本發(fā)明提供一種適用于高壓開關(guān)柜局部放電在線監(jiān)測的信號變送器。適用于高壓開關(guān)柜局部放電在線監(jiān)測。

背景技術(shù)：

中高壓開關(guān)類設(shè)備是電力系統(tǒng)的主要組成部分，一旦出現(xiàn)故障，后果將不堪設(shè)想。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在中高壓開關(guān)設(shè)備出現(xiàn)的所有故障中，80％左右的故障屬于絕緣故障。隨著電力設(shè)備容量等級的不斷提高，局部放電已經(jīng)成為中高壓開關(guān)類設(shè)備絕緣劣化的重要原因。因此，及時準(zhǔn)確地測出中高壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)部局部放電量并排除系統(tǒng)潛在的故障具有重要的意義。

目前對中高壓開關(guān)類設(shè)備的局部放電檢測主要還是進(jìn)行的日常巡檢，由于中高壓開關(guān)類設(shè)備的數(shù)量較大，因此存在巡檢任務(wù)繁重、巡檢時間間隔長、結(jié)果判斷依據(jù)主觀，對設(shè)備的運行狀態(tài)和絕緣狀況不能做出宏觀、統(tǒng)一的評估。為了解決上述問題，中高壓開關(guān)類設(shè)備局放連續(xù)在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生。系統(tǒng)通常配有一個中心樞紐，一系列分布式的測量節(jié)點，每一個節(jié)點通常會配有瞬態(tài)地電壓(TEV，Transient Earth Voltage，TEV)^①、超聲波和高頻電流傳感器(High Frequency Current Transformer，HFCT)等多種非嵌入式的局部放電傳感器，節(jié)點數(shù)量可多達(dá)200多個。這些監(jiān)測節(jié)點可以24小時連續(xù)工作，并通過同軸電纜將測試數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器，再使用后臺軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析及處理。這種方法存在系統(tǒng)復(fù)雜度高，現(xiàn)場布線困難，組網(wǎng)靈活性差，安裝成本高等不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種適用于高壓開關(guān)柜局部放電在線監(jiān)測的信號變送器，該變送器可將采集到的局部放電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將數(shù)字化后的局部放電數(shù)據(jù)以無線方式傳輸給中心樞紐。變送器整體功耗小于1W，采用可充電鋰電池供電，一次完全充電后可供變送器連續(xù)工作三個月以上。另外本變送器體積小，重量輕，采用磁吸附的安裝方式組網(wǎng)靈活且具有很強的抗干擾能力。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，適用于高壓開關(guān)柜局部放電在線監(jiān)測的信號變送器，包括傳感器、信號處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)模塊、ARM處理器、時鐘同步單元、外部擴展存儲單元、電源模塊以及無線通信模塊。所述傳感器主要作用是將高壓開關(guān)設(shè)備發(fā)生局部放電活動時伴隨產(chǎn)生的電脈沖、電磁幅射、介質(zhì)損耗、光、局部過熱以及聲波等信號轉(zhuǎn)換成電信號再傳送到信號處理模塊進(jìn)行處理。所述的信號處理模塊主要作用是對傳感器采集回來的原始信號進(jìn)行預(yù)處理，使其更容易地被模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊識別并具有更明顯的局部放電特征。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊作用是將處理后的局部放電信號進(jìn)行數(shù)字化并傳輸?shù)紸RM處理器進(jìn)行進(jìn)一步處理。所述的ARM處理器主要作用是接收模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊傳輸回來的局部放電數(shù)據(jù)并進(jìn)行進(jìn)一步處理，讀取當(dāng)前整個系統(tǒng)時鐘，將局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行打包并傳送到無線通信模塊。所述的無線通信模塊的作用是將采集回來的局部放電信號以無線傳輸?shù)姆绞絺魉偷街行臉屑~中進(jìn)行進(jìn)一步分析處理。

本發(fā)明主要包括傳感器、信號處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)模塊、ARM處理器、時鐘同步單元、外部擴展存儲單元、電源模塊以及無線通信模塊。傳感器與信號處理模塊相聯(lián)，信號處理模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相聯(lián)，ARM處理器與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘同步單元、外部擴展存儲單元、無線通信模塊連接，另外時鐘同步單元另一端則與無線通信模塊連接，電源模塊為各功能模塊提供工作電源。

所述傳感器可以是壓電陶瓷式的超聲波傳感器，也可以是電容式的瞬態(tài)地電壓傳感器，也可以是高頻電流傳感器。

所述的信號處理模塊只包括差分放大電路，相較于傳統(tǒng)的局部放電采集手持設(shè)備，將原來帶通濾波器、全波整流電路、低通濾波電路以及局放量量化電路的功能由ARM處理器進(jìn)行處理，從而大大簡化了電路的復(fù)雜程度，提高了電路運行的穩(wěn)定度以及降低了系統(tǒng)功耗。

所述的ARM處理器主要作用是協(xié)調(diào)控制接收模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊傳輸回來的局部放電數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析量化、相位匹配后儲存到擴展儲存單元中，讀取從中心樞紐發(fā)送回來的當(dāng)前整個變送器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時鐘，接收到中心樞紐局放檢測任務(wù)后喚醒并進(jìn)行局部放電信號采集，將局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行打包并發(fā)送到無線通信模塊，其余時間處于低功耗模式，間歇工作的模式最大限度地減少了系統(tǒng)工作時間，從而降低了系統(tǒng)的整體功耗。

所述的無線通信模塊采用Dust Networks的SmartMesh產(chǎn)品，符合WIrelessHART/IEC62591和802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，約每分鐘每節(jié)點一個時鐘同步數(shù)據(jù)包，用于自動地分配帶寬以進(jìn)行計時和管理器通信，采用在2.4G至2.485G頻段中進(jìn)行通道跳頻技術(shù)，減輕多徑衰落和干擾的影響。

本發(fā)明的有益效果是：基于變送器網(wǎng)內(nèi)的時間同步，預(yù)先排定了發(fā)送-接收對，使網(wǎng)內(nèi)的所有節(jié)點都知道何時需進(jìn)行局部放電采集，在無需浪費能量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽的同時，實現(xiàn)間歇工作的模式，最大限度地減少了系統(tǒng)工作時間，從而降低了系統(tǒng)的整體功耗，使電池供電長時間工作成為可能。同時采用無線傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的物聯(lián)方案，解決了有線組網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜度高，現(xiàn)場布線困難，組網(wǎng)靈活性差，安裝成本高等問題。

將傳感器采集到的局部放電信號進(jìn)行預(yù)處理和數(shù)字化編碼后再傳送到信道中進(jìn)行傳輸，可有效抑制高壓系統(tǒng)干擾、空間電磁耦合干擾、低壓和配電系統(tǒng)干擾以及地線干擾等現(xiàn)場普遍存在的干擾。大大提升了信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

附圖說明

圖1為適用于高壓開關(guān)柜局部放電在線監(jiān)測的信號變送器系統(tǒng)框架圖

具體實施方式

該適用于高壓開關(guān)柜局部放電在線監(jiān)測的信號變送器通過下述方案實現(xiàn)，首先根據(jù)高壓開關(guān)柜局部放電在線監(jiān)測的需求選擇不同傳感器類型的局部放電信號變送器，通過磁吸附的方式固定在需要監(jiān)測的高壓開關(guān)柜的相應(yīng)位置上。在放置高壓開關(guān)柜的變電房的控制室中放置中心樞紐，并將中心樞紐連接到中心控制計算機上，中心樞紐會自動掃描處于通信范圍內(nèi)的變送器節(jié)點，并準(zhǔn)確區(qū)分變送器傳感器類型后型成變 送器列表。在中心控制計算機上控制中心樞紐輸入各變送器的布置位置信息以及各變送器觸發(fā)采集的條件，各變送器節(jié)點即可跟據(jù)設(shè)置進(jìn)行局放數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)匯總回傳到中心樞紐中，用戶通過中心控制計算機可以對布置在運行中的高壓開關(guān)柜上的各個變送器的狀況進(jìn)行在線監(jiān)測。該技術(shù)通過對多個變送器的局部放電數(shù)據(jù)的實時采集、分析和處理，以實現(xiàn)對高壓開關(guān)柜運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，從而為管理、技術(shù)人員提供決策服務(wù)和技術(shù)支持。