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用于识别在电运行机构中的部分放电的方法和装置

阅读:1038发布:2020-05-11

专利汇可以提供用于识别在电运行机构中的部分放电的方法和装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于识别在电运行机构中的部分放电(33)的方法(1)和装置,其中·借助于 传感器 装置(9-14)检测电磁脉冲(2-5),·借助于 滤波器 装置从所述电磁脉冲的 频谱 中选择窄的频带(7),并且·借助于 放大器 装置分别放大所述窄的频带,并且·借助于评估装置将包含在所述窄的频带中的 信号 与幅值的 阈值 (41)比较,其中在超过所述阈值(41)时识别到部分放电(33)。,下面是用于识别在电运行机构中的部分放电的方法和装置专利的具体信息内容。

1.一种用于识别在电运行机构中的部分放电(33)的方法(1),其中借助于传感器装置(9-14)检测电磁脉冲(2-5),
其特征在于,
借助于滤波器装置从所述电磁脉冲的频谱中选择窄的频带(7),并且
借助于放大器装置分别放大所述窄的频带,并且
借助于评估装置将包含在所述窄的频带中的信号与幅值(A)的阈值(41)比较,其中在超过所述阈值(41)时识别到部分放电(33)。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
借助于触发器输出端将所识别的部分放电(3)的信号转换为数字信号(42)。
3.根据权利要求1或2所述的方法(1),其特征在于,使用施密特触发器作为触发器输出端。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1),其特征在于,使用采样保持单元来延长所述信号(43)的持续时间。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1),其特征在于,对于所述传感器装置、所述滤波器装置、所述放大器装置、所述触发器输出端、所述采样保持单元和所述评估装置分别使用模拟电路。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1),其特征在于,检测在直至2GHz的频率范围中的电磁信号,并且对于所述窄的频带而言使用至多200MHz的频率宽度。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1),其特征在于,对于所述运行机构而言使用气体绝缘的电开关设备。
8.一种用于识别在电运行机构中的部分放电(33)的装置,具有:
传感器装置(9-14),所述传感器装置用于检测电磁信号,
其特征在于,
设有滤波器装置,所述滤波器装置构成用于,从所述电磁信号的频谱中选择窄的频带(7),和
设有放大器装置,所述放大器装置构成用于,分别放大所述窄的频带(7),和设有评估装置(7),所述评估装置构成用于,将包含在所述窄的频带(7)中的信号与幅值的阈值(41)比较,其中在超过所述阈值(41)时识别到部分放电(33)。
9.根据权利要求8中所述的装置,其特征在于,设有触发器输出端,所述触发器输出端构成用于将部分放电转换为数字信号(42)。
10.根据权利要求8或9所述的装置,其特征在于,所述装置具有施密特触发器作为触发器输出端。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置,其特征在于,设有采样保持单元,用于延长所述信号(43)的持续时间。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置,其特征在于,所述传感器装置、所述滤波器装置、所述放大器装置、所述触发器输出端、所述采样保持单元和所述评估装置分别构成为模拟电路。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的装置,其特征在于,所述电磁信号具有直至
2GHz的频率范围,并且所述窄的频带具有至多200MHz的频率宽度。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的装置,其特征在于,所述运行机构具有气体绝缘的电开关设备。

说明书全文

用于识别在电运行机构中的部分放电的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法以及一种根据权利要求8的前序部分所述的装置。

背景技术

[0002] 气体绝缘的开关设备可从西子股份公司的2011年的订货号为E50001-G620-A122-V1的产品手册“气体绝缘的开关设备,系列8DN8,最高170kV,63kA,4000A”中已知。在气体绝缘的开关设备(GIS)的状态监控中,主要关注在于部分放电(TE)的识别,因为该部分放电在大多数故障场景下都会出现。选择的手段是借助于测量在每次TE时在GIS中传播的电磁波来探测TE。这些电磁波通常在超高频范围(UHF范围)中被检测到,所述超高频范围位于频谱中的几百MHz到数GHz之间。
[0003] 在TE的情况下,针对每个正弦波(电网电压例如为50Hz)通常多次地出现电磁脉冲。这些脉冲是宽带的,但是受GIS构型所决定,在一些频率范围内与在其他频率范围内中相比所述脉冲衰减得更多。因此,对于不同类型的GIS,用于检测TE的理想的频率范围发生变化。用于状态监控的方法必须可靠地检测TE并从而必须足够灵敏以能够检测待监控的GIS的电磁脉冲。为了保证这一点,系统在启动时借助于所谓的校准器设定。校准器例如能够提供电磁参考脉冲,以便校准用于检测部分放电的方法或相应的装置。
[0004] UHF-TE-监控系统的典型设置包括滤波器部件、信号放大器模数转换器,它们能够快速且精确地产生12比特信号。此外,根据所谓的励磁涌流(Point-on-Wave)分析方法执行干扰信号滤波和故障原因识别。附加地,需要数据存储、可视化和通信协议。作为基础硬件软件部分地针对每个区被使用高达六次。这是因为例如在具有单相封装的GIS的三相实施方案中,对于每个相,在功率开关的上游和下游分别需要用于TE的测量装置。迄今的方法途径的结果是复杂且昂贵的系统,所述系统对于技术专家而言允许直接分析故障原因和故障严重性。
[0005] 例如,用于GIS的数字状态监控系统以出自西门子股份公司2012年订单号:IC1000-G240-A100-X-4A00的产品手册“Assetguard开关柜状态监控–用于HS开关设备的集成变电站状态监控 ”中的商品名“Assetguard PDM”已知。从Rolf Kurrer于
19 97年 在斯图 加 特大 学的 动传 输与 高压 工程研 究所 发表的 论 文“Teilentladungsmessung im Gigahertz-Frequenzbereich an SF6-isolierten Schaltanlagen”(ISBN 3-8265-2211-7)中已知用于评估用于识别GIS中的部分放电的UHF信号的方法。
[0006] 其它迄今已知的方法途径使用关于在部分放电时所产生的噪声的声学监控或者分析在绝缘气体中的化学改变,所述化学改变在部分放电时出现。

发明内容

[0007] 以迄今已知的用于借助于UHF评估识别在电运行机构中的部分放电的方法为出发点,本发明的目的是,提出一种方法,所述方法是相对简单且低成本的。
[0008] 本发明通过根据权利要求1的方法实现所述目的。
[0009] 本发明的一个优点是,TE的电磁脉冲被窄带滤波,被放大并且与可设定的参考电压比较。这种简化的方法能够借助于模拟电路转化实现,这与迄今使用的数字系统相比明显成本更低廉和更可靠。此外,有利的是,对窄带信号的评估与对迄今在现有技术中所常见的宽带的UHF信号的分析相比明显更简单可行。
[0010] 因为根据本发明的方法仅设计为表示存在部分放电的纯指示器,所以如果并不识别每个TE脉冲,那么这是可以接受的。在GIS中存在故障时出现显著的TE脉冲,例如每50Hz出现多次。因此,在可接受的例如一秒的时间内足以识别部分放电。在安装时例如能够对系统进行校准,使得避免错误警报。例如能够进行简单的单点校准,这能够相对低成本且快速地执行。
[0011] 也就是说,与迄今的方法相反,纯定量地确定部分放电,并且作为关于存在部分放电的是/否信息输出。代替如先前那样对信号进行宽带处理,根据本发明使用窄带滤波器。该窄带滤波器以简单的方式实现相对好的干扰抑制。不需要借助于数字信号处理器对信号进行快速且精确的模数转换和评估。
[0012] 在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中,用于接收电磁信号的内部和/或外部天线用作为传感器装置。内部和外部接收的UHF信号分别以相同的、根据本发明的方式进行评估。如果借助于内部天线识别到的TE信号也出现在相关联的外部天线的所接收的UHF信号中,那么这是从外部作用的干扰而不是在GIS中出现的TE。因此,这种被识别为外部的干扰作用的信号不会被评判为部分放电并且在进一步的评估中不被考虑。
[0013] 在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中,借助于触发器输出端将所识别到的部分放电的信号转换成数字信号。预先将参考电压设定为,使得在馈入参考脉冲时可靠地切换电子触发器。这是有利的,因为进一步简化了信号的复杂性。数字信号表示:在识别到部分放电时例如输出具有预设的平的电压而在未识别到部分放电时不输出电压
[0014] 在根据本发明的方法一个优选的实施方式中,使用施密特触发器作为触发器输出端。这是有利的,因为所谓的施密特触发器在模拟电路技术中经受长期检验并且是广泛应用的。
[0015] 在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中,使用采样保持单元来延长数字信号的持续时间。连接在下游的采样保持单元延长所探测的脉冲的持续时间,使得例如能够使用机械的开关元件来显示TE活动。
[0016] 在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中,对于传感器装置、滤波器装置、放大器装置、触发器输出端、采样保持元件和评估装置分别使用模拟电路。这是有利的,因为模拟电路特别低成本且耐用的。
[0017] 在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中,检测在直至2GHz的频率范围中的电磁脉冲并且对于窄频带使用至多200MHz的频率宽度。
[0018] 此外,从迄今已知的用于借助于UHF评估来识别在电运行机构中的部分放电的装置为出发点,本发明的目的是,提出一种装置,所述装置可相对简单且低成本地用于监控GIS。
[0019] 本发明通过根据权利要求8的装置来实现该目的。优选的实施方式从从属权利要求9至14中得出。在此,对于根据本发明的装置和其实施方式类似地产生如一开始针对根据本发明的方法所阐述的相同的优点。附图说明
[0020] 为了更好地阐述本发明在示意性视图中示出:
[0021] 图1示出在GIS中部分放电的分布的实例,和
[0022] 图2示出根据本发明的方法的一个实施例,和
[0023] 图3示出在GIS中使用内部的和外部的天线的第一实施例,和
[0024] 图4示出在GIS中使用内部的和外部的天线的第二实施例,和
[0025] 图5示出在GIS中使用内部的和外部的天线的第三实施例,和
[0026] 图6示出在GIS中使用内部的和外部的天线的第四实施例。

具体实施方式

[0027] 图1示出在气体绝缘的电气开关设备中部分放电的分布的实例。幅值绘制在z轴上,相位 绘制在x轴上并且以秒为单位的时间绘制在y轴上。该图示出,在真实的气体绝缘的开关设备中,部分放电在特定的相角中常常出现。这向本领域技术人员提供了如下指示:在气体绝缘的电气设备的哪个部分处出现内部的部分放电。通常,如果在开关设备中存在故障,那么在GIS中每小时多次地出现部分放电。在现代的GIS中,尽管存在相对紧凑的、具有较小的绝缘间距的构造方式,但在正常运行时不应出现部分放电。
[0028] 图2示出根据本发明的方法1的一个实施例。示出各个方法步骤,其中在向上取向的轴上相应通过字母A表示幅值。在该图中从左上开始,在毫秒范围内出现四个电磁脉冲2、3、4、5。例如,借助于GIS中的传感器或内部的天线测量脉冲2、3、4、5。
[0029] 在下一个步骤中示出在频率范围中的这些脉冲中的单脉冲5。可以看到,脉冲5带宽非常宽,也就是说,在大的频谱上存在。
[0030] 在第三图中从左侧可以看到,出自之前的图中的存在的单脉冲5经历了衰减。受构型所决定,衰减因气体绝缘的开关设备和所用的接收电磁脉冲的天线(或传感器)产生。在所示出的实例中,基本上因气体绝缘的开关设备和天线的构型衰减在极低GHz范围和在1GHz以上的范围内的频率。然而,在几百MHz的范围中,存在具有大的幅值和仅低的衰减的信号,这示意性地通过半圆弧6表明。在小衰减的区域6中,使用窄带滤波器7。窄带滤波器7隔离电磁脉冲5的频率分量以用于进一步分析。通常,将窄带滤波器的频率宽度设置为小于
300MHz,优选小于200MHz和更优选小于100MHz。
[0031] 第四图从左侧起在第一排中示出,四个起始的脉冲2、3、4、5在窄带滤波之后以按照时间绘制的方式以明显降低的幅值存在。
[0032] 下一步骤在步骤中第二行中最左地示出。信号2、3、4、5被放大,并在下一步骤中将左边的第二图与幅值A的阈值4’比较。这表明,仅信号3超过幅值A的阈值4’。该信号3在下一步骤中被输送给的触发器输出端。通过触发器输出端从信号转换为二进制信号,即0/1或是/否信息7,其表明:是已经存在部分放电还是不存在。也就是说,在根据本发明的方法不像在迄今用于识别部分放电的方法中那样进行耗费的模式识别
[0033] 在最后的步骤中,即在第二排从左起第四图中,借助于采样保持单元将信号43的输出持续时间扩展到秒范围。这实现借助于简单的机械的或者电子的显示装置的显示。
[0034] 因此,通过使用窄带滤波器达到在滤波后可能的信号强度与尽可能多的干扰的滤除之间的折衷。例如如果检测到所有在GIS中出现的部分放电中的一部分,即例如3-5%的部分放电,那么从其中通过根据本发明的方法在滤波之后仍然能够识别和显示半数的部分放电。然而,这对于在真实条件下的使用没有问题,因为根据本发明的方法的简单且低成本的途径识别周期性一直重复的部分放电并将该信息显示给本领域技术人员或维护人员。
[0035] 图3示出在气体绝缘的开关设备中使用内部和外部的天线的第一实施例。使用了六个内部天线9-14。此外,使用一个外部天线16,以便检测从外部作用的电磁辐射并且用于评估和识别干扰。内部的天线9-14位于气体绝缘的开关设备内部。所有天线9-14、16经由线路15与评估装置17连接。在评估装置17中,针对天线9-14、16中的每个天线执行根据本发明的方法1,其中对于天线9-14、16的所接收到的信号分别产生关于是已存在还是不存在部分放电的二进制信息。指示有内部的部分放电的信号的存在分别绘制在时域中和在相关的内部天线9-14或外部天线16下方。
[0036] 这表明,内部天线10、11、12以及外部天线16同时捕获可能是部分放电的信号20、23、25、27。然而,由于该信号不仅在内部被捕获而且也经由外部天线16被捕获,所以该信号并不评价为部分放电而是评价为外部干扰源31。在之后的时间点,内部天线11、13检测到信号26、29。然而,同时外部天线16同样检测到信号21。因此,该信号也与外部干扰源32相关联而不与部分放电相关联。以相同的方式,从信号22、24、30中产生另一外部干扰源34。这种外部干扰源例如能够是手机信号,其在相邻的GHz频率范围内发出无线电信号
[0037] 然而,在所检测的时间段内,存在已由内部天线12检测到的信号28。在任何其他内部或外部天线中都不存在该信号。因此,该信号28被记录为部分放电33并且显示给用户。该实例说明,借助于根据本发明的方法仅能够确定关于是否存在部分放电的二进制信息。不进行更精确的模式识别,专家借助于所述模式识别能够识别关于部分放电原因的其他细节。这大体上实现,借助于根据本发明的装置,能够提供对气体绝缘的开关设备进行便宜多达50%的监控。迄今的对于气体绝缘的开关设备的例如13个区具有多达100个通道的系统的市场价格在250000至300000欧元之间。通过省去数字硬件和信号处理部件以及耗费的布线和内置的PC,能够明显更低成本地供应此处介绍的简化方法或系统。
[0038] 图4示出在气体绝缘的开关设备中使用内部和外部天线9-14、16的第二实施例。在该实施例中,相对于根据图3的实施例,设有用于分析部分放电细节的模式识别装置40。内部天线中的每一个都附加地获得端子41-46,该端子41-46经由开关与内部天线9-14连接。在所示出的实例中,天线9、11、12、13、14分别在模式识别装置40中连接为,使得借助于简化的根据本发明的方法1进行评估。仅内部天线11经由其端子42与模式识别装置40连接。以这种方式,例如能够借助于模式识别装置40更准确地分析在天线11中所识别到的内部的部分放电,以便辨识故障原因。这例如能够进行为,使得首先借助于简化的方法1评估所有内部天线。通过与外部天线的比较,如开始所阐述的那样产生二进制信号,所述二进制信号被辨识为部分放电或被辨识为外部干扰源。如果此时例如在天线11中记录到部分放电,那么天线11能够经由端子42连接到模式识别装置40上,以便使周期性地之后出现的部分放电经受更精确的分析。这种途径是非常低成本的,因为布线耗费最小化并且例如利用所谓的励磁涌流法(Point-on-Wave Verfharen),对于在计算方面耗费的模式识别所需的硬件仅设置一次。
[0039] 图5示出在气体绝缘的开关设备中使用内部和外部天线9-14、16的第三实施例。然而,不同于先前的实例,在此优选另一构造方式来最小化因所使用的电缆15所引起的干扰影响和信号衰减。内部天线9-14被加装为,使得能够将根据本发明的方法1直接安装到内部天线的接线盒中或其处。
[0040] 图6示出在气体绝缘的开关设备中使用内部和外部天线的第四实施例。在该实例中,如在根据图5中的实施例中那样,进行在内部天线9-14中所接收到的电磁波的二进制评估。但是,内部天线9-14现在同样具有如在图4中的开关装置,使得能够接通模式识别装置40。在该实例中,内部天线11与模式识别装置40连接。以这种方式,即使当直接在内部天线的接线盒内使用根据本发明的方法时,也能够精确评估和分析部分放电的故障原因。
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