1. 概述
隨著社會(huì)的發(fā)展，電能已成為人們生活中的一項(xiàng)資源，關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，在社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程中起著的作用。作為電網(wǎng)中重要的一次變電設(shè)備，環(huán)網(wǎng)柜在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電以及電能的轉(zhuǎn)換都具有重要的控制和保護(hù)作用。
但是，在環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)行過程中，不可避免地受到電、熱、機(jī)械和環(huán)境等各種因素的影響，絕緣介質(zhì)不斷劣化，導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)不佳，甚至發(fā)生各種故障，引起局部乃至大面積停電，造成巨大的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)便成了一項(xiàng)不容忽視的工作。
2. 裝置綜述
2.1裝置結(jié)構(gòu)介紹
本裝置利用暫態(tài)地電壓和超聲波二合一傳感器進(jìn)行信號(hào)耦合，并通過信號(hào)線傳輸至局放數(shù)據(jù)處理終端，進(jìn)一步通過RS485等方式將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)管理傳輸單元，數(shù)據(jù)管理傳輸單元可通過無(wú)線通訊方式將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。傳感器采用局放傳感器（超聲波+暫態(tài)低電壓二合一），安裝于環(huán)網(wǎng)柜機(jī)構(gòu)室和電纜室之間。
整體結(jié)構(gòu)圖如下所示：
圖1 整體結(jié)構(gòu)圖
說(shuō)明：
1、在線局放監(jiān)測(cè)裝置僅為圖中框線內(nèi)的部分，包括局放主機(jī)和傳感器兩個(gè)部分；
2、一個(gè)主機(jī)可以連接1~8個(gè)傳感器，如需8個(gè)以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要再增加主機(jī)；
3、主機(jī)通過485協(xié)議向數(shù)據(jù)傳輸單元報(bào)告實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果。
2.2 檢測(cè)方法簡(jiǎn)介
當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜由于絕緣故障而產(chǎn)生局部放電(局放)時(shí)，局部放電過程中往往伴隨有脈沖電流、電磁波、超聲波、光、臭氧、熱等物理或化學(xué)現(xiàn)象以及相應(yīng)的過程，局部放電監(jiān)測(cè)技術(shù)有超聲波法、TEV法、特高頻法、化學(xué)檢測(cè)法等。
本系統(tǒng)將超聲波、TEV作為主要的局部放電監(jiān)測(cè)指標(biāo)。
超聲波法用超聲波傳感器接收局放發(fā)出的超聲波信號(hào)作為局放判斷的依據(jù)，檢測(cè)頻帶通常為20kHz～200kHz。在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生沖擊波，檢測(cè)這種沖擊波可以發(fā)現(xiàn)早期內(nèi)部絕緣缺陷的異常。這種沖擊波具有廣泛的頻率范圍，為了減少現(xiàn)場(chǎng)噪聲的干擾而利用超聲波范圍的聲進(jìn)行局部放電檢測(cè)。超聲波法的優(yōu)點(diǎn)是以超聲為監(jiān)測(cè)信號(hào)，避開了局放監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾，因而得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，超聲波法已經(jīng)成為局放檢測(cè)的重要方法。
TEV法是一種新的局放檢測(cè)方法，更多的應(yīng)用于高壓開關(guān)設(shè)備的局放檢測(cè)。暫態(tài)地電壓的產(chǎn)生是：環(huán)網(wǎng)柜發(fā)生局部放電時(shí)，產(chǎn)生的電磁波由放電點(diǎn)向四周傳播。由于環(huán)網(wǎng)柜的柜體金屬不是連續(xù)的，無(wú)法屏蔽電磁波。這些電磁波通過環(huán)網(wǎng)柜的縫隙、電纜絕緣終端等金屬非連續(xù)部位傳播到環(huán)網(wǎng)柜金屬屏蔽殼外。當(dāng)電磁波到達(dá)金屬殼的外表面時(shí)，金屬殼外表面產(chǎn)生一個(gè)短暫的對(duì)地電壓。暫態(tài)地電壓上升時(shí)間只有幾個(gè)納秒，并且很快就消失。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將TEV傳感器置于環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)壁，檢測(cè)頻帶在3MHz～100MHz范圍內(nèi)。TEV法對(duì)內(nèi)部放電具有較高的靈敏度。
3.產(chǎn)品功能
? 裝置綜合超聲波、TEV檢測(cè)方法能及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜的絕緣缺陷，適用于10kV及以上電壓等級(jí)環(huán)網(wǎng)柜的局部放電在線監(jiān)測(cè)。
? 裝置具備診斷分析和放電源定位功能：能實(shí)時(shí)分析并顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)局部放電幅值【一秒內(nèi)測(cè)到的所有放電脈沖中放電脈沖對(duì)應(yīng)的峰值】（放電量）、頻次、峰值、均值、噪聲水平、脈沖周期數(shù)數(shù)據(jù)以及確定放電點(diǎn)相對(duì)位置，必要時(shí)給出報(bào)警，及早發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷并進(jìn)行預(yù)警、密集跟蹤監(jiān)測(cè)和趨勢(shì)分析，對(duì)于瞬發(fā)故障進(jìn)行錄波，并為評(píng)估其絕緣水平及老化程度提供判據(jù)，為環(huán)網(wǎng)柜的檢修工作提供依據(jù)。
? 裝置具備24h全程監(jiān)測(cè)局放活動(dòng)及趨勢(shì)功能，通過局放軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間自行設(shè)置。
? 裝置具備就地?cái)?shù)字化功能：采集裝置可對(duì)局放信號(hào)進(jìn)行就地?cái)?shù)字化，極大程度上簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
? 系統(tǒng)故障告警功能，包括報(bào)警閥值設(shè)置、告警指示等，一定程度上避免事故的發(fā)生。
? 裝置具備自檢、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、測(cè)試信息管理功能。
4.產(chǎn)品性能
? 裝置采用模擬濾波、脈沖分組、周期脈沖剔除、設(shè)置動(dòng)態(tài)閾值等綜合抗干擾措施，使測(cè)試數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。
? 裝置采用脈沖識(shí)別、噪聲自主學(xué)習(xí)、50/100Hz相關(guān)性、特征聚類、頻率特征分析、報(bào)警等多種智能數(shù)據(jù)處理算法，使測(cè)試數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。
? 系統(tǒng)采用特殊的異常處理學(xué)習(xí)算法，可以智能忽略一些異常干擾，確保報(bào)警信息準(zhǔn)確可靠。
? 局放傳感器與數(shù)據(jù)處理終端設(shè)置專用的可插拔頭，采用抗干擾能力強(qiáng)的專用導(dǎo)線。
? 裝置使用壽命不少于8年。
5.產(chǎn)品硬件說(shuō)明
環(huán)網(wǎng)柜局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置包括采用模塊化設(shè)計(jì)的局放傳感器和局放數(shù)據(jù)處理終端，局放傳感器可有效監(jiān)測(cè)超聲波與暫態(tài)地電壓信號(hào)，為二合一一體化裝配，在環(huán)網(wǎng)柜二次室配置局放數(shù)據(jù)處理終端，環(huán)網(wǎng)柜機(jī)構(gòu)室和電纜室之間安裝局放傳感器能準(zhǔn)確反應(yīng)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的局部放電情況。
5.1局放數(shù)據(jù)處理終端
局放數(shù)據(jù)處理終端能對(duì)各測(cè)量點(diǎn)的局部放電信號(hào)進(jìn)行采樣，每次采樣長(zhǎng)度大于50個(gè)工頻周期，最短監(jiān)測(cè)周期不大于1小時(shí)，監(jiān)測(cè)周期可調(diào)；采用嵌入式高性能處理器，在保證高速采樣的同時(shí)，大幅降低了裝置功耗。
圖2 局放數(shù)據(jù)處理終端
技術(shù)指標(biāo)：
序號(hào) | 項(xiàng)目 | 指標(biāo) |
1 | 電源 | DC24-48V |
2 | 通訊接口 | RS485 |
3 | 數(shù)據(jù)上傳通信協(xié)議 | 滿足電房智能網(wǎng)關(guān)之間的通信和接口協(xié)議要求 |
4 | 采集間隔 | 5s，可配置 |
5 | 暫態(tài)地電壓傳感器 檢測(cè)頻帶范圍 | 3MHz～100MHz |
6 | 超聲波傳感器 檢測(cè)頻帶范圍 | 20kHz～60kHz |
7 | 傳感器通道數(shù)量 | 4/8 |
8 | 使用壽命 | ≥8年 |
9 | 尺寸 | 103*88*38(mm) |
10 | 安裝位置 | 環(huán)網(wǎng)柜二次室內(nèi) |
11 | 環(huán)境溫度 | -40℃～+80℃ |
12 | 海拔高度 | ≤4500m |
局放監(jiān)測(cè)主機(jī)安裝與環(huán)網(wǎng)柜二次室內(nèi)，通過同軸電纜線和傳感器相連，主機(jī)安裝尺寸至少為：150mm*90mm*40mm 。
5.2局放傳感器（超聲波+暫態(tài)地電壓二合一）
局放傳感器為超聲波、暫態(tài)地電壓二合一一體化設(shè)計(jì)，可監(jiān)測(cè)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)超聲波及暫態(tài)地電壓信號(hào)，安裝于環(huán)網(wǎng)柜機(jī)構(gòu)室和電纜室之間。
圖3 局放傳感器
性能參數(shù)：
序號(hào) | 項(xiàng)目 | 指標(biāo) | |
1 | 適用范圍 | 環(huán)網(wǎng)柜 | |
2 | 傳感器類型 | 超聲波傳感器、暫態(tài)地電壓傳感器 | |
3 | 超聲波傳感器 | 靈敏度 | 峰值靈敏度不少于60dB（V/（m/s） |
檢測(cè)頻帶 | 20kHz～60kHz | ||
測(cè)量范圍 | 0dBμV～60dBμV | ||
線性度誤差 | ±20% | ||
4 | 暫態(tài)地電壓傳感器 | 檢測(cè)頻帶 | 3MHz～100MHz |
測(cè)量范圍 | 0dBmV～60dBmV | ||
分辨率 | 1dB | ||
脈沖計(jì)數(shù) | 脈沖計(jì)數(shù)誤差不大于±10% | ||
5 | 線性度誤差 | ±20% | |
6 | 穩(wěn)定度誤差 | 裝置連續(xù)工作1小時(shí)后，注入恒定幅值的脈沖信號(hào)時(shí)，其響應(yīng)值的變化不應(yīng)超過±20%。 | |
7 | 使用壽命 | ≥8年 | |
8 | 尺寸 | 38*38*28(mm) | |
9 | 安裝位置 | 環(huán)網(wǎng)柜機(jī)構(gòu)室和電纜室之間 （離電纜頭的最少安全距離不少于70mm，能有效檢測(cè)電纜室內(nèi)局部放電數(shù)據(jù)） | |
10 | 安裝方式 | 磁吸式安裝 | |
6、安裝說(shuō)明
6.1主機(jī)安裝
可以通過兩側(cè)的開孔直接安裝在計(jì)量柜內(nèi)。
如果要安裝在電器導(dǎo)軌上，可以通過安裝兩個(gè)導(dǎo)軌卡扣方式進(jìn)線安裝。
6.2傳感器安裝
傳感器一般安裝在開關(guān)柜的一個(gè)帶門的觀察窗口內(nèi)，窗口下部開孔便于超聲波信號(hào)探測(cè)，窗口和安裝支架均為金屬導(dǎo)體，并和外殼連接。
以上安裝方式便于傳感器的檢修與更換。也可以簡(jiǎn)單地將傳感器吸附在柜體內(nèi)壁，但這樣不便于檢修。
