環網櫃超高頻局放監測及溫升在線監測方案
隨着泛在電力物聯網的發展，開關櫃（環網櫃）狀態監測成爲必須要考慮的問題，並逐漸成爲環網櫃的必配產品。廣州市智昊電氣技術有限公司研開發的iHPS-3300型 開關櫃（環網櫃）超高頻局放監測及溫升在線監測裝置，是充分考慮分析各種局放技術的成熟度及統一性的基礎上，傳感設備採用了超高頻原理進行局放監測，同時具備對錶面電暈放電、內部放電及噪聲測量功能。
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一、概述
高壓開關櫃是使用極廣且數量最多的開關設備。由於在設計、製造、安裝和運行維護等方面存在着不同程度的問題，因而事故率比較高，在諸多性質的開關櫃事故中，絕緣事故多發生於10千伏及以上電壓等級，造成的後果也很嚴重。特別是小車式開關櫃，絕緣事故率更高，而且往往一臺出現事故，殃及鄰櫃的現象更爲突出。因此，迫切需要對開關櫃實行狀態檢修，對設備運行狀況進行實時和定時的在線監測，根據設備的運行狀態和絕緣的劣化程度，確定檢修時問和措施，減少停電時間和事故的發生，提高電力裝置運行的安全可靠性及自動化程度。
高壓開關櫃的絕緣故障主要表現爲外絕緣對地閃絡擊穿，內絕緣對地閃絡擊穿，相間絕緣閃絡擊穿，雷電過電壓閃絡擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡、污閃、擊閃、擊穿、爆炸，提升杆閃絡，CT閃絡、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。
各類絕緣缺陷發展到最終擊穿，釀成事故之前，往往先經過局部放電階段，局部放電的強弱能夠及時反映絕緣狀態，因此通過在線監測局部放電來判斷絕緣狀態爲實現開關櫃絕緣在線監測及診斷的有效手段。
智昊電氣IHPS-3300型高壓開關櫃局部放電及溫升在線監測裝置通過檢測伴隨局部放電而產生的電磁波輻射及開關櫃接頭溫升現象，裝置掃描10~100MHz頻率範圍內的電磁波輻射並自動確定現場局部放電的實際檢測頻率，隨後將檢測的局部放電脈衝簇數據和開關櫃頭溫升數據上傳DTU。
1.1 開關櫃的結構超高頻局放監測及溫升在線監測裝置
開關櫃裝備有斷路器、CT、PT、保護繼電器，檢測設備和輔助設備，除了外部線路，開關櫃是由金屬外殼內的配線連接而成，見圖1。
1.2開關櫃電力設備的絕緣缺陷
高壓開關櫃有各種各樣的電力設備，例如斷路器、MOF、VCB、CT、PT、LA、COS、PF、MOLD TR、母線等，而低壓開關設備有MCCB、CT、PT、CV開關櫃等。開關櫃的設備故障包括由於長時間使用引起的絕緣缺陷，由於觸點的不良連接引起的放電的瞬間短路以及各個連接部分，過熱、電涌、電流故障等。圖2 通過分佈圖表明了引起開關櫃故障的原因。
1.3局部放電的產生
局部放電，是絕緣介質中的一種電氣放電，這種放電僅限制在被測介質中一部分且只使導體間的絕緣局部橋接，這種放電可能發生或可能不發生於導體的鄰近。電力設備絕緣中的某些薄弱部位在強電場的作用下發生局部放電是高壓絕緣中普遍存在的問題。雖然局部放電一般不會引起絕緣的穿透性擊穿，但可以導致電介質（特別是有機電介質）的局部損壞。若局部放電長期存在，在一定條件下會導致絕緣劣化甚至擊穿。對電力設備進行局部放電試驗，不但能夠了解設備的絕緣狀況，還能及時發現許多有關製造與安裝方面的問題，確定絕緣故障的原因及其嚴重程度。因此，對電力設備進行局部放電測試是電力設備製造和運行中的一項重要預防性試驗。
各種局部放電檢測技術應運而生，基於對發生局部放電時產生的各種電、光、聲、熱等現象的研究，局部放電檢測技術中也相應出現了電檢測法和光測法、聲測法、紅外熱測法等非電量檢測方法。近年來，隨着局部放電檢測技術的提高和進步，採用電磁輻射信號進行局放檢測成爲一項簡便易行的檢測方法。
二、開關櫃局部放電及溫升裝置簡介
2.1 裝置說明
該裝置是一套用於探測、分析並連續監測高壓開關櫃中局部放電信號及開關櫃頭溫升的在線監測裝置。如下圖所示，裝置中IHPS-3300型主機用於處理從UHF傳感器獲取的局放和從無源無線溫度傳感器上取得的溫度信號並將其數字化，而採用上位機進行局放信號的篩選、分析並完成局放脈衝數值記錄、監測局放量發展狀況等功能。
2.2 裝置組成及選型
2.2.1 2進2出環網箱配置
序號 名稱 數量 備註
1 環網櫃局放及溫升監測裝置 1套 4通道+1噪音，DC17V-DC48V供電，485上傳DTU，具備遙測、遙信功能
2 高頻傳感器 4套 每個開關櫃配置1套，PT不配置
3 噪音傳感器 1套 整套環網箱配置1套
4 無線溫度傳感器 12套 每個開關櫃配置3套，分別安裝在A/B/C3項電纜頭上。
2.2.2 2進4出環網箱配置
序號 名稱 數量 備註
1 環網櫃局放及溫升監測裝置 1套 6通道+1噪音，DC17V-DC48V供電，485上傳DTU，具備遙測、遙信功能
2 高頻傳感器 6套 每個開關櫃配置1套，PT不配置
3 噪音傳感器 1套 整套環網箱配置1套
4 無線溫度傳感器 18套 每個開關櫃配置3套，分別安裝在A/B/C3項電纜頭上。
2.3 技術參數
2.3.1裝置參數：
A) 一體化鋁合金設計;
B) 電源：220V/50Hz或者DC24V/DC48V;
C) 外形尺寸： 198mm239mm85mm或者228mm288mm85mm;
D) 通信協議：modbus RTU、具備遙信功能;
E) 功耗： 5W;
F) 總量：0.65kg;
2.3.2高頻傳感器：
A) 檢測頻帶：10kHz~100MHz；
B) 信號傳輸方式：50Ω同軸開關櫃；
C) 檢測靈敏度：10pC；
D) 負載阻抗,：50 Ω；
E) 高頻UHF天線,無源無線原理；
F) 接口：BNC，通過同軸開關櫃與PD高頻檢測通道連接。
2.3.3無線溫溼度傳感器參數：
A) 溫度顯示範圍：-20℃～+80℃；
B) 原理：無源無線
C) 溫度檢測精度：±0.1度；
D) 測溫方式： 接觸式；
E) 工作頻段：470MHz-510MHz或者230MHz；
F) 發射功率：10dbm；
G) 傳輸距離：30m；
H) 防護等級：IP68；
I) 供電方式：電磁能收集（母線電流5-5000A）；
J) 發送間隔：5s-50s，可以根據客戶需求設定；
K) 溼度檢測範圍：0%-100%RH；
L) 溼度檢測精度：±3%RH（溫度25℃）；
M) 使用壽命：10年；
2.4 裝置功能
A) 採用高頻信號檢測與分析技術，對高壓開關櫃進行分佈式在線檢測，實時發現開關櫃中的局部放電信號。
B) 對局部放電脈衝的波形特徵進行分析，識別局部放電的類型去除噪音信號，如電暈放電、表面放電、內部放電或噪音信號。
C) 在線實時採集高頻局部放電信號的波形圖，記錄其相位、振幅和時間信息。
D) 能有效地去除噪音信號，即使噪音信號和局放信號在相同相位且幅值大於局部放電信號時，也能成功識別局放信號。
E) 提取局部放電信號的特徵值，如時間特徵，頻率特徵，不同類型放電間的放電時間間隔等，並利用這些特徵來識別不同的放電類型。
F) 識別局部放電的類型，以概率的方式指示個局放信號屬於某種局部放電類型（電暈放電、表面放電、內部放電、噪音信號等）的可能性。
G) 自動生成檢測報告，報告內容包括受檢設備信息、採集到的局部放電信號波形、分類與分析結果等信息。
H) 裝置配置有內容豐富的局部放電信號數據庫和局部放電信號專家分析裝置，對檢測到的局放信號進行自動分析、判斷和識別。
I) 裝置有較高的缺陷識別準確率。
J) 裝置的採樣頻帶在高頻波段，具有較強的現場抗干擾能力強。
K) 具有智能報警功能，檢測到局放信號時及時發出報警信號。
L) 局放信號採集和分析裝置的運行環境爲Windows操作裝置，窗口式工作界面。
M) 裝置應採用模塊式結構，具備較強的擴展功能，可以根據電力公司的需求對裝置進行擴容。
N) 裝置應方便地在現場進行帶電安裝和拆卸，不影響電力設備的運行。
O) 裝置的前端檢測單元與操作員及其電腦間應採用光電隔離措施，確保電力設備和工作人員的安全。