一种基于气体分解组分的高压电力设备绝缘状态监测系统的制作方法

本发明涉及电力设备故障诊断和状态监测领域，具体涉及一种基于气体分解组分的高压电力设备绝缘状态监测系统。

背景技术

sf6气体具有较高的绝缘强度，可以保证正常运行中的高压sf6电力设备具有足够高的耐压强度而不被击穿；此外，高压sf6电力设备(如断路器)在开断短路电流时要经历介质强度恢复的过程，如果弧后sf6介质绝缘强度高于触头两端承受的恢复电压，则可以保证电弧不会重燃，短路电流开断成功。因此，sf6气体在常温下的绝缘击穿特性和弧后介质强度恢复阶段的绝缘击穿特性是制约高压sf6电力设备安全运行的重要因素。

准确的化学组分构成和电子碰撞截面数据是利用boltzmann方程计算绝缘特性的关键。当温度很高时，sf6等离子体具有统一温度、处于局部热力学平衡状态，可以利用gibbs自由能最小化方法解析得到平衡态化学组分构成。自20世纪90年代起，西安交通大学、武汉大学、沈阳工业大学等高校基于局部热力学平衡假设，在sf6及其混合气体、替代气体绝缘特性研究上开展了大量理论研究工作；法国gleizes和日本tanaka研究团队也针对sf6气体绝缘特性开展了相关研究。从上述分析可知，sf6气体分解组分和高压sf6电力设备绝缘特性之间存在一定联系，为利用sf6气体分解组分进行高压电力设备绝缘状态监测提供了理论基础。

近年来，随着新型传感器技术的飞跃发展，微型气体传感器以其独特的优势已逐步应用到高压电力设备故障诊断。利用微型气体传感器监测气体分解组分来反映高压电力设备绝缘状态具有一定可行性，但传感器微小信号的检测与信号处理技术是气体分解组分在线监测的关键。因此，如何基于微型气体传感器监测对信号进行分析和处理从而使得微型气体传感器最终得到实用，成为现在亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于气体分解组分的高压电力设备绝缘状态监测系统,能够检测微型气体传感器输出的电流信号，并最终实现气体分解组分的精确测量。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种基于气体分解组分的高压电力设备绝缘状态监测系统，包括：微型气体传感器、信号处理模块以及信号监测模块，其中：

所述微型气体传感器用于将被测气体浓度转换为电流信号，并输出至信号处理模块；

所述信号处理模块用于对所述电流信号进行模-数转换、放大、数字滤波和采集，并输出至信号监测模块；

所述信号监测模块用于将接收到的信号进行处理、分析和存储，通过可视化界面呈现给用户，实现高压电力设备绝缘状态监测。

作为本发明进一步的方案：所述微型气体传感器安装在断路器灭弧室、全封闭式气体绝缘组合电器高压电力设备的内壁。

作为本发明进一步的方案：所述微型气体传感器的安装位置远离放电区域以及气体流速较快的区域。

作为本发明进一步的方案：所述微型气体传感器、信号处理模块、信号监测模块之间的数据传输线均通过电磁屏蔽处理，信号处理模块和信号监测模块安装在高压电力设备之外。

作为本发明进一步的方案：所述微型气体传感的电流信号采用bnc接头引出，通过屏蔽电缆向信号处理模块输出电流信号。

作为本发明进一步的方案：所述信号处理模块，通过设定采样频率对所述微型气体传感输出的电流信号进行采样，实现模-数转换；利用数字信号放大电路对经过上述转换获得的数字信号进行放大；采用数字滤波电路消除干扰信号，提取有效信号并进行采集，通过屏蔽电缆向信号监测模块输出信号，所述信号处理模块基于sitara处理器实现所述电流信号的模-数转换、放大、滤波、采集和通讯功能。

本发明的有益效果是：(1)本发明提出一种全新的利用微型气体传感器监测高压电力设备绝缘状态的系统，微型气体传感器输出的电流信号的大小反映气体放电组分的含量，因此本发明可以精确检测气体分解组分的含量；所述微型气体传感器不仅可以对sf6分解组分进行检测，还可以用于检测c5f10o、c4f7n、cf3i等sf6替代气体分解组分，只需将气体传感器及其他技术手段作适应性变换即可，最终应用于新型电力设备绝缘状态监测；

(2)本发明中的信号处理模块采用精密ads774兼容处理器采样cmos模-数转换器将电流信号转换为数字信号，采用ina116超低输入偏置电流仪表放大器进行微小数字信号放大，采用msp430数字滤波器剔除高频噪声，采用sitara微控制器使模块运行和数据传输更加高效。所述信号处理模块功耗低，运行高效，能有效抑制共模噪声，实现信号准确处理和传输；

(3)本发明中的信号监测模块采用支持向量机方法进行数据分析，采用mysql数据库存储数据，利用可视化界面调用数据实现高压电力设备绝缘状态监测。

(4)体积小，便于携带，大规模生产成本低。总而言之，本发明所述的检测系统可以基于气体传感器对气体含量进行检测并进一步实现高压电力设备绝缘状态监测，检测精确度高，抗电磁干扰能力强，容易实现，适合于工程实际应用。

附图说明

图1是本发明基于气体分解组分的高压电力设备绝缘状态监测系统的结构示意图。

图中：1、微型气体传感器；2、信号处理模块；3、信号监测模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的阐述。

参见图1，公开了根据本发明具体实施例的基于气体分解组分的高压电力设备绝缘状态监测系统的结构示意图，一种基于气体分解组分的高压电力设备绝缘状态监测系统，包括：微型气体传感器1、信号处理模块2以及信号监测模块3，其中：所述微型气体传感器将被测气体浓度转换为电流信号，并输出至信号处理模块；

所述信号处理模块对所述电流信号进行模-数转换、放大、数字滤波和采集，并输出至信号监测模块；

所述信号监测模块将接收到的信号进行处理、分析和存储，通过可视化界面呈现给用户，实现高压电力设备绝缘状态监测。

因此，本发明的基于气体分解组分的高压电力设备绝缘状态监测系统，首先，解决了微小模拟信号提取和模-数转换的问题，降低了信号传输功耗和信号转换失真；其次，通过信号处理模块中数字信号放大电路、数字滤波电路实现对微小数字信号的放大、滤波和采集，有效抑制共模噪声信号，提高测量精度；再次，采用例如sitara处理器的控制器作为信号处理模块的运行核心，通过数字算法优化，实现微小信号的转换和提取，并降低噪声信号，保证信号处理模块的精度要求；最后，利用信号监测模块中的人工智能算法对信号进行处理和分析，通过可视化界面实现高压电力设备绝缘状态监测。这样一来，微型气体传感器将电流信号输出后，经过信号处理模块转换、放大、滤波和采集，被信号监测模块提取和分析，从而实现了基于气体分解组分精确测量的高压电力设备绝缘状态监测。更进一步的，所述高压电力设备绝缘状态监测系统不仅可以对sf6分解组分进行监测，还可以用于监测c5f10o、c4f7n、cf3i等sf6替代气体分解组分，最终应用于新型电力设备绝缘状态监测。

本实施例中，所述微型气体传感器安装在断路器灭弧室、全封闭式气体绝缘组合电器等高压电力设备的内壁。

所述微型气体传感器的安装位置不宜太靠近放电区域(例如触头或电极附近)以及气体流速较快的区域(如断路器灭弧栅片附近)，因为温度过高会导致传感器寿命大幅度降低，气体流速过快会造成监测结果不准确。进一步的，所述微型气体传感器的安装位置还要考虑能精确测量气体分解组分的空间分布情况，可以在高压电力设备内部多个位置进行安装，实现多通道、全方位检测。

所述微型气体传感器、信号处理模块、信号监测模块以及各模块之间的数据传输线，均通过电磁屏蔽处理。信号处理模块和信号监测模块安装在高压电力设备之外。对于安装在高压电力设备之外的信号处理模块、信号监测模块以及数据传输线，采用高导磁率材料罩实现电磁屏蔽，防止磁场对传输信号的干扰。对于安装在高压电力设备内部的微型气体传感器，要同时考虑电磁场、腐蚀性气体、放电等因素的干扰，选用外部包裹绝缘材料(如聚四氟乙烯)的高导磁率材料罩实现对所述干扰因素的屏蔽。

本实施例中，所述微型气体传感的电流信号采用bnc接头引出，通过屏蔽电缆向信号处理模块输出电流信号。在本实施例中，所述bnc接头连接屏蔽电缆，可以隔绝电磁噪声对所述电流信号的干扰以及多通道电流信号间的相互干扰，从而达到最佳的信号传输效果。

所述信号处理模块，通过设定采样频率对所述微型气体传感输出的电流信号进行采样，实现模-数转换；利用数字信号放大电路对经过上述转换获得的数字信号进行放大；采用数字滤波电路消除干扰信号，提取有效信号并进行采集，通过屏蔽电缆向信号监测模块输出信号。所述信号处理模块基于sitara处理器实现所述电流信号的模-数转换、放大、滤波、采集和通讯功能。

所述信号处理模块采用德州仪器生产的精密ads774兼容处理器采样cmos模-数转换器，将电流信号转换为数字信号。为避免高精密模-数转换器对微小信号检测电路的干扰，应当选择接近理想运放的集成芯片，本实施例采用的ads774芯片可以很好的满足上述条件。当然，目前市面上已经有很多满足上述条件的集成芯片，于是也可以采用其他高精密模-数转换器。所述信号处理模块采用德州仪器生产的ina116超低输入偏置电流仪表放大器，进行信号放大。ina116放大器可以充分利用输入差分信号的全部动态范围，持续测量并修正输入失调电流，从而消除了时间和温度漂移，提高系统精度。也就是说，该实施例主要通过ina116超低输入偏置电流仪表放大器来实现数字信号的放大。所述信号处理模块采用德州仪器生产的msp430数字滤波器，该滤波器处理能力强、运算速度快、功耗超低、片内资源丰富，能够抑制高频噪声，减小噪声在信号传输过程中的干扰。所述信号处理模块采用德州仪器生产的sitara微控制器(例如armcortex系列产品)。信号采集完成后触发中断引脚，通知sitara处理器读取数据，当数据存储区存满后，通讯启动，将数据传输至信号监测模块。

本实施例中：所述信号监测模块，利用人工智能算法对信号进行处理和分析，将能够有效表征高压电力设备绝缘状态的特征参量存入数据库，同时利用可视化界面向用户呈现高压电力设备绝缘状态。所述人工智能算法采用支持向量机方法，通过建立非概率二元线性分类进行数据分析和模式识别，获得气体分解组分与高压电力设备绝缘状态之间的定量关系。所述数据库采用mysql数据库，成本低，容量大，数据读取和存入速度快。所述可视化界面采用c#、c++、matlab、php等高级编程语言编写，从数据库读取数据并动态显示高压电力设备绝缘状态。

本发明提出一种全新的利用微型气体传感器监测高压电力设备绝缘状态的系统，微型气体传感器输出的电流信号的大小反映气体放电组分的含量，因此本发明可以精确检测气体分解组分的含量；所述微型气体传感器不仅可以对sf6分解组分进行检测，还可以用于检测c5f10o、c4f7n、cf3i等sf6替代气体分解组分，只需将气体传感器及其他技术手段作适应性变换即可，最终应用于新型电力设备绝缘状态监测；

本发明中的信号处理模块采用精密ads774兼容处理器采样cmos模-数转换器将电流信号转换为数字信号，采用ina116超低输入偏置电流仪表放大器进行微小数字信号放大，采用msp430数字滤波器剔除高频噪声，采用sitara微控制器使模块运行和数据传输更加高效。所述信号处理模块功耗低，运行高效，能有效抑制共模噪声，实现信号准确处理和传输；

本发明中的信号监测模块采用支持向量机方法进行数据分析，采用mysql数据库存储数据，利用可视化界面调用数据实现高压电力设备绝缘状态监测。

其体积小，便于携带，大规模生产成本低。总而言之，本发明所述的检测系统可以基于气体传感器对气体含量进行检测并进一步实现高压电力设备绝缘状态监测，检测精确度高，抗电磁干扰能力强，容易实现，适合于工程实际应用。

以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。