一种高压直流气体绝缘组合电器局部放电检测系统的制作方法

本发明涉及一种高压直流气体绝缘组合电器局部放电检测系统。

背景技术：

气体绝缘组合电器具有高可靠性、占地面积小和维护工作量小等优点，是高压直流工程中重要的电气设备之一。在气体绝缘组合电器的生产、运输、安装及运行过程中，产生高压导体突出物、接地外壳突出物、绝缘子表面金属粒子、绝缘子内气泡、绝缘子裂纹、自由金属粒子和悬浮电极等绝缘缺陷；气体绝缘组合电器以额定电压运行时，绝缘缺陷处会产生局部放电，进而引起绝缘系统的不断劣化，最终导致设备故障。气体绝缘组合电器的电压等级高、安装容量大，一旦发生事故，会影响整个电力系统的稳定运行，造成巨大的经济损失，威胁作业人员安全。因此，在线检测局部放电信号可实时监测气体绝缘组合电器的绝缘状态，确保其安全稳定运行。

目前交流电压下局部放电的检测技术和分析技术已发展成熟，并得到广泛应用。由于直流电压缺少相位信息，并且在交流电压和直流电压下局部放电的再发生机理不同，交流电压下局部放电的分析方法不适用于直流电压下局部放电的分析。在建设泛在电力物联网、实现智能感知的大背景下，研究适用于现场使用的高压直流局部放电监测技术，是确保气体绝缘组合电器稳定运行的重要手段。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能实现高压直流下气体绝缘组合电器中局部放电的检测、分析和绝缘缺陷类别分类，真实模拟待测高压直流气体绝缘组合电器运行环境，检测由绝缘缺陷引起的局部放电，结构简单，操作方便；能准确检测局部放电电流脉冲信号，并可用于计算视在放电量，确定局部放电危险系数；同时上位机内置高压直流局部放电分析软件，分析高压直流下局部放电统计特性，实现绝缘缺陷类别分类，具有实用性和使用广泛性的高压直流气体绝缘组合电器局部放电检测系统。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种高压直流气体绝缘组合电器局部放电检测系统，包括高压直流电压发生模块、数据采集模块和上位机模块，所述高压直流电压发生模块两端分别与待测气体绝缘组合电器连接，所述上位机模块内置高压直流局部放电分析软件，所述数据采集模块分别与所述高压直流电压发生模块和所述上位机模块连接。

优选的，所述高压直流电压发生模块包括工频电源、高压变压器、限流电阻、高压整流器和充电电容，所述工频电源的一端与所述高压变压器一次侧的一端连接，所述工频电源的另一端与所述高压变压器一次侧的另一端连接，所述高压变压器二次侧的一端与所述限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端与所述高压整流器的一端连接，所述高压整流器的另一端分别与所述充电电容的一端和所述待测气体绝缘组合电器的一端连接，所述高压变压器二次侧的另一端分别与所述充电电容的另一端和所述待测气体绝缘组合电器的另一端连接。

优选的，所述工频电源电压为220v，频率为50hz，所述高压变压器最大输出电压为50kv，最大输出电流为30ma，所述限流电阻电阻值为10mω,精度为0.5％，所述高压整流器额定电压为100kv，所述充电电容电容值为0.5μf，额定电压为50kv；所述高压直流电压发生模块产生高压直流电压，并将高压直流电压施加于所述待测气体绝缘组合电器，所述工频电源提供工频交流电压，经所述高压变压器升压后由所述高压整流器整流，再由所述充电电容减小电压脉动，所述限流电阻限制所述高压直流电压发生模块电流。

优选的，所述数据采集模块包括电阻分压器、电流传感器和数据采集卡，所述电阻分压器的一次端口与所述高压直流电压发生模块并联，所述电流传感器的一次端口与所述待测气体绝缘组合电器的低压端连接，所述数据采集卡的输入端分别与所述电阻分压器的二次端口和所述电流传感器的二次端口连接，所述数据采集卡的输出端与所述上位机模块连接。

优选的，所述电阻分压器变比为10000:1，精度为0.1％，所述电流传感器变比为1v/a，工作频率为2khz-30mhz，输入阻抗为50ω，所述数据采集卡采样频率为250ms/s，带宽为100mhz，输入阻抗为50ω，分辨率为8位，通道数量为3通道；所述数据采集模块采集所述高压直流电压发生模块产生的高压直流电压信号和所述待测气体绝缘组合电器在高压直流电压下产生的局部放电信号，并将采集到的信号传送至所述上位机模块。

优选的，所述上位机模块为双核1.6ghz，内存为4g的上位机，内置高压直流局部放电分析软件用于局部放电特性分析，设有usb接口，所述上位机模块通过usb接口与所述数据采集模块的输出端连接。

优选的，所述高压直流电压发生模块产生高压直流电压并施加于所述待测气体绝缘组合电器，所述数据采集模块采集所述高压直流电压发生模块产生的高压直流电压信号和所述待测气体绝缘组合电器在高压直流电压下产生的局部放电信号，并将采集到的信号发送到所述上位机模块，所述上位机模块通过内置高压直流局部放电分析软件分析局部放电特性。

本发明的有益效果是：

一、真实模拟待测高压直流气体绝缘组合电器运行环境，检测由绝缘缺陷引起的局部放电，结构简单，操作方便；

二、电流传感器工作频率为2khz-30mhz,准确检测局部放电电流脉冲信号，并可用于计算视在放电量，确定局部放电危险系数；

三、上位机内置高压直流局部放电分析软件，分析高压直流下局部放电统计特性，实现绝缘缺陷类别分类。

附图说明

为了更楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，但并不是对本发明保护范围的限制。

图1为本发明一种高压直流气体绝缘组合电器局部放电检测系统的组成示意图；

图2为本发明的高压直流气体绝缘组合电器的7种典型缺陷的情况示意图；

图3为本发明的局部放电检测系统的校准曲线示意图；

图4为本发明的局部放电的电流脉冲信号示意图；

图5为本发明的高压直流气体绝缘组合电器中某一种典型缺陷的局部放电电流脉冲序列示意图；

图6为本发明的高压直流气体绝缘组合电器中某一种典型绝缘缺陷的局部放电放电量q与前一次放电时间差△tpre关系示意图；

图7为本发明的高压直流气体绝缘组合电器中某一种典型绝缘缺陷的局部放电放电量q与后一次放电时间差△tsuc关系示意图；

图8为发明的高压直流气体绝缘组合电器中某一种典型绝缘缺陷的局部放电放电量q的分布h(q)示意图；

图9为板发明的高压直流气体绝缘组合电器中某一种典型绝缘缺陷的局部放电电流脉冲时间差△t的分布h(△t)示意图。

其中，100.高压直流电压发生模块，110.工频电源，120.高压变压器，130.限流电阻，140.高压整流器，150.充电电容，200.数据采集模块，210.电阻分压器，220.电流传感器，230.数据采集卡，300.上位机模块，400.气体绝缘组合电器，401.高压导体突出物，402.接地外壳突出物，403.绝缘子表面金属粒子，404.绝缘子内气泡，405.绝缘子裂纹，406.自由金属粒子，407.悬浮电极。

具体实施方式

参阅图1至图9所示的一种高压直流气体绝缘组合电器局部放电检测系统，包括高压直流电压发生模块100、数据采集模块200和上位机模块300，所述高压直流电压发生模块100两端分别与待测气体绝缘组合电器连接400，所述上位机模块300内置高压直流局部放电分析软件，所述数据采集模块200分别与所述高压直流电压发生模块100和所述上位机模块300连接。

所述高压直流电压发生模块100包括工频电源110、高压变压器120、限流电阻130、高压整流器140和充电电容150，所述工频电源110的一端与所述高压变压器120一次侧的一端连接，所述工频电源110的另一端与所述高压变压器120一次侧的另一端连接，所述高压变压器120二次侧的一端与所述限流电阻130的一端连接，所述限流电阻130的另一端与所述高压整流器140的一端连接，所述高压整流器140的另一端分别与所述充电电容150的一端和所述待测气体绝缘组合电器400的一端连接，所述高压变压器120二次侧的另一端分别与所述充电电容150的另一端和所述待测气体绝缘组合电器400的另一端连接；所述工频电源110电压为220v，频率为50hz，所述高压变压器120最大输出电压为50kv，最大输出电流为30ma，所述限流电阻130电阻值为10mω,精度为0.5％，所述高压整流器140额定电压为100kv，所述充电电容150电容值为0.5μf，额定电压为50kv；所述高压直流电压发生模块100产生高压直流电压，并将高压直流电压施加于所述待测气体绝缘组合电器400，所述工频电源110提供工频交流电压，经所述高压变压器120升压后由所述高压整流器140整流，再由所述充电电容150减小电压脉动，所述限流电阻130限制所述高压直流电压发生模块电流。

所述数据采集模块200包括电阻分压器210、电流传感器220和数据采集卡230，所述电阻分压器210的一次端口与所述高压直流电压发生模块100并联，所述电流传感器220的一次端口与所述待测气体绝缘组合电器400的低压端连接，所述数据采集卡230的输入端分别与所述电阻分压器210的二次端口和所述电流传感器230的二次端口连接，所述数据采集卡230的输出端与所述上位机模块300连接；所述电阻分压器210变比为10000:1，精度为0.1％，所述电流传感器220变比为1v/a，工作频率为2khz-30mhz，输入阻抗为50ω，所述数据采集卡230采样频率为250ms/s，带宽为100mhz，输入阻抗为50ω，分辨率为8位，通道数量为3通道；所述数据采集模块200采集所述高压直流电压发生模块100产生的高压直流电压信号和所述待测气体绝缘组合电器400在高压直流电压下产生的局部放电信号，并将采集到的信号传送至所述上位机模块300。

所述上位机模块300为双核1.6ghz，内存为4g的上位机，内置高压直流局部放电分析软件用于局部放电特性分析，设有usb接口，所述上位机模块300通过usb接口与所述数据采集模块200的输出端连接。

所述高压直流电压发生模块100产生高压直流电压并施加于所述待测气体绝缘组合电器400，所述数据采集模块200采集所述高压直流电压发生模块100产生的高压直流电压信号和所述待测气体绝缘组合电器400在高压直流电压下产生的局部放电信号，所述上位机模块300通过内置高压直流局部放电分析软件分析局部放电特性。

图2模拟了7种所述气体绝缘组合电器400中的典型绝缘缺陷，包括高压导体突出物401、接地外壳突出物402、绝缘子表面金属粒子403、绝缘子内气泡404、绝缘子裂纹405、自由金属粒子406和悬浮电极407。

本发明高压直流气体绝缘组合电器局部放电检测系统在使用时，有如下几个步骤：1.检测系统校准；2.确定放电起始电压；3.获取放电分布特性；4.绝缘缺陷类别分类。

1.检测系统校准；

根据iec60270,将局部放电校准仪与所述待测气体绝缘组合电器400并联并产生放电量已知的电流脉冲信号，比较由局部放电校准仪产生的电流脉冲信号和由所述电流传感器220检测到的电流脉冲信号，确定放电量校准曲线，由所述电流传感器220检测到的电流脉冲信号的放电量基于下式获得：

其中q为由所述电流传感器220检测到的电流脉冲信号的放电量，i(t)为由所述电流传感器220检测到的电流脉冲信号，如图3所示为局部放电检测系统的校准曲线。

2.确定放电起始电压；

缓慢提升高压变压器输出电压，观察所述上位机模块300上显示的直流电压信号和局部放电电流脉冲信号，当放电量超过10pc的电流脉冲信号连续在1分钟内出现5次时，记录此时的直流电压为放电起始电压，图4位稳定局部放电电流脉冲信号，通过图3所示校准曲线可确定视在放电量，确定局部放电危险系数。

3.获取放电分布特性；

在1.2倍放电起始电压下，可得到如图5所示的局部放电电流脉冲序列，根据放电量q和电流脉冲的时间差△t，由所述上位机模块300内置分析软件，可以获得高压直流局部放电的分布特性，分布特性包括：

如图6所示的局部放电放电量q与前一次放电时间差△tpre关系；

如图7所示的局部放电放电量q与后一次放电时间差△tsuc关系；

如图8所示的局部放电放电量q的分布h(q)；

如图9所示的局部放电电流脉冲时间差△t的分布h(△t)。

4.绝缘缺陷类别分类；

按步骤3建立所述气体绝缘组合电器400中7种典型绝缘缺陷局部放电分布特性数据库，提取各分布特性峰值、峰态及外斜度，形成各典型绝缘缺陷分布簇群，在线监测高压直流气体绝缘组合电器局部放电时可确定绝缘缺陷类别。

以上所述，仅是本发明的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。需要说明的是，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出修改、等同变化、替代、修饰，都包含在本发明的保护范围之内。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。