專利名稱：基于氧傳感器的開關(guān)柜局部放電實時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓開關(guān)柜技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于氧傳感器的開關(guān)柜局部放電實時監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
開關(guān)柜是電力系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，開關(guān)柜能否安全運行直接影響著電網(wǎng)的供電可靠性。開關(guān)柜會有局部放電現(xiàn)象產(chǎn)生，局部放電是指絕緣結(jié)構(gòu)中由于電場分布不均勻、局部電場過高而導(dǎo)致的絕緣介質(zhì)中局部范圍內(nèi)的放電或擊穿，開關(guān)柜內(nèi)局部放電會導(dǎo)致其內(nèi)部組織絕緣惡化，最終導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)崩壞以致開關(guān)柜無法正常運行。局部放電通常通過以下形式來釋放能量:(I)電磁形式、(2)聲波形式、(3)氣體形式。目前，開關(guān)柜局放檢測裝置主要采用了地電波(TEV)、超高頻電磁波(UHF)以及超聲波(AE)等幾種檢測方法，其原理都是采用體外接收裝置檢測電磁波或超聲波的存在來判斷開關(guān)柜內(nèi)部是否有局部放電。上述技術(shù)方法不僅需要耗費大量人力物力，另外還存在許多局限性，譬如超高頻電磁波抗干擾能力較差，超聲波檢測頻帶范圍有限等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、抗干擾能力強且使用方便的基于氧傳感器的開關(guān)柜局部放電實時監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種基于氧傳感器的開關(guān)柜局部放電實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括氧傳感器、電流運放單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、DSP處理器、通信單元以及終端監(jiān)控機；所述的氧傳感器安裝在開關(guān)柜內(nèi)并將輸出的 放電電流If連接到電流運放單元，所述的電流運放單元將放電電流If放大并轉(zhuǎn)為放電電壓Uf，該放電電壓Uf通過A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后連接到DSP處理器；所述的DSP處理器進行處理并將輸出的放電電壓Uf和放電電壓斜率Kf經(jīng)過通信單元與終端監(jiān)控機相連接，同時，DSP處理器將輸出的控制電流I。經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換單元連接到氧傳感器上實現(xiàn)對氧傳感器的控制。而且，所述的氧傳感器包括可充電鋅空氣電池、可調(diào)恒壓源及警報燈，可調(diào)恒壓源、可充電鋅空氣電池及警報燈串聯(lián)在一起組成氧傳感器回路，電流運放單元串聯(lián)在氧傳感器回路上用于采集氧傳感器的輸出的放電電流If，可調(diào)恒壓源的控制端與DSP處理器輸出的控制電流Ic相連接。而且，所述的可充電鋅空氣電池采用活性炭作為正極活性物質(zhì)，采用鋅材料作為負極物質(zhì)，以氯化銨或苛性堿溶液作為電解質(zhì)。而且，所述的通信單元采用以太網(wǎng)通信模塊并采用變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信標準IEC61850進行數(shù)據(jù)通信。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:本發(fā)明設(shè)計合理，其通過氧傳感器檢測開關(guān)柜局放電過程中氧氣濃度的變化并將變化信息轉(zhuǎn)化為放電電流，然后由DSP處理器及終端監(jiān)控機進行分析得出有無放電、放電是否嚴重以及放電點離傳感器的距離等結(jié)果，避免了電磁波或超聲波存在的抗干擾能力差等問題，具有抗干擾能力強、快速準確、性能穩(wěn)定、使用方便等特點。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)連接示意圖；圖2為氧傳感器的電路方框圖；圖3 Ca)為恒壓源的自動調(diào)節(jié)方式的處理示意圖；圖3 (b)為恒壓源的人工調(diào)節(jié)方式的處理示意圖；圖4為DSP處 理器的處理流程圖；圖5為終端監(jiān)控機的功能架構(gòu)圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳述。一種基于氧傳感器的開關(guān)柜局部放電實時監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示，包括氧傳感器、電流運放單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、DSP處理器、通信單元以及終端監(jiān)控機。所述的氧傳感器安裝在開關(guān)柜內(nèi)且氧傳感器的輸出端與電流運放單元相連，該氧傳感器用于感應(yīng)開關(guān)柜內(nèi)氧氣濃度的變化并將濃度變化信號轉(zhuǎn)化為放電電流If輸出給電流運放單元；所述的電流運放單元能夠?qū)⑿》烹婋娏鱅f放大為放電電壓Uf，由于Uf為模擬量，因此，該電流運放單元的輸出端需要通過A/D轉(zhuǎn)換單元與DSP處理器相連，A/D轉(zhuǎn)換單元將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸給DSP處理器；所述的DSP處理器通過自身的I/O單元將該數(shù)字信號采集進來，并進行數(shù)學(xué)運算，求得一段時間內(nèi)的Uf及Kf曲線(Uf為放電電壓，Kf為放電電壓斜率)，同時，該DSP處理器可以輸出控制電流Ic，因此，DSP處理器包括兩個輸出端:一輸出端輸出放電電SUf和放電電壓斜率Kf經(jīng)過通信單元與終端監(jiān)控機相連接，另一輸出端輸出控制電流Ic經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換單元與氧傳感器中的可調(diào)恒壓源相連用于調(diào)節(jié)氧傳感器模塊中的恒壓源輸出電壓大小。終端監(jiān)控機通過Uf及Kf曲線判斷是否存在放電以及故障點的距離，然后將分析后得到的結(jié)果顯示在監(jiān)控平臺供運行人員查看。下面對各個部分分別進行說明:如圖2所示，氧傳感器采用電化學(xué)氧傳感器，包括可充電鋅空氣電池、可調(diào)恒壓源及警報燈，可調(diào)恒壓源、可充電鋅空氣電池及警報燈串聯(lián)在一起組成氧傳感器回路，該氧傳感器回路的輸出電流由電流運放單元采集，可調(diào)恒壓源的控制端與DSP處理器輸出的控制電流Ic并通過D/A轉(zhuǎn)換單元相連接?？沙潆婁\空氣電池以氧氣為原料，其輸出端電壓Ub大小與空氣氧氣濃度成正比，在通常氧氣濃度下，Ub近似等于1.5V?？烧{(diào)恒壓源輸出端電壓為Un，在開關(guān)柜正常運行情況下，調(diào)節(jié)恒壓源輸出使得Un=Ub,則此時電路無電流流過，If=O0假如運行一段時間內(nèi)開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生局部放電現(xiàn)象，柜內(nèi)將生成臭氧與二氧化氮氣體，由于開關(guān)柜是近似密封的，且化學(xué)反應(yīng)消耗了一定的氧氣，則柜內(nèi)氧氣的濃度必然下降，氧傳感器將感應(yīng)到這一變化。空氣電池輸出端電壓Ub將隨著氧氣濃度下降而下降，而恒壓源電壓為Un不變，假設(shè)警報燈的電阻為Rf，則回路電流If= (Un-Ub) /Rf,不再為零。If作為反應(yīng)氧濃度變化的電信號，可稱之為放電電流。當(dāng)If達到一定閥值后，警報燈會發(fā)亮提醒現(xiàn)場運行人員開關(guān)柜內(nèi)異常。氧傳感器共有三種工作模式:運行模式、調(diào)試模式及充電模式:(1)運行模式下，空氣電池電壓Un等于恒壓源兩端電壓ub，互感器可隨時感應(yīng)到氧氣濃度變化。設(shè)備大部分時間處于這種正常工作狀態(tài)下。(2)調(diào)試模式是指氧傳感器剛投入運行，或投入時間較長需重新校準時，通過DSP處理器自動調(diào)節(jié)恒壓源電壓Ub大小使得傳感器自身滿足正常運行的條件，即Un=Ub。調(diào)節(jié)方法如圖3(a)所示，Un不等于Ub時，產(chǎn)生放電電壓Uf，DSP處理器采集到Uf作為負反饋輸入，輸出控制電流I。來調(diào)節(jié)恒壓源電壓Un大小，直至Un=Ub,反饋源Uf消失。(3)充電模式是指氧傳感器工作時間較長，鋅空氣電池負極鋅消耗過度，電池兩端電壓較大幅度地降低時，為了延長電池壽命保證傳感器正常工作，采用恒壓源對電池進行恒壓充電的一種模式。氧傳感器中的可充電鋅空氣電池為一種新興的空氣電池，其工作原理與普通電池近似，所不同的是鋅空氣電池采用活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質(zhì)，以鋅為負極，以氯化銨或苛性堿溶液為電解質(zhì)。其化學(xué)反應(yīng)方程如下:負極:Zn+2OH-=ZnO+H2o+2e-tOC^S] 正極:0.502+H20+2e-=2OH總反應(yīng):2Zn+02=2Zn0鋅空氣電池陽極端為活性炭，并在可導(dǎo)電金屬外表留有毛細微孔，方便氧氣流入正電極。而空氣中氧氣的濃度決定了電池兩端電壓的大小，在正常情況下電池的輸出電壓約為1.5V。氧傳感器中的可調(diào)恒壓源的作用有以下兩個:(1)與鋅空氣電池兩端產(chǎn)生電勢差，產(chǎn)生放電電流。正常工作狀態(tài)下，恒壓源輸出設(shè)為Un 1.5V，此時與鋅空氣電池兩端電勢相等，傳感器中無電流流過，若此時氧氣濃度突然降低，則鋅空氣電池輸出電壓降低，而恒壓源兩端電壓不變，則回路中存在電勢差，產(chǎn)生信號電流。(2)在該系統(tǒng)退運狀態(tài)下，可作為電源給鋅空氣電池充電，延長該傳感裝置使用壽命。可調(diào)恒壓源通過D/A轉(zhuǎn)換器與DSP處理器相連，終端監(jiān)控機下達指令給DSP處理器，通過DSP處理器給出控制信號來調(diào)節(jié)恒壓源輸出電壓Un,使其輸出電壓略高于1.5V,這樣恒壓源便可對鋅空氣電池進行充電?？烧{(diào)恒壓源可以采用圖3 (a)、圖3 (b)所示的兩種調(diào)節(jié)方式，圖3 (a)所示調(diào)節(jié)方式為自適應(yīng)調(diào)節(jié)，無需與運行人員交互，主要作用于氧傳感器的調(diào)試模式，其具體調(diào)節(jié)方式可以參照文中關(guān)于調(diào)試模式的詳細說明；圖3 (b)所示調(diào)節(jié)方式為交互式調(diào)節(jié)，首先用戶通過終端機輸入理想值，DPS處理器接收到該值并輸出相應(yīng)的控制電流至恒壓源，最終恒壓源兩端輸出用戶需要的理想值。該調(diào)節(jié)方式主要作用于氧傳感器的充電模式，目的在于給恒壓源設(shè)置一個合適的充電電壓。氧傳感器中的中的警示燈一方面在回路流過電流時產(chǎn)生報警信號，一方面作為電阻抑制回路過電流。電化學(xué)氧傳感器的工作原理為:在放電過程中，作為能量的一種轉(zhuǎn)換形式，空氣中將生成臭氧O3與二氧化氮NO2，化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
權(quán)利要求
1.一種基于氧傳感器的開關(guān)柜局部放電實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括氧傳感器、電流運放單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、DSP處理器、通信單元以及終端監(jiān)控機；所述的氧傳感器安裝在開關(guān)柜內(nèi)并將輸出的放電電流If連接到電流運放單元，所述的電流運放單元將放電電流If放大并轉(zhuǎn)為放電電壓Uf，該放電電壓Uf通過A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后連接到DSP處理器；所述的DSP處理器進行處理并將輸出的放電電壓Uf和放電電壓斜率Kf經(jīng)過通信單元與終端監(jiān)控機相連接，同時，DSP處理器將輸出的控制電流I。經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換單元連接到氧傳感器上實現(xiàn)對氧傳感器的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧傳感器的開關(guān)柜局部放電實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的氧傳感器包括可充電鋅空氣電池、可調(diào)恒壓源及警報燈，可調(diào)恒壓源、可充電鋅空氣電池及警報燈串聯(lián)在一起組成氧傳感器回路，電流運放單元串聯(lián)在氧傳感器回路上用于采集氧傳感器的輸出的放電電流If，可調(diào)恒壓源的控制端與DSP處理器輸出的控制電流Ic相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氧傳感器的開關(guān)柜局部放電實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的可充電鋅空氣電池采用活性炭作為正極活性物質(zhì)，采用鋅材料作為負極物質(zhì)，以氯化銨或苛性堿溶液作為電解質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧傳感器的開關(guān)柜局部放電實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的通信 單元采用以太網(wǎng)通信模塊并采用變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信標準IEC61850進行數(shù)據(jù)通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于氧傳感器的開關(guān)柜局部放電實時監(jiān)測系統(tǒng)，其技術(shù)特點是包括氧傳感器、電流運放單元、DSP處理器以及終端監(jiān)控機；氧傳感器安裝在開關(guān)柜內(nèi)且輸出的放電電流If連接到電流運放單元，電流運放單元將放電電流If放大并轉(zhuǎn)為放電電壓Uf，該放電電壓Uf通過A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后連接到DSP處理器；DSP處理器將輸出的放電電壓Uf和放電電壓斜率Kf經(jīng)過通信單元與終端監(jiān)控機相連接，同時，將輸出的控制電流IC經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換單元連接到氧傳感器上。本發(fā)明設(shè)計合理，其通過氧傳感器檢測開關(guān)柜局放電過程中氧氣濃度的變化并進行分析得出有無放電、放電是否嚴重以及放電點離傳感器的距離等結(jié)果，具有抗干擾能力強、快速準確、性能穩(wěn)定、使用方便等特點。
文檔編號G01R31/12GK103245898SQ20131018665
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月20日
發(fā)明者師敬濤, 梁曉林, 李長玉, 王曉立 申請人:國家電網(wǎng)公司, 天津市電力公司