一种基于电化学法的开关柜局部放电检测装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及局部放电检测技术，具体涉及一种基于电化学法的开关柜局部放电检测装置及控制方法，开关柜结构包括二次设备室，与二次设备室相邻的高压母线室，位于高压母线室下方的断路器室，和位于二次设备室下方与断路器室相邻的手车室；其中，本装置包括第一、第二、第三电化学传感器和数据采集处理模块；三个电化学传感器安装于高压母线室，数据采集处理模块安装于二次设备区。通过电化学传感器检测开关柜高压母线室内潜在的绝缘劣化伴生气体浓度，来判断开关柜局部放电量。该开关柜局部放电检测装置结构简单、操作方便、成本低和易于维护，采集的数据易于处理和分析，能够实时检测开关柜内部气体，根据数据估计开关柜绝缘状态并进行报警。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电化学法的开关柜局部放电检测装置及控制方法
本专利技术属于局部放电检测
，尤其涉及一种基于电化学法的开关柜局部放电检测装置及控制方法。
技术介绍
空气开关柜就是其中常见的输配电设备，在输配电过程中起着控制或保护的作用。开关柜内部包含了隔离开关、断路器和相关的保护装置，当电力系统出现故障时可以通过其隔离开关断开相互连接的设备，一方面保护了连接的电力设备同时也保护了电力操作人员的安全。由此可见开关柜在电力系统中起着非常重要的作用。空气开关柜在制造、配送、安装、运行和检修等过程中，不可避免的会造成开关柜内出现各种绝缘缺陷，例如在制造时容易使导体留下金属毛刺、在运送过程中容易导致零件的松动或接触性能变差、导体与支撑绝缘子剥离形成的气隙以及检修后残留在腔体内的金属微粒等。这些绝缘缺陷在开关柜的运行过程中容易引起电场畸变，从而发生局部放电(PD)。若不及早发现开关柜内部的PD而任其发展至严重程度，最终将导致开关柜内绝缘破坏而引发安全事故，给发电企业带来巨大的经济损失和负面的社会影响。常见的局部放电检测手段包括：脉冲电流法、超声波法、特高频检测法和暂态地电压检测法都存在一些不足之处，脉冲电流法适合于实验室环境，工程上较难应用。超声波法局部放电超声信号容易发生折射导致波形失真，检测准确度较差。特高频装置投入成本较大，维护较为困难。暂态地电压检测法需要人工检测，自动化程度差。而电化学检测法的原理是在正常情况下，气体成分较为稳定由21％的O2、78％的N2以及一些少量的其他气体如CO2组成。当开关柜内放电或者过热现象时，空气中的混合气体会产生复杂的化学反应，生成一些含氮化合物及O3。当存在固体绝缘介质(如聚烯烃、硅橡胶、环氧树脂等)时，由于放电的存在有可能引起固体绝缘介质的受损，从而产生O3、CO等气体。另外，由于不同类型的绝缘缺陷引起PD的特性有明显的差异，进而使空气在不同类型绝缘缺陷PD作用下的分解特性也存在着明显的差异，通过研究空气气体分解组分含量、产气速率、放电量的变化关系，可以更加准确地了解和掌握开关柜内部绝缘缺陷类型的性质和特征。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过电化学传感器检测开关柜高压母线室内潜在的劣化伴生气体，进而判断开关柜局部放电量的装置。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于电化学法的开关柜局部放电检测装置，其开关柜包括二次设备室，与二次设备室相邻的高压母线室，位于高压母线室下方的断路器室，位于二次设备室下方与断路器室相邻的手车室；还包括第一、第二、第三电化学传感器和数据采集处理模块；三个电化学传感器安装于高压母线室，数据采集处理模块安装于二次设备室；数据采集处理模块包括信号调理电路，还包括EMC防护壳，EMC防护壳内安装有依次连接的FPGA及其外围电路、FIFO与高速数据缓存、WLAN模块和WIFI天线，FPGA及其外围电路和FIFO与高速数据缓存之间连接的控制和时钟，以及供电模块；FPGA及其外围电路通过航空导线组与信号调理电路连接，信号调理电路再分别与第一、第二、第三电化学传感器相连，信号调理电路对三个电化学传感器的数据进行实时处理，使其适合FIFO和高速数据缓存。在上述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置中，第一、第二、第三电化学传感器均采用三电极电化学气体传感器和高性能微处理器，并内置温度传感器进行温度补偿；用于测量对应的气体，对于其他气体交叉干扰小于1ppm；三电极电化学气体传感器包括接地线外壳，接地线外壳内设置有化学反应电极和内部电极调理电路，接地线外壳上设有卡锁结构，接地线外壳的尾部连接有航空电缆接头；三电极电化学气体传感器的三电极分别为地极，供电极和电压信号输出极，三电极长度均为6mm，直径均为1.5mm；接地线外壳与航空电缆接头总长度为24.5mm，接地线外壳直径为21mm，三个电极角度间距为120°，航空电缆接头的直径为16.4mm。在上述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置中，第一、第二、第三电化学传感器分别用于测量CO气体、NO2气体和O3气体；第一电化学传感器置于高压母线室上方，第二、第三电化学传感器置于高压母线室下方。在上述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置中，信号调理电路包括增益、衰减电路，调零与外加直流偏置电路、滤波电路和ADC电路；用于对电化学传感器信号放大、滤波调零再进行加直流偏置最终进入ADC电路，将电化学传感器中的模拟信号调整至适用于硬件1.75Vpp电压信号。在上述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置中，，FPGA及其外围电路包括FPGA配置电路、外部存储设备、以太网传输接口和FPGA的供电部分；FPGA采用Virtex-5系列，其中，BANK0为配置块，配置方式采用主串模式，每个时钟周期仅接收一位配置数据；配置芯片采用XCF32P-VO48。在上述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置中，高速数据缓存采用1GB的SDRAM，FIFO作为数据缓存的存储器，循序先进先出的规律对数据进行储存。在上述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置中，控制和时钟分为AD采样时钟和FPGA核心时钟，在AD采样时钟输入端加入一级比较器ADCMP582，输入端设计为过零比较，输出端为LVPECL；AD采样时钟为CDCLVD1202，输入可接受LVDS，LVPECL，LVCMOS，输出为LVDS；时钟单端线通过50欧姆电阻端链接到CDCLVD1202的VAC_REF引脚，满足匹配要求，同时给LVPECL输入提供了直流偏置；LVPECL为射极开路输出，此处为AC耦合；CDCLVD1202将时钟输入扇出为2路输出，一路为参考时钟，一路为采样时钟。在上述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置中，供电模块包括模拟部分供电和数字部分供电，数字部分为FPGA及其外围电路和以太网芯片进行的供电，其他均采用模拟供电；模拟供电将+12V经过DC/DC得到+3.6V，+2.1V，+5.5V，-5.5V输出电压；数字部分供电为+3.3V，+2.5V，+1.8V，+1.2V和+1.0V；以太网芯片供电为+3.3V。在上述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置中，WLAN模块选用网络芯片W3150A+和RTL8201BL搭建的电路模块，其中MAC层协议在FPGA中实现，物理层由RTL8201BL芯片完成以太网电平转换。一种基于电化学法的开关柜局部放电检测装置的控制方法，包括以下步骤：步骤1、首先将算法控制程序和外围电路的驱动程序一并烧录，烧录选择AS下载方式，将执行代码直接烧写到FPGA；在上电初始化后，FPGA直接从配置芯片读写执行代码配置FPGA，实现误断电重启之后程序仍保存；步骤2、三种电化学气体传感器持续与待测环境中待测气体进行氧化还原反应，通过捕获反应过程中的微弱电信号，再由信号调理电路将其转化为0.4-2V电压范围的电压信号，送入AD采样时钟；并将转换的16位精度的数字信号送入FPGA中，进行程序判断；步骤3、程序判断采用状态树故障判别流程，将电压信号通过以下公式进行换算，换算为浓度PPM数据：步骤3.1、当O3浓度在0-10PPM以内，进入故障状态1，将降低气体采集频率至1h/次；步骤3.2、当O3浓度在10-50PPM内，进入故障状态2，恢复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电化学法的开关柜局部放电检测装置，其开关柜包括二次设备室，与二次设备室相邻的高压母线室，位于高压母线室下方的断路器室，位于二次设备室下方与断路器室相邻的手车室；其特征是，还包括第一、第二、第三电化学传感器和数据采集处理模块；三个电化学传感器安装于高压母线室，数据采集处理模块安装于二次设备室；数据采集处理模块包括信号调理电路，还包括EMC防护壳，EMC防护壳内安装有依次连接的FPGA及其外围电路、FIFO与高速数据缓存、WLAN模块和WIFI天线，FPGA及其外围电路和FIFO与高速数据缓存之间连接的控制和时钟，以及供电模块；FPGA及其外围电路通过航空导线组与信号调理电路连接，信号调理电路再分别与第一、第二、第三电化学传感器相连，信号调理电路对三个电化学传感器的数据进行实时处理，使其适合FIFO和高速数据缓存。

【技术特征摘要】
1.一种基于电化学法的开关柜局部放电检测装置，其开关柜包括二次设备室，与二次设备室相邻的高压母线室，位于高压母线室下方的断路器室，位于二次设备室下方与断路器室相邻的手车室；其特征是，还包括第一、第二、第三电化学传感器和数据采集处理模块；三个电化学传感器安装于高压母线室，数据采集处理模块安装于二次设备室；数据采集处理模块包括信号调理电路，还包括EMC防护壳，EMC防护壳内安装有依次连接的FPGA及其外围电路、FIFO与高速数据缓存、WLAN模块和WIFI天线，FPGA及其外围电路和FIFO与高速数据缓存之间连接的控制和时钟，以及供电模块；FPGA及其外围电路通过航空导线组与信号调理电路连接，信号调理电路再分别与第一、第二、第三电化学传感器相连，信号调理电路对三个电化学传感器的数据进行实时处理，使其适合FIFO和高速数据缓存。2.如权利要求1所述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置，其特征是，第一、第二、第三电化学传感器均采用三电极电化学气体传感器和高性能微处理器，并内置温度传感器进行温度补偿；用于测量对应的气体，对于其他气体交叉干扰小于1ppm；三电极电化学气体传感器包括接地线外壳，接地线外壳内设置有化学反应电极和内部电极调理电路，接地线外壳上设有卡锁结构，接地线外壳的尾部连接有航空电缆接头；三电极电化学气体传感器的三电极分别为地极，供电极和电压信号输出极，三电极长度均为6mm，直径均为1.5mm；接地线外壳与航空电缆接头总长度为24.5mm，接地线外壳直径为21mm，三个电极角度间距为120°，航空电缆接头的直径为16.4mm。3.如权利要求2所述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置，其特征是，第一、第二、第三电化学传感器分别用于测量CO气体、NO2气体和O3气体；第一电化学传感器置于高压母线室上方，第二、第三电化学传感器置于高压母线室下方。4.如权利要求1所述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置，其特征是，信号调理电路包括增益、衰减电路，调零与外加直流偏置电路、滤波电路和ADC电路；用于对电化学传感器信号放大、滤波调零再进行加直流偏置最终进入ADC电路，将电化学传感器中的模拟信号调整至适用于硬件1.75Vpp电压信号。5.如权利要求1所述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置，其特征是，FPGA及其外围电路包括FPGA配置电路、外部存储设备、以太网传输接口和FPGA的供电部分；FPGA采用Virtex-5系列，其中，BANK0为配置块，配置方式采用主串模式，每个时钟周期仅接收一位配置数据；配置芯片采用XCF32P-VO48。6.如权利要求1所述的基于电化学法的开关柜局部放电检测装置，其特征是，高速数据缓存采用1GB的SDRAM，FIFO作为数据缓存的存储器，循序先进先出的规律...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，温云波，徐凯，王涤，章璨，归宇，王炜，陈昱，章铭，程少龙，董建强，张锋良，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33