一．在线监测系统简介

1.1 系统概述

开关柜在线监测系统是本公司针对国家电网《电力设备带电检测技术规范》、《变电设备在线监测装置通用技术规范》等相关带电检测技术要求研发的产品。系统采用非接触式超声波、暂态地电波、特高频局部放电检测技术，适用于金属封闭式成套开关柜产品的局放信号实时监护和异常报警，具有灵敏度高、抗干扰性能强、具备多种通讯方式等特点。

金属封闭式成套开关柜产品广泛应用于各厂矿企业，输变电站等，这些开关设备的安全可靠运行，决定了供电的可靠性和安全性，在供电系统中占有举足轻重的地位。由于电气设备在长期运行中必然存在电性能、热性能、化学性能以及异常状况下形成的绝缘劣化，导致电气绝缘强度降低，产生局部放电，进而发生故障，影响开关柜的使用寿命。

本系统旨在通过柜体外部布署智能无线局部放电传感器（非接触式超声波，TEV，温度（可选）），特高频智能无线传感器，配合无线数据采集终端，在线监测配电房开关柜运行过程中的局放信号，通过对一些测试阀值的设置，频谱分析，图谱显示，让用户能方便地判断是否设备存在局部放电，根据其中长期趋势，较早地发现潜在的故障隐患，将以往被动的检测方式变成主动的“防御”性监测，使得开关柜产品使用更加安全可靠，也为产品增加新的技术亮点。

系统示意图如下图所示：

图1.1 内置式开关柜局放在线监测系统示意图

如图 1 .1所示，系统主要由非接触式超声波（AA）、特高频(UHF)、暂态地电波（TEV）三合一前置传感器、高频局放传感器（HF）,信号采集单元，汇控柜，在线监测服务器（在线局部放电分析系统软件）构成。AA+UHF+TEV前端局放信号采集传感器通过磁吸方式安装在开关柜设备柜体壁上， HF局放传感器套接在开关柜的电缆接地引下线处，两者感应各频段的局部放电信号，通过射频信号线传输到采集单元，采集单元具有信号滤波放大和模数转换功能，可对传感器耦合信号进行滤波降噪和放大，以达到 AD 转换的量程范围内，局部放电采集单元采用 125MS/s 采样率， 14 位分辨率，获得传感器耦合的放电信号，通过内置的信号同步单元和实际电压相位保持一致。多个采集单元可以采用汇控柜的形式集中在一起，方便安装和管理。

局部放电分析软件主机通过有线网络、光纤、或者4G网络可集中控制多个采集单元，接收各局部放电传感器返回的检测数据，实时显示和存储，根据各传感器测量到局部放电的放电量、背景噪声，放电脉冲数量，峰值相位等，根据局部放电的波形统计特征，与专家库中相应的参量进行比较，得出局部放电故障判别，进一步判断判别局部放电的危害程度。

1.2功能特点

开关柜局部放电在线监测系统适用于10KV 及以上电压等级的电缆以及开关柜局部放电在线监测。能实时监测放电量，放电相位，放电次数等基本局部放电参数；计算出各开关柜及电缆段局部放电幅值、频次；经多次采集后，从数据库提取数据进行谱图分析和数据报表以确定放电点相对位置，必要时给出报警。并可按照客户要求，提供有关参数的统计量。能存储测试谱图、放电趋势，从而及时发现电缆及接头的绝缘缺陷，并为评估其绝缘水平及老化程度提供判据，为电缆的检修工作提供依据。

分布式布局，扩展性强

监测终端网络化布局，在原有布局基础上加入或者撤掉终端时，系统无需额外设置，自动进行识别和配置。

实时监测

系统记录各监测节点的实时数据，监测周期可以灵活设置。

高灵敏度

最小可检测5PC的放电信号。

及时预警

当某节点监测到异常局放量时，将快速反馈给监测服务器，服务器软件记录必要信息，发出警报。

抗冲击

可承受600KV的闪络冲击，终端设备不损坏、数据不丢失。

抗干扰

具备时域、频域信号分析技术，可有效分离干扰信号和局放信号，可有效避免仪器电源端的干扰。

边缘化计算

符合当前物联网终端设计理念，计算边缘化，数据就地处理，异地分析

断，数据再现回溯机制。

传输稳定

可以借助强大的移动网络，数据直接远传至服务器，传输性能可靠，网络延时小。

接入安全性好

系统的接入不影响开关柜的密封和绝缘性能，不影响设备的安全运行。

二．测量原理和硬件组成

2.1 测量原理

系统采用模块化设计方法，通过安装在开关柜柜体表面和缝隙处的TEV传感器和非接触式超声波传感器，来检测开关柜本体里的局部放电暂态地电波信号和超声波信号，检测到的信号经多个采集周期后，对模拟信号经过滤波、放大处理和模拟数字转换后变成数字信号，再经过高阶数字滤波处理后由处理器经过无线信号传送至无线数据中继单元，再通过各种通讯接口传送至后台。

单元采集的每组局放数据，根据是否有时标信号或相位信号输入，分别标注相应的时刻参数。经算法处理后先本地存储，然后根据服务器端软件指令向服务器发送指定数据。既保证数据系统性，不遗漏诸如局放信号等特征信号，又不至于引起通信堵塞。

单元将系统所设置的每个测量周期内的局放信号峰值，有效值计算，加入时戳，传输给服务器软件。

非接触式超声检测

基于声发射原理（AA），通过非接触式超声传感器收集电力设备局部放电时发出的超声波信号。

电力设备在放电过程中会产生的声波的频谱很宽，从几十 Hz 到几 MHz，频率低于 20kHz 的信号能够被人耳听到，而高于这一频率的超声波信号必须用超声波传感器才能接收到。根据放电释放的能量与声能之间的关系，检测声信号的幅度、相位、频率、噪声等，以及与运行（施加）电压之间关系，可以有效反映开关柜等电力设备绝缘缺陷程度与位置。

非接触式超声波检测原理如下图所示：

高频局放检测

电缆内部局部放电产生的电流脉冲还可以激发出电磁波，包括中低频和HF段电磁波，然后根据接收的信号来分析局部放电的严重程度及其位置。该方法特别适合在电缆头位置处检测，电缆头是局放发生概率最高的位置，且HF信号更容易传出来被检测到，可定制合适的频带实现抗感扰的目的，也能对故障实现定位。

系统采用模块化设计方法，通过安装在电缆接头接地线上的脉冲电流传感器，来耦合电缆本体里的局部放电脉冲电流信号，耦合到的脉冲信号通过同轴电缆传送至智能无线数据采集终端，经多次采集后，对模拟信号经过滤波、放大处理和模拟数字转换后变成数字信号，再经过高阶数字滤波处理后由处理器经过无线信号发射单元传送至服务器。

特高频检测

当产生局部放电时，绝缘气体击穿过程和击穿时间很快，放电电流波形中的第一个波的宽度约为1ns，其频率成分丰富，对时域信号进行频谱分析，发现其中有的频率超过GHz。因此可以利用特高频传感器接收局部放电发出的特高频信号进行检测。由于现场的电晕干扰主要集中在 300MHz 频段以下，因此 UHF 法能有效地避开现场的电晕等干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等优点。

特高频检测原理如下所示：