氣體絕緣組合電器局部放電超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種新型氣體絕緣組合電器局部放電超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，綜合運(yùn)用光纖傳輸技術(shù)、超聲波檢測(cè)技術(shù)以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。系統(tǒng)應(yīng)用光纖傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)氣體絕緣組合電器局部放電信號(hào)的高速可靠采集，在準(zhǔn)確提取局放信號(hào)的基礎(chǔ)上，使用圖形化編程語言LabVIEW開發(fā)了上位機(jī)軟件系統(tǒng)，采用UDP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的通信。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)GIS局部放電超聲波信號(hào)，并可對(duì)局部放電信號(hào)的時(shí)域、頻域分布等信息進(jìn)行分析，對(duì)故障位置進(jìn)行定位。
【背景技術(shù)】
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[0002]氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switch-gear, GIS)由于結(jié)構(gòu)緊湊,環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛。隨著電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展，GIS的運(yùn)行電壓不斷提高，由于GIS內(nèi)部空間有限，GIS的工作場(chǎng)強(qiáng)很高，絕緣裕度相對(duì)較小。但是GIS在生產(chǎn)、裝配、運(yùn)輸以及開關(guān)動(dòng)作等過程中會(huì)在GIS內(nèi)部產(chǎn)生諸如毛刺、絕緣子氣泡、自由金屬顆粒等絕緣缺陷，這些缺陷會(huì)嚴(yán)重影響GIS內(nèi)部的電場(chǎng)分布，導(dǎo)致電場(chǎng)畸變，危及設(shè)備的運(yùn)行安全。
[0003]GIS變電站供給的負(fù)荷大都是市區(qū)重要負(fù)荷，一旦GIS設(shè)備出現(xiàn)故障，就會(huì)造成大面積、長時(shí)間停電。由此可見，對(duì)GIS進(jìn)行局部放電檢測(cè)，在絕緣故障早期及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，預(yù)防事故發(fā)生，對(duì)保證供電可靠性具有重要意義。
[0004]目前，GIS局部放電的檢測(cè)方法主要有電量檢測(cè)法中的常規(guī)脈沖電流法和超高頻檢測(cè)法、非電量檢測(cè)法中的超聲波檢測(cè)法等。脈沖電流法是研究最早、應(yīng)用最廣泛的一種局部放電檢測(cè)方法，也是IEC60270和GB/T7354標(biāo)準(zhǔn)所推薦的檢測(cè)方法。該技術(shù)可以獲得視在放電量，但是抗干擾性較差，頻帶窄，包含的信息量少。超高頻法利用裝設(shè)在GIS內(nèi)部或外部的天線傳感器接收局部放電輻射出的電磁波信號(hào)進(jìn)行局部放電的檢測(cè)和分析，檢測(cè)靈敏度高，但是無法實(shí)現(xiàn)視在放電量的標(biāo)定。超聲波檢測(cè)法利用安裝在GIS設(shè)備外殼上的超聲波傳感器接收局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，由于超聲波的波長較短，方向性較強(qiáng)，能量較為集中，所以超聲波檢測(cè)法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)放電缺陷的精確定位，同時(shí)抗電磁干擾能力較強(qiáng)，這些優(yōu)點(diǎn)使超聲波檢測(cè)法成為GIS局部放電檢測(cè)的主要方法。其他檢測(cè)方法諸如化學(xué)檢測(cè)法，紅外檢測(cè)法等方法，都因?yàn)樽陨淼木窒扌远鴽]有得到廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的是提出一種氣體絕緣組合電器局部放電超聲波檢測(cè)系統(tǒng)及方法，在GIS腔體表面進(jìn)行測(cè)量，隔離地線干擾與空間電磁干擾，響應(yīng)速度快，可以獲得高強(qiáng)度的局放信號(hào)。
[0006]一種氣體絕緣組合電器局部放電超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，包含超聲波探頭，遠(yuǎn)端高速采集模塊，本地模塊和采集分析軟件。其特征在于:
[0007]由超聲波探頭采集超聲波信號(hào)，經(jīng)遠(yuǎn)端高速采集模塊進(jìn)行高速采集，同時(shí)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換遠(yuǎn)端模塊與本地模塊采用光纖傳輸技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用光脈沖觸發(fā)保證每個(gè)遠(yuǎn)端模塊同步采集；本地模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，由電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過UDP協(xié)議傳輸?shù)奖銛y式計(jì)算機(jī)，最后由檢測(cè)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、顯示、存儲(chǔ)和分析。
[0008]所述超聲波探頭采用壓電陶瓷傳感器，中心頻率30kHz，60dB頻帶范圍20?I 1kHz，靈敏度峰值大于80dB。
[0009]所述遠(yuǎn)端高速采集模塊由低功耗主控模塊(CPLD)，高精度ADC模塊，同步脈沖解調(diào)模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，光同步輸入口等外設(shè)組成。其功能是從超聲波傳感器獲取電流和電壓的模擬信號(hào)，立即就地進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的光數(shù)字信號(hào)通過光纖傳輸?shù)奖镜啬K。
[0010]所述光纖傳輸指本套系統(tǒng)遠(yuǎn)端模塊與本地模塊二者之間的數(shù)據(jù)傳輸采用光纖傳輸。采用光脈沖觸發(fā)保證每個(gè)遠(yuǎn)端高速采集模塊同步采集，保證電壓電流信號(hào)的同步性，同時(shí)將遠(yuǎn)端模塊采集的弱電信號(hào)就地轉(zhuǎn)換成光信號(hào)傳輸?shù)奖镜啬K。
[0011 ] 所述本地模塊由高性能嵌入式處理器PowerPC、FPGA及其他外設(shè)組成。本地模塊由兩部分組成:一部分為信號(hào)回路，將通過光纖傳輸來的光數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電數(shù)字信號(hào)，通過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約數(shù)字輸出。另一部分為激光供電回路，激光二極管發(fā)出光能，通過光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)端高速采集模塊，經(jīng)過砷化鎵光電能量轉(zhuǎn)換器件(PPC)供電給遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)換器。
[0012]所述采集分析軟件使用虛擬儀器LabVIEW軟件構(gòu)建。軟件系統(tǒng)由局放信號(hào)采集和數(shù)據(jù)分析兩部分組成，局放信號(hào)檢測(cè)包括超聲波數(shù)據(jù)的采集，通信，有效提取局部放電超聲波信號(hào)特征量，波形完整存儲(chǔ)和放電信號(hào)存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)分析包括對(duì)局部放電信號(hào)的時(shí)域，頻域分布等特征進(jìn)行分析，繪制放電次數(shù)-相位，放電次數(shù)-放電量，以及相位分布(PRPD)等分析圖譜。
【附圖說明】
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[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的遠(yuǎn)端高速采集模塊工作原理圖。
[0015]圖3是本發(fā)明中本地模塊功能接口圖。
[0016]圖4是本發(fā)明中軟件程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0017]本發(fā)明涉及一種氣體絕緣組合電器局部放電超聲波檢測(cè)系統(tǒng)及方法，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明，但并不因此而限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0018]一種氣體絕緣組合電器局部放電超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，包括超聲波傳感器，遠(yuǎn)端高速采集模塊，本地模塊和系統(tǒng)軟件。
[0019]所述超聲波傳感器采用壓電式傳感器，實(shí)施時(shí)將超聲波傳感器緊貼在GIS腔體表面，為了使超聲波傳感器更好的采集超聲波信號(hào)，在傳感器表面涂抹上一定量的耦合劑，防止信號(hào)衰減。
[0020]所述遠(yuǎn)端高速采集模塊放置在待檢測(cè)GIS附近，遠(yuǎn)端高速采集模塊將從超聲波傳感器獲取的電流和電壓的模擬信號(hào)，立即就地進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換，隨后通過光纖傳輸給本地模塊。
[0021]所述本地模塊與遠(yuǎn)端高速采集模塊之間采用光纖傳輸，本地模塊可以放置在距離現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)的主控室，利用光纖良好的絕緣性能使檢測(cè)設(shè)備和高壓設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)良好的隔離，保證了測(cè)量人員的安全，避免過電壓和實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)。本地模塊將通過光纖傳輸來的光數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電數(shù)字信號(hào)，通過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約數(shù)字輸出，同時(shí)經(jīng)過砷化鎵光電能量轉(zhuǎn)換器件(PPC)供電給遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)換器。
[0022]所述系統(tǒng)軟件由虛擬儀器語言開發(fā)，系統(tǒng)實(shí)施時(shí)，通過該系統(tǒng)軟件，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)局部放電信號(hào)的時(shí)域波形，并且進(jìn)行頻域分析和相應(yīng)的譜圖繪制，為判斷故障類型提供依據(jù)和基礎(chǔ)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣體絕緣組合電器局部放電超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括超聲波傳感器、遠(yuǎn)端高速采集模塊、光纖傳輸、本地模塊和系統(tǒng)軟件。2.所述遠(yuǎn)端高速采集模塊由低功耗主控模塊(CPLD)，高精度ADC模塊，同步脈沖解調(diào)模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，光同步輸入口等外設(shè)組成，遠(yuǎn)端高速采集模塊放置在待測(cè)設(shè)備附近。3.所述光纖傳輸指本套系統(tǒng)遠(yuǎn)端模塊與本地模塊二者之間的數(shù)據(jù)傳輸采用光纖傳輸，采用光脈沖觸發(fā)保證每個(gè)遠(yuǎn)端高速采集模塊同步采集，保證電壓電流信號(hào)的同步性，同時(shí)將遠(yuǎn)端模塊采集的弱電信號(hào)就地轉(zhuǎn)換成光信號(hào)傳輸?shù)奖镜啬K。4.所述本地模塊由高性能嵌入式處理器PowerPC、FPGA及其他外設(shè)組成，本地模塊由兩部分組成:一部分為信號(hào)回路，將通過光纖傳輸來的光數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電數(shù)字信號(hào)，通過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約數(shù)字輸出，另一部分為激光供電回路，激光二極管發(fā)出光能，通過光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)端高速采集模塊，經(jīng)過砷化鎵光電能量轉(zhuǎn)換器件(PPC)供電給遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)換器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及氣體絕緣組合電器局部放電超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，綜合運(yùn)用光纖傳輸技術(shù)、超聲波檢測(cè)技術(shù)以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。系統(tǒng)由超聲波傳感器、遠(yuǎn)端高速采集模塊、本地模塊和系統(tǒng)軟件組成。系統(tǒng)由超聲波探頭采集超聲波信號(hào)，經(jīng)遠(yuǎn)端高速采集模塊進(jìn)行高速采集，同時(shí)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換；遠(yuǎn)端模塊與本地模塊采用光纖傳輸技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用光脈沖觸發(fā)保證每個(gè)遠(yuǎn)端模塊同步采集；本地模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，由電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過UDP協(xié)議傳輸?shù)奖銛y式計(jì)算機(jī)，最后由檢測(cè)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、顯示、存儲(chǔ)和分析。系統(tǒng)可以準(zhǔn)確判斷GIS設(shè)備是否出現(xiàn)局部放電并對(duì)故障位置進(jìn)行定位。
【IPC分類】G01R31/12
【公開號(hào)】CN105334432
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410384228
【發(fā)明人】劉云鵬, 李巖松, 劉星, 仇仔來, 黃世龍
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)（保定）
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2014年8月7日