环网柜超高频局放监测及温升在线监测系统方案

环网柜超高频局放监测及温升在线监测方案
随着泛在电力物联网的发展，开关柜（环网柜）状态监测成为必须要考虑的问题，并逐渐成为环网柜的必配产品。广州市智昊电气技术有限公司研开发的iHPS-3300型 开关柜（环网柜）超高频局放监测及温升在线监测装置，是充分考虑分析各种局放技术的成熟度及统一性的基础上，传感设备采用了超高频原理进行局放监测，同时具备对表面电晕放电、内部放电及噪声测量功能。
。

一、概述
高压开关柜是使用极广且数量最多的开关设备。由于在设计、制造、安装和运行维护等方面存在着不同程度的问题，因而事故率比较高，在诸多性质的开关柜事故中，绝缘事故多发生于10千伏及以上电压等级，造成的后果也很严重。特别是小车式开关柜，绝缘事故率更高，而且往往一台出现事故，殃及邻柜的现象更为突出。因此，迫切需要对开关柜实行状态检修，对设备运行状况进行实时和定时的在线监测，根据设备的运行状态和绝缘的劣化程度，确定检修时问和措施，减少停电时间和事故的发生，提高电力装置运行的安全可靠性及自动化程度。
高压开关柜的绝缘故障主要表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，CT闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。
各类绝缘缺陷发展到最终击穿，酿成事故之前，往往先经过局部放电阶段，局部放电的强弱能够及时反映绝缘状态，因此通过在线监测局部放电来判断绝缘状态为实现开关柜绝缘在线监测及诊断的有效手段。
智昊电气IHPS-3300型高压开关柜局部放电及温升在线监测装置通过检测伴随局部放电而产生的电磁波辐射及开关柜接头温升现象，装置扫描10~100MHz频率范围内的电磁波辐射并自动确定现场局部放电的实际检测频率，随后将检测的局部放电脉冲簇数据和开关柜头温升数据上传DTU。
1.1 开关柜的结构超高频局放监测及温升在线监测装置
开关柜装备有断路器、CT、PT、保护继电器，检测设备和辅助设备，除了外部线路，开关柜是由金属外壳内的配线连接而成，见图1。
1.2开关柜电力设备的绝缘缺陷
高压开关柜有各种各样的电力设备，例如断路器、MOF、VCB、CT、PT、LA、COS、PF、MOLD TR、母线等，而低压开关设备有MCCB、CT、PT、CV开关柜等。开关柜的设备故障包括由于长时间使用引起的绝缘缺陷，由于触点的不良连接引起的放电的瞬间短路以及各个连接部分，过热、电涌、电流故障等。图2 通过分布图表明了引起开关柜故障的原因。
1.3局部放电的产生
局部放电，是绝缘介质中的一种电气放电，这种放电仅限制在被测介质中一部分且只使导体间的绝缘局部桥接，这种放电可能发生或可能不发生于导体的邻近。电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，对电力设备进行局部放电测试是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验。
各种局部放电检测技术应运而生，基于对发生局部放电时产生的各种电、光、声、热等现象的研究，局部放电检测技术中也相应出现了电检测法和光测法、声测法、红外热测法等非电量检测方法。近年来，随着局部放电检测技术的提高和进步，采用电磁辐射信号进行局放检测成为一项简便易行的检测方法。
二、开关柜局部放电及温升装置简介
2.1 装置说明
该装置是一套用于探测、分析并连续监测高压开关柜中局部放电信号及开关柜头温升的在线监测装置。如下图所示，装置中IHPS-3300型主机用于处理从UHF传感器获取的局放和从无源无线温度传感器上取得的温度信号并将其数字化，而采用上位机进行局放信号的筛选、分析并完成局放脉冲数值记录、监测局放量发展状况等功能。

2.2 装置组成及选型
2.2.1 2进2出环网箱配置
序号 名称 数量 备注
1 环网柜局放及温升监测装置 1套 4通道+1噪音，DC17V-DC48V供电，485上传DTU，具备遥测、遥信功能
2 高频传感器 4套 每个开关柜配置1套，PT不配置
3 噪音传感器 1套 整套环网箱配置1套
4 无线温度传感器 12套 每个开关柜配置3套，分别安装在A/B/C3项电缆头上。
2.2.2 2进4出环网箱配置
序号 名称 数量 备注
1 环网柜局放及温升监测装置 1套 6通道+1噪音，DC17V-DC48V供电，485上传DTU，具备遥测、遥信功能
2 高频传感器 6套 每个开关柜配置1套，PT不配置
3 噪音传感器 1套 整套环网箱配置1套
4 无线温度传感器 18套 每个开关柜配置3套，分别安装在A/B/C3项电缆头上。
2.3 技术参数
2.3.1装置参数：
A) 一体化铝合金设计;
B) 电源：220V/50Hz或者DC24V/DC48V;
C) 外形尺寸： 198mm239mm85mm或者228mm288mm85mm;
D) 通信协议：modbus RTU、具备遥信功能;
E) 功耗： 5W;
F) 总量：0.65kg;
2.3.2高频传感器：
A) 检测频带：10kHz~100MHz；
B) 信号传输方式：50Ω同轴开关柜；
C) 检测灵敏度：10pC；
D) 负载阻抗,：50 Ω；
E) 高频UHF天线,无源无线原理；
F) 接口：BNC，通过同轴开关柜与PD高频检测通道连接。
2.3.3无线温湿度传感器参数：
A) 温度显示范围：-20℃～+80℃；
B) 原理：无源无线
C) 温度检测精度：±0.1度；
D) 测温方式： 接触式；
E) 工作频段：470MHz-510MHz或者230MHz；
F) 发射功率：10dbm；
G) 传输距离：30m；
H) 防护等级：IP68；
I) 供电方式：电磁能收集（母线电流5-5000A）；
J) 发送间隔：5s-50s，可以根据客户需求设定；
K) 湿度检测范围：0%-100%RH；
L) 湿度检测精度：±3%RH（温度25℃）；
M) 使用寿命：10年；
2.4 装置功能
A) 采用高频信号检测与分析技术，对高压开关柜进行分布式在线检测，实时发现开关柜中的局部放电信号。
B) 对局部放电脉冲的波形特征进行分析，识别局部放电的类型去除噪音信号，如电晕放电、表面放电、内部放电或噪音信号。
C) 在线实时采集高频局部放电信号的波形图，记录其相位、振幅和时间信息。
D) 能有效地去除噪音信号，即使噪音信号和局放信号在相同相位且幅值大于局部放电信号时，也能成功识别局放信号。
E) 提取局部放电信号的特征值，如时间特征，频率特征，不同类型放电间的放电时间间隔等，并利用这些特征来识别不同的放电类型。
F) 识别局部放电的类型，以概率的方式指示个局放信号属于某种局部放电类型（电晕放电、表面放电、内部放电、噪音信号等）的可能性。
G) 自动生成检测报告，报告内容包括受检设备信息、采集到的局部放电信号波形、分类与分析结果等信息。
H) 装置配置有内容丰富的局部放电信号数据库和局部放电信号专家分析装置，对检测到的局放信号进行自动分析、判断和识别。
I) 装置有较高的缺陷识别准确率。
J) 装置的采样频带在高频波段，具有较强的现场抗干扰能力强。
K) 具有智能报警功能，检测到局放信号时及时发出报警信号。
L) 局放信号采集和分析装置的运行环境为Windows操作装置，窗口式工作界面。
M) 装置应采用模块式结构，具备较强的扩展功能，可以根据电力公司的需求对装置进行扩容。
N) 装置应方便地在现场进行带电安装和拆卸，不影响电力设备的运行。
O) 装置的前端检测单元与操作员及其电脑间应采用光电隔离措施，确保电力设备和工作人员的安全。