基于超高频检测的智能开关柜局部放电在线监测系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于超高频检测的智能开关柜局部放电在线监测系统及方法。在线监测系统包括传感器单元、信号调理单元、MCU单元、通信单元、系统电源和上位机监控单元。在线监测方法为传感器单元完成对开关柜内局部放电信号的采集，通过信号调理单元实现信号的放大、滤波、降频和偏置得到能够被DSP中ADC模块可转换的信号，MCU单元实现信号的分析和处理，将数据通过以太网上传至监控室上位机。本发明采用频谱搬移技术实现了DSP对高频信号的采集和处理，将时频分析技术和模式识别理论应用于监测系统，具有故障诊断功能，系统采用IEC61850标准，便于变电站中各种IED管理及设备互联组网。

主权项

一种基于超高频检测的智能开关柜局部放电在线监测系统的监测方法，所述在线监测系统包括传感器单元(1)、信号调理单元(2)、MCU单元(3)、通信单元(4)、系统电源(5)和上位机监控单元(6)；其中，传感器单元(1)输出端与信号调理单元(2)的输入端相连；信号调理单元(2)的输出端与MCU单元(3)相连；MCU单元通过通信单元(4)和上位机监控单元(6)相连完成双向通信；系统电源(5)为传感器单元(1)、信号调理单元(2)、MCU单元(3)和通信单元(4)提供电源；所述传感器单元(1)包括超高频传感器和信号放大电路；超高频传感器接收局部放电产生的高频电磁波，将局部放电信号转换成微电压信号；信号放大电路完成微电压信号的放大，并将放大后的电压信号传送至信号调理单元(2)；所述信号调理单元(2)由前端放大滤波电路依次串接频谱搬移电路、后端滤波电路和偏置电路组成；其中，前端放大滤波电路采用带增益的带通滤波完成信号的放大和滤波；频谱搬移电路实现信号频率从高频到低频的变换；偏置电路实现信号的偏置；所述MCU单元(3)由数字信号处理器、键盘显示电路、时钟电路和报警电路组成；数字信号处理器完成放电信号的采样转换、运算和数据存储，并按指定的通信协议与上位机监控单元(6)通信；键盘显示电路实现放电信息的显示和参数设置；时钟电路为数字信号处理器提供时钟基准，具有掉电数据保护功能，报警电路在设备故障状态下产生报警信号；其特征在于，所述监测方法如下：传感器单元(1)中的超高频传感器接收开关柜内局部放电产生的高频电磁波信号，将高频电磁波信号转换成微电压信号送至信号放大电路；信号放大电路将微电压信号进行放大，并将放大后的信号传送至信号调理单元(2)；信号调理单元(2)放大后的信号经过前端放大滤波电路滤波，将滤波后的信号经过频谱搬移电路完成高频信号到低频信号的变换；将频谱变换后的信号经过偏置电路偏置得到最终输出信号；MCU单元(3)采用数字信号处理器，数字信号处理器中的A/D模块对最终输出信号进行模数转换，将模数转换后的信号再经FIR滤波器数字滤波去除干扰信号；通过短时傅里叶变换将FIR滤波器数字滤波后的信号由时域信号转变为频域信号，然后再实现软件的频谱搬移即在频轴上对各频率分量平移，恢复原放电信号即电磁波信号的频谱；提取出恢复后的频谱信号的特征参量和在实验条件下得出的各放电类型的特征参数模式识别，来诊断放电信号的类型；最后，统计出放电发生的频率次数和幅值作为表征放电强度的参数，将所有的放电强度的参数传送至上位机监控单元(6)，当放电情况严重时，发出声光报警信号。