电位传感器、超高频电磁波传感器、非接触式超声波传感器以及接触式超声波传感器均通过多信号调理模块与数据采集模块相连接；所述超高频电磁波传感器通过同轴N型接头及同轴电缆与主机相连，所述超高频电磁波传感器设置在靠近电力设备的非金属部件附近，通过将超高频电磁波传感器靠近电力设备的非金属部件附近完成从电力设备内部传播的电磁波信号的检测；

所述多信号调理模块包括对应于不同检测传感器的四路独立信号调理通道及与四路独立信号调理通道连接的四选一通道选择开关，所述四路独立信号调理通道通过四选一通道选择开关连接数据采集模块；

所述四路独立信号调理通道包括与暂态地电位传感器连接的暂态地电位通道、与超高频电磁波连接的超高频电磁波通道、与非接触式超声波传感器的非接触式超声波通道以及与接触式超声波传感器连接的接触式超声波通道，所述暂态地电位通道、超高频电磁波通道、非接触式超声波通道和接触式超声波通道均包含与对应于不同检测传感器连接的滤波电路以及与滤波电路连接的放大电路，且所述暂态地电位通道及超高频电磁波通道还设有与放大电路输出端连接的包络检波电路。

2.根据权利要求1所述的高压电力设备局部放电综合巡检仪，其特征在于：所述暂态地电位传感器内置于主机侧面，所述主机的侧表面贴附在电力设备外壳上，通过暂态地电位传感器完成电力设备外壳上电流脉冲信号的检测。

3.根据权利要求1所述的高压电力设备局部放电综合巡检仪，其特征在于：

根据权利要求1所述的高压电力设备局部放电综合巡检仪，其特征在于非接触式超声波传感器内置于主机顶部，所述主机顶部靠近电力设备的孔隙处，用于完成从电力设备内部传播处的超声波信号的检测。

4.根据权利要求1所述的高压电力设备局部放电综合巡检仪，其特征在于所述接触式超声波传感器通过BNC接头及同轴电缆与主机相连，所述接触式超声波传感器贴附在电力设备外壳上，用于完成从电力设备内部超声波信号引起的外壳振动的检测。

5.根据权利要求1所述的高压电力设备局部放电综合巡检仪，其特征在于所述四路独立信号调理通道均采用铝制盖板覆盖；所述四选一通道选择开关采用的是模拟电子开关。

6.根据权利要求1所述的高压电力设备局部放电综合巡检仪，其特征在于：所述嵌入式主控系统采用的是ARM处理器，所述数据采集模块采用的是FPGA模块，所述设备台账识别模块采用的是射频读写模块；所述数据存储与管理模块采用的是SD卡读写模块；所述人机交互模块包括LCD彩色显示屏及薄膜开关。

说明书

高压电力设备局部放电综合巡检仪

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高压电力设备局部放电综合巡检仪，属于高电压输变电技术领域。

背景技术

[0002] 电力设备内部绝缘缺陷是引起其故障的主要原因，目前针对绝缘缺陷的检测方法主要有耐压试验和局部放电检测。考虑到局部放电检测具有操作简单、可带电检测、以及可发现早期绝缘缺陷的突出优点，因此，局部放电检测已经成为电力设备内部绝缘缺陷的主要检测手段。

[0003] 所谓局部放电（Partial Discharge），是绝缘介质中的一种电气放电，就是指在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域，如金属尖刺、悬浮电极、绝缘内部气隙等引起的非贯穿性放电通道的一种放电现象 。

[0004] 目前常用的局部放电检测方法主要有超高频电磁波检测法、超声波检测法、暂态地电位检测法、高频电流脉冲检测法、分解物检测法等。不同方法的适用性存在一定差异：对于开关柜，比较有效的检测方法有暂态地电位检测法、超声波检测法及超高频电磁波检测法；对于组合电器（GIS），比较有效的检测方法有超声波检测法、超高频电磁波检测及SF6分解物检测法等；对于变压器，比较有效的检测方法有超声波检测法、高频电流脉冲检测法及变压器油分解物检测法（油色谱检测法）等。

[0005] 不同检测方法的原理及其实现方式存在较大差异，因此，目前应用于电力设备的局部放电检测仪大多仅具备单一检测方法，如超高频局部放电检测仪、超声波局部放电检测仪等。少数仪器厂家根据电力生产的需要，也已尝试不同检测方法的融合，但均局限于简单的通道组合，如英国EA公司生产的Ultra TEV Plus将暂态地电位检测法及非接触式超声波检测法集成在一台手持式仪器中，可用于开关柜状态检测工作。

[0006] 目前，变电站运维工作的特点决定了运维人员需要有效掌握各类电气设备的运行状态，然而局部放电检测仪的方法单一性限制了这一目标的实现。因此，变电站运行人员对站内设备的巡检工作主要以巡视为主。由于巡视主要基于运维人员目测、耳听、鼻嗅、手摸等感官手段，难以发现设备内在缺陷和隐患，降低了电网运行可靠性。

发明内容

[0007] 为解决现有技术上不足，本发明的目的是在于根据电力设备运维工作需要，而提供一种适用于变电站运维工作的高压电力设备局部放电综合巡检仪，其可以通过手持式仪器这一载体，实现变压器、组合电器（GIS）及开关柜局部放电多方法综合检测，提升变电运维水平。

[0008] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0009] 一种高压电力设备局部放电综合巡检仪，其特征在于：包括主机及与主机连接的传感器组，所述传感器组包括用于检测电力设备外壳上电流脉冲信号的 暂态地电位传感器，用于检测从电力设备内部传播处的电磁波信号的超高频电磁波传感器，用于检测从电力设备内部传播处的超声波信号的非接触式超声波传感器以及用于检测从电力设备内部超声波信号引起外壳振动的接触式超声波传感器，所述暂态地电位传感器、超高频电磁波传感器、非接触式超声波传感器以及接触式超声波传感器均与主机相连接。

[0010] 进一步的，所述主机包括用于实现系统总体控制的嵌入式主控系统、多信号调理模块、用于对信号调理模块输出信号实现无差别高速采集的数据采集模块、用于存储检测谱图及数据的数据存储与管理模块、用于实现电力设备台账自动识别的设备台账识别模块以及用于显示检测结果及输入用户数据的人机交互模块；所述数据采集模块、设备台账识别模块、数据存储与管理模块和人机交互模块均与嵌入式主控系统相连接，所述暂态地电位传感器、超高频电磁波传感器、非接触式超声波传感器以及接触式超声波传感器均通过多信号调理模块与数据采集模块相连接。

[0011] 作为优先方案，所述暂态地电位传感器内置于主机侧面，所述主机的侧表面贴附在电力设备外壳上，通过暂态地电位传感器完成电力设备外壳上电流脉冲信号的检测。

[0012] 作为优先方案，所述超高频电磁波传感器通过同轴N型接头及同轴电缆与主机相连，所述超高频电磁波传感器设置在靠近电力设备的非金属部件附近，通过将超高频电磁波传感器靠近电力设备的非金属部件附近完成从电力设备内部传播的电磁波信号的检测。

[0013] 作为优先方案，非接触式超声波传感器内置于主机顶部，所述主机顶部靠近电力设备的孔隙处，用于完成从电力设备内部传播处的超声波信号的检测。

[0014] 作为优先方案，所述接触式超声波传感器通过BNC接头及同轴电缆与主机相连，所述接触式超声波传感器贴附在电力设备外壳上，用于完成从电力设备内部超声波信号引起的外壳振动的检测。

[0015] 作为优先方案，所述多信号调理模块包括对应于不同检测传感器的四路独立信号调理通道及与四路独立信号调理通道连接的四选一通道选择开关，所述四路独立信号调理通道通过四选一通道选择开关连接数据采集模块。

[0016] 不同检测传感器是指上述的暂态地电位传感器、超高频电磁波传感器、非接触式超声波传感器以及接触式超声波传感器。

[0017] 作为优先方案，所述四路独立信号调理通道包括与暂态地电位传感器连接的暂态地电位通道、与超高频电磁波连接的超高频电磁波通道、与非接触式超声波传感器的非接触式超声波通道以及与接触式超声波传感器连接的接触式超声波通道，所述暂态地电位通道、超高频电磁波通道、非接触式超声波通道和接触式超声波通道均包含与对应于不同检测传感器连接的滤波电路以及与滤波电路连接的放大电路，且所述暂态地电位通道及超高频电磁波通道还设有与放大电路输出端连接的包络检波电路。

[0018] 作为优先方案，所述四路独立信号调理通道均采用铝制盖板覆盖；所述四选一通道选择开关采用的是模拟电子开关。

[0019] 作为优先方案，所述嵌入式主控系统采用的是ARM处理器，所述数据采集模块采用的是FPGA模块，所述设备台账识别模块采用的是射频读写模块；所述数据存储与管理模块采用的是SD卡读写模块；所述人机交互模块包括LCD彩色显示屏及薄膜开关。

[0020] 被测多项包括变压器、组合电器（GIS）及开关柜，具有仪器便携化化、检测快速化及智能化的突出优势。

[0021] 采用上述技术方案，本发明相对于现有技术达到了如下有益效果：

[0022] 1）有效融合了局部放电暂态地电位检测技术、超高频电磁波检测技术、接触式超声波检测技术、非接触式超声波检测技术，可实现变压器、组合电器（GIS）、开关柜等多种电力设备多方法局部放电综合检测，提高了设备缺陷检出率。

[0023] 2）通过应用包络检波技术将不同检测方法所需的数据采样率降至同一水平，并应用模拟电子开关，实现了同一数据采集模块对不同局放信号的统一处理，有效降低了仪器尺寸，实现了手持化，有效提升了变电站运维人员操作舒适度，提高了工作效率。

[0024] 3）采用铝制盖板对各信号调理电路进行屏蔽处理，有效屏蔽了外部信号干扰，并降低通道间的交叉干扰，提高了测试结果的准确性。

[0025] 4）采用基于RFID读写技术的设备台账自动识别，可快速获取被测设备台账信号，实现检测数据与设备的自动关联，有助于检测数据的有序管理，便于历史数据的对比，提高了检测过程智能化水平。

附图说明

[0026] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明，其中：

[0027] 图1是本发明的高压电力设备局部放电综合巡检仪的优选实施方式结构示意图；

[0028] 图2是本发明的高压电力设备局部放电综合巡检仪的优选实施方式模块示意图；

[0029] 图3是图1和图2所示实施方式中多信号调理模块功能示意图。

[0030] 图4是图1和图2所示实施方式在110kV GIS中进行局部放电检测试验的接线示意图；

[0031] 图5是图4的局部放电巡检仪超高频通道检测界面。

具体实施方式

[0032] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

[0033] 图1和图2显示的是本发明的高压电力设备局部放电综合巡检仪的优选实施方式。如图所示，本实施方式的局部放电综合巡检仪包含主机及与主机连接的传感器组。传感器组由暂态地电位传感器1、超高频电磁波传感器2、非接触式超声波传感器3及接触式超声波传感器4等四种局部放电检测传感器组成，所述主机5由嵌入式主控系统及多信号调理模块、数据采集模块、设备台账识别模块、数据存储与管理模块、人机交互模块组成。

[0034] 本实施例中，暂态地电位传感器1、超高频电磁波传感器2、非接触式超声波传感器3及接触式超声波传感器4均通过多信号调理模块与数据采集模块相连接，而该数据采集模块、设备台账识别模块、数据存储与管理模块和人机交互模块均与嵌入式主控系统连接。

[0035] 作为上述技术方案的一种优选，本发明在实现如下方面进行了优化设计。

[0036] 其中，传感器组方面：

[0037] 1）暂态地电位传感器1采用内置式，预埋于主机5侧面，用于检测电力设备外壳上电流脉冲信号，通过将主机5侧表面贴附在电力设备外壳上完成检测；

[0038] 2）超高频电磁波传感器2采用外置式，通过N型接头6及同轴电缆8与主机5相连，用于检测从电力设备内部传播处的电磁波信号，通过将超高频电磁波传感器2靠近电力设备的非金属部件附近完成检测；

[0039] 3）非接触式超声波传感器3采用内置式，预埋于主机5顶部，用于检测从电力设备内部传播处的超声波信号，通过将主机5顶部靠近电力设备孔隙处完成检测；

[0040] 4）接触式超声波传感器4采用外置式，通过BNC接头7及同轴电缆8与主机5相连，用于检测从电力设备内部超声波信号引起的外壳振动，通过将传感器贴附在电力设备外壳上完成检测。

[0041] 主机方面：

[0042] 1）嵌入式主控系统采用ARM处理器，实现系统总体控制；

[0043] 2）多信号调理模块包括对应于不同检测传感器的四路独立信号调理通道及四选一通道选择开关，各通道均包含滤波电路及放大电路，且暂态地电位通道及超高频电磁波通道均设有包络检波电路；各信号调理通道的电路均采用铝制盖板覆盖，以便屏蔽外部信号干扰，并降低通道间的交叉干扰；四选一通道选择开关采用模拟电子开关实现；图3所示为多信号调理模块功能示意图。

[0044] 本实施例中，各信号调理通道是指四路独立信号调理通道，而四路独立信号调理通道包括与暂态地电位传感器连接的暂态地电位通道、与超高频电磁波连接的超高频电磁波通道、与非接触式超声波传感器的非接触式超声波通道以及与接触式超声波传感器连接的接触式超声波通道。所述暂态地电位通道、超高频电磁波通道、非接触式超声波通道和接触式超声波通道均包含与对应于不同检测传感器连接的滤波电路以及与滤波电路连接的放大电路，且所述暂态地电位通道及超高频电磁波通道还设有与放大电路输出端连接的包络检波电路，所述检波电路再与数据采集模块连接。

[0045] 3）数据采集模块采用FPGA实现，多信号调理模块将滤波电路、放大电路及取包络检波电路后的模拟信号经模拟电子开关选通至统一的数据采集模块（电路），数据采集模块对输入的模拟信号进行高速采集，转换为数字信号；

[0046] 4）设备台账识别模块采用的是射频读写模块，即采用的是射频读写（RFID）技术，通过与安装与电力设备外壳上的台账存储标签进行配合，实现电力设备台账自动识别；

[0047] 5）数据存储与管理模块采用SD卡读写技术的SD卡读写模块，用于存储检测谱图及数据；

[0048] 6）人机交互模块包括LCD彩色显示屏9及薄膜开关技术，该薄膜开关技术设置有薄膜开关11和功能输入键10，用于显示检测结果及输入用户数据。

[0049] 结合实施例1上述局部放电综合巡检仪进行测试，本发明的局部放电综合巡检仪具有优良的局放检测性能。

[0050] 实施例1

[0051] 选定的信号调理模块中：暂态地电位通道的滤波频带为500kHz~10MHz，包络检波电路的包络线时间常数1000ns；超高频电磁波通道的滤波频带400MHz~1GHz，对应包络检波电路的包络线时间常数200ns，非接触式超声波通道30kHz~50kHz，接触式超声波通道20kHz~100kHz；所有通道放大倍数为100倍。

[0052] 选定数据采集通道中，数据采样频率为10MHz。

[0053] 下面结合通过加压试验验证局部放电综合巡检仪的局部放电检测性能，对本实施方式的局部放电综合巡检仪做更进一步的说明。

[0054] 图4显示的是将本实施方式的局部放电综合巡检与用于检测GIS内部绝缘缺陷的接线示意图。

[0055] 在GIS中心导体上人为设置尖刺缺陷模型Q。当试验电压为60kV时，GIS中发生稳定的局部放电，此时脉冲电流法测得的局放量为13.7pC。

[0056] 局部放电综合巡检仪超高频检测通道检测值介于为37dB~45dB之间，如图5所示；超声波检测通道检测值介于13dB~18dB之间，具有良好的局放检测性能。

[0057] 本发明可以通过手持式仪器这一载体，实现变压器、组合电器（GIS）及开关柜局部放电多方法综合检测，提升变电运维水平。有效融合了局部放电暂态地电位检测技术、超高频电磁波检测技术、接触式超声波检测技术、非接触式超声波检测技术，可实现变压器、组合电器（GIS）、开关柜等多种电力设备多方法局部放电综合检测，提高了设备缺陷检出率。

[0058] 经上述实施例可知，通过应用包络检波技术将不同检测方法所需的数据采样率降至同一水平，并应用模拟电子开关，实现了同一数据采集模块对不同局放信号的统一处理，有效降低了仪器尺寸，实现了手持化，有效提升了变电站运维人员操作舒适度，提高了工作效率。并采用铝制盖板对各信号调理电路进行屏蔽处理，有效屏蔽了外部信号干扰，并降低通道间的交叉干扰，提高了测试结果的准确性。

[0059] 此外，本发明采用基于RFID读写技术的设备台账自动识别，可快速获取被测设备台账信号，实现检测数据与设备的自动关联，有助于检测数据的有序管理，便于历史数据的对比，提高了检测过程智能化水平。

[0060] 上面结合附图与具体实施方式对本发明做了详细的说明，但本发明并不限于此，任何本技术领域的技术人员在所具备的知识范围内，在不违背本发明宗旨的前提下，可以对其做出各种变形与修改。