申请/专利权人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心

申请日：2017-12-15

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN108061845B

主分类号：G01R31/12

分类号：G01R31/12

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2018.06.15#实质审查的生效;2018.05.22#公开

摘要：本发明公开了一种GIS局部放电数据采集装置，包括机箱外壳，安装于机箱外壳内的通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块以及供电模块；其中，供电模块分别和通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块相连接，以为通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块提供工作电压；本GIS局部放电数据采集装置综合应用了计算机技术，模拟电子技术、高速信号采集和抗干扰技术。装置能够采集GIS的特高频局部放电信号，分析信号并将处理后的特高频局部放电模拟信号转换成数字信号，最后采用标准协议，通过TCPIP以太网向后台传输。

主权项：1.一种GIS局部放电数据采集装置，其特征在于，包括机箱外壳，安装于机箱外壳内的通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块以及供电模块；其中，供电模块分别和通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块相连接，以为通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块提供工作电压；通道调理模块包括结构相同的GIS内部局部放电信号通道调理单元和外部电晕干扰信号通道调理单元；GIS内部局部放电信号通道调理单元用于接收GIS内部局部放电信号并对GIS内部局部放电信号进行滤波、放大，滤波、放大后的GIS内部局部放电信号传输至数据采集模块；外部电晕干扰信号通道调理单元用于接收影响GIS局部放电测量的外部电晕干扰信号并对外部电晕干扰信号进行滤波、放大，滤波、放大后的外部电晕干扰信号传输至数据采集模块；数据采集模块包括干扰消除单元、AD转换器以及数字信号输出端；其中，干扰消除单元用于接收滤波、放大后的GIS内部局部放电信号和滤波、放大后的外部电晕干扰信号，并利用滤波、放大后的外部电晕干扰信号将滤波、放大后的GIS内部局部放电信号所包含的外部电晕干扰信号消除；AD转换器用于将消除外部电晕干扰信号后的GIS内部局部放电信号转换为数字信号，转换后的数字信号由数字信号输出端输出至数据传输模块；数据传输模块用于将其所接收的数字信号传输至后台数据分析系统；所述GIS内部局部放电信号通道调理单元设置有三个，外部电晕干扰信号通道调理单元设置有一个；所述GIS内部局部放电信号通道调理单元和外部电晕干扰信号通道调理单元的放大倍数均为10000倍，滤波频带均为100MHz-3000MHz；所述GIS内部局部放电信号通道调理单和外部电晕干扰信号通道调理单元均包括电容C4、C6、C9，电阻R5、R7、R3、R4、R16、R100、R10以及第一放大器和第二放大器；其中，电容C4的输入端为信号输入端，输出端分别和电阻R5和R7的一端以及第一放大器的正极相连接，电阻R7的另一端接地；电阻R3的一端接地，另一端和第一放大器的负极以及电阻R4的一端相连接，第一放大器的输出端分别和电容C6的一端以及电阻R4的另一端相连接，电容C6的另一端和电阻R16的一端相连接，电阻R16的另一端和电容C9的一端、电阻R100的一端以及第二放大器的正极相连接，电容C9的另一端以及电阻R100的另一端分别接地，第二放大器的负极和电阻R10的一端相连接，电阻R10的另一端接地；所述数据传输模块采用标准协议，通过TCPIP以太网将数字信号输至后台数据分析系统；所述机箱外壳采用铝合金材质。

全文数据：一种GIS局部放电数据采集装置技术领域[0001]本发明涉及电力设备，具体涉及一种GIS局部放电数据采集装置。背景技术[0002]随着我国电力工业的发展，GIS的应用日渐增多。由于受现场条件的限制，环境温度、湿度和空气的洁净度、安装工器具的精度、安装工艺水平都很难有效控制，现场安装时灰尘颗粒或其它异物极易进入母线筒，导体极易造成损伤，这些缺陷在运行电压下产生局部放电，发展到一定程度造成绝缘损坏甚至闪络。通过分析局部放电检测数据，能够发现GIS内部存在的安全隐患，保证电网的安全运行。针对以上情况，研制一种GIS局部放电数据采集装置十分必要。发明内容[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种GIS局部放电数据采集装置，以及时准确地采集并传输GIS局部放电数据。[0004]为实现上述目的，本发明的技术方案是：[0005]一种GIS局部放电数据采集装置，包括机箱外壳，安装于机箱外壳内的通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块以及供电模块;其中，[0006]供电模块分别和通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块相连接，以为通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块提供工作电压；[0007]通道调理模块包括结构相同的GIS内部局部放电信号通道调理单元和外部电晕干扰信号通道调理单元;GIS内部局部放电信号通道调理单元用于接收GIS内部局部放电信号并对GIS内部局部放电信号进行滤波、放大，滤波、放大后的GIS内部局部放电信号传输至数据采集模块;外部电晕干扰信号通道调理单元用于接收影响GIS局部放电测量的外部电晕干扰信号并对外部电晕干扰信号进行滤波、放大，滤波、放大后的外部电晕干扰信号传输至数据采集模块；[0008]数据采集模块包括干扰消除单元、AD转换器以及数字信号输出端;其中，干扰消除单元用于接收滤波、放大后的GIS内部局部放电信号和滤波、放大后的外部电晕干扰信号，并利用滤波、放大后的外部电晕干扰信号将滤波、放大后的GIS内部局部放电信号所包含的外部电晕干扰信号消除;AD转换器用于将消除外部电晕干扰信号后的GIS内部局部放电信号转换为数字信号，转换后的数字信号由数字信号输出端输出至数据传输模块；[0009]数据传输模块用于将其所接收的数字信号传输至后台数据分析系统。[0010]所述GIS内部局部放电信号通道调理单元设置有三个，外部电晕干扰信号通道调理单元设置有一个。[0011]所述GIS内部局部放电信号通道调理单和外部电晕干扰信号通道调理单元的放大倍数为10000倍，滤波频带为100MHZ-3000MHZ。[0012]所述GIS内部局部放电信号通道调理单和外部电晕干扰信号通道调理单元均包括电容04、06、09，电阻1?5、1?7、1?3、1?4、1?16、1?100、1?10以及第一放大器和第二放大器;其中，电容W的输入端为彳目号输入端，输出端分别和电阻R5和R7的一端以及第一放大器的正极相连接，电阻R7的另一端接地；电阻R3的一端接地，另一端和第一放大器的负极以及电阻R4的一端相连接，第一放大器的输出端分别和电容C6的一端以及电阻R4的另一端相连接，电容C6的另一端和电阻R16的一端相连接，电阻R16的另一端和电容C9的一端、电阻Rl〇〇的一端以及第二放大器的正极相连接，电容C9的另一端以及电阻R1〇〇的另一端分别接地，第二放大器的负极和电阻R10的一端相连接，电阻R10的另一端接地。[0013]所述电容C4、C6、C9均采用无感电容，电阻阳、1?7、1?3、1?4、1?16、町00、1?10均采用绕行电阻，第一放大器和第二放大器。[0014]所述数据传输模块采用标准协议，通过TCPIP以太网将数字信号输至后台数据分析系统。[0015]所述机箱外壳采用铝合金材质。[0016]所述数据传输模块采用以太网数据传输芯片，传输速率为1000MHz。[0017]本发明与现有技术相比，其有益效果在于：[0018]通过使用本实施例提供的GIS局部放电数据采集装置能够实时、准确地采集GIS局部放电数据，并实时地将数据传输至后台数据分析系统中，通过分析GIS局部放电检测数据，能够发现GIS内部存在的安全隐患，保证电网的安全运行。附图说明[0019]图1为本发明实施例提供的GIS局部放电数据采集装置的工作原理图；[0020]图2为数据采集模块的工作原理图；[0021]图3为通道调理模块的电路原理图。具体实施方式[0022]下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。[0023]实施例：[0024]参阅图1所示，为本实施例提供的GIS局部放电数据采集装置的工作原理图，该装置包括机箱外壳，安装于机箱外壳内的通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块以及供电模块。供电模块分别和通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块相连接，供电模块通过P0E端口获得12V电压，帮将12V电压转变成±5V电压提供给通道调理单元、数据采集模块、数据传输模块。[0025]其中，该通道调理模块包括结构相同的GIS内部局部放电信号通道调理单元和外部电晕干扰信号通道调理单元。该GIS内部局部放电信号通道调理单元用于接收GIS内部特高频信号，特高频信号频率范围是100MHz-2000MHz,局部放电信号并对GIS内部特高频局部放电信号进行滤波、放大，通过滤波放大使局部放电信号消除干扰信号，提高信噪比，滤波、放大后的GIS内部特高频局部放电信号传输至数据采集模块;外部电晕干扰信号通道调理单元用于接收影响GIS局部放电测量的外部电晕干扰信号，并对外部电晕干扰信号进行滤波、放大，滤波、放大后的外部电晕干扰信号传输至数据采集模块。[0026]如图2所示，该数据采集模块包括干扰消除单元、AD转换器以及数字信号输出端。其中，干扰消除单元用于接收滤波、放大后的GIS内部特高频局部放电信号和滤波、放大后的外部电晕干扰信号，并利用滤波、放大后的外部电晕干扰信号将滤波、放大后的GIS内部特高频局部放电信号所包含的外部电晕千扰信号消除，也就是说，干扰消除单元通过接收采集GIS内部特高频局部放电信号和外部电晕千扰信号，采用Q-4统计图进行诊断，Q-4统计图是描述一段时间内幅值与相位的关系，一般情况下x轴表示相位，y轴表示信号的幅值。图谱将一个工频周期360°等分为若干个相位窗，每个相位窗内的最大放电量Vs为放电最大幅值，瞬时放电最大值Vs为第S个检测周期在相位窗放电量。将Vs视为相位（巾）函数，并以柱状图表示，可以做出Q-巾统计图。Q-ci统计图反映的是最大放电幅值随相位分布的特征。利用Q-巾统计图关系，将GIS内部特高频局部放电信号内部放的外部电晕干扰信号消除，从而可以保证数据采集的准确性;而AD转换器用于将消除外部电晕干扰信号后的GIS内部局部放电信号转换为数字信号，转换后的数字信号由数字信号输出端输出至数据传输模块。[0027]最后，数据传输模块则将其所接收的数字信号传输至后台数据分析系统，由后台数据分析系统对相关的疏竣进行分析，从而可以及时地发现GIS内部存在的安全隐患，保证电网的安全运行。当然，需要说明的是后台数据分析系统并不是本装置的组成部分。[0028]由上述分析可知，通过使用本实施例提供的GIS局部放电数据采集装置能够实时、准确地采集GIS局部放电数据，并实时地将数据传输至后台数据分析系统中，通过分析GIS局部放电检测数据，能够发现GIS内部存在的安全隐患，保证电网的安全运行。[0029]作为本实施例的一种优选，上述的GIS内部局部放电信号通道调理单元设置有三个，分别为CHI、CH2、CH3;外部电晕干扰信号通道调理单元设置有一个为CH4，一般GIS是三相一体的，三个GIS内部局部放电信号通道调理单元分别能监测A相，B相，C相，三个通道监测范围能够覆盖整个GIS装置，其余一个通道监测外部干扰，四通道监测是GIS局放监测最优的配置。[0030]作为本实施例的另一种优选，上述的GIS内部局部放电信号通道调理单和外部电晕干扰信号通道调理单元的放大倍数为10000倍，滤波频带为100MHZ-3000MHZ。这样能够有效的发现微弱的局部放电信号，提高系统的灵敏度。[0031]具体地，在本实施例中，如图3所示，上述的GIS内部局部放电信号通道调理单和外部电晕干扰信号通道调理单元均包括电容〇4、06、09，电阻1?5、1?7、1«、1?4、1?16、1?100、1?10以及第一放大器和第二放大器;其中，电容C4的输入端为信号输入端，输出端分别和电阻R5和R7的一端以及第一放大器的正极相连接，电阻R7的另一端接地;电阻R3的一端接地，另一端和第一放大器的负极以及电阻R4的一端相连接，第一放大器的输出端分别和电容C6的一端以及电阻R4的另一端相连接，电容C6的另一端和电阻R16的一端相连接，电阻R16的另一端和电容C9的一端、电阻R100的一端以及第二放大器的正极相连接，电容C9的另一端以及电阻R100的另一端分别接地，第二放大器的负极和电阻R10的一端相连接，电阻R10的另一端接地，以实现对信号进行滤波放大。[0032]上述的电容C4、C6、C9均采用无感电容，以使得滤波参数更加准确，电阻R5、R7、R3、尺4、1?16、1?100、1?10均采用绕行电阻，绕行电阻具有精度高，温度系数好等特性，第一放大器和弟一•放大器采用特尚频、低卩呆首、尚增益的芯片，以保证测量7[目号灵敏度尚，动态范围大。[0033]在一个具体的实施例中，该数据传输模块采用标准协议，通过TCPIP以太网将数子佶亏湔主庙H双据分析系统。[0034]上述的机箱外壳采用铝合金材质，能够防止外力的冲击，并具备很好的电磁兼容特性。[0035]上述的数据传输模块采用以太网数据传输芯片，传输速率为1000MHz，以提高数据的传输速度。[0036]上述的AD转换器采用芯片为宽频、高采样率芯片，从而保证可检测信号频带达到100MHz-2000MHz，高采样率保证特高频信号峰值有效检出，测量特高频信号稳定。[0037]上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种GIS局部放电数据采集装置，其特征在于，包括机箱外壳，安装于机箱外壳内的通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块以及供电模块;其中，供电模块分别和通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块相连接，以为通道调理模块、数据采集模块、数据传输模块提供工作电压；通道调理模块包括结构相同的GIS内部局部放电信号通道调理单元和外部电晕干扰信号通道调理单元;GIS内部局部放电信号通道调理单元用于接收GIS内部局部放电信号并对GIS内部局部放电信号进行滤波、放大，滤波、放大后的GIS内部局部放电信号传输至数据采集模块;外部电晕干扰信号通道调理单元用于接收影响GIS局部放电测量的外部电晕干扰信号并对外部电晕干扰信号进行滤波、放大，滤波、放大后的外部电晕干扰信号传输至数据米集t旲块；数据采集模块包括干扰消除单元、AD转换器以及数字信号输出端;其中，干扰消除单元用于接收滤波、放大后的GIS内部局部放电信号和滤波、放大后的外部电晕干扰信号，并利用滤波、放大后的外部电晕干扰信号将滤波、放大后的GIS内部局部放电信号所包含的外部电晕千扰信号消除;AD转换器用于将消除外部电晕干扰信号后的GIS内部局部放电信号转换为数字信号，转换后的数字信号由数字信号输出端输出至数据传输模块；数据传输模块用于将其所接收的数字信号传输至后台数据分析系统。2.如权利要求1所述的GIS局部放电数据采集装置，其特征在于，所述GIS内部局部放电信号通道调理单元设置有三个，外部电晕干扰信号通道调理单元设置有一个。3.如权利要求1或2所述的GIS局部放电数据采集装置，其特征在于，所述GIS内部局部放电信号通道调理单元和外部电晕干扰信号通道调理单元的放大倍数均为10000倍，滤波频带均为1〇〇MHz-3000MHz。4.如权利要求3所述的GIS局部放电数据采集装置，其特征在于，所述GIS内部局部放电信号通道调理单和外部电晕干扰信号通道调理单元均包括电容〇4、06、09，电阻1?5、1?7、1?3、1?4、1?16、1?100、1?10以及第一放大器和第二放大器;其中，电容04的输入端为信号输入端，输出端分别和电阻R5和R7的一端以及第一放大器的正极相连接，电阻R7的另一端接地；电阻R3的一端接地，另一端和第一放大器的负极以及电阻R4的一端相连接，第一放大器的输出端分别和电容C6的一端以及电阻R4的另一端相连接，电容C6的另一端和电阻R16的一端相连接，电阻R16的另一端和电容C9的一端、电阻R100的一端以及第二放大器的正极相连接，电容C9的另一端以及电阻R100的另一端分别接地，第二放大器的负极和电阻R10的一端相连接，电阻R10的另一端接地。5.如权利要求4所述的GIS局部放电数据采集装置，其特征在于，所述电容C4、C6、C9均采用无感电容，电阻1?5、1?7、1?3、1?4、1?16、1?100、1?10均采用绕行电阻，第一放大器和第二放大器。6.如权利要求1所述的GIS局部放电数据采集装置，其特征在于，所述数据传输模块采用标准协议，通过TCPIP以太网将数字信号输至后台数据分析系统。7.如权利要求1所述的GIS局部放电数据采集装置，其特征在于，所述机箱外壳采用铝合金材质。8.如权利要求1或6所述的GIS局部放电数据采集装置，其特征在于，所述数据传输模块采用以太网数据传输芯片，传输速率为1000MHz。

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