1. 概述
隨著社會的發展，電能已成為人們生活中的一項資源，關系著國民經濟和社會的發展，在社會工業化進程中起著的作用。作為電網中重要的一次變電設備，環網柜在電力系統的發電、輸電以及電能的轉換都具有重要的控制和保護作用。
但是，在環網柜運行過程中，不可避免地受到電、熱、機械和環境等各種因素的影響，絕緣介質不斷劣化，導致運行狀態不佳，甚至發生各種故障，引起局部乃至大面積停電，造成巨大的直接或間接經濟損失。因此，對環網柜進行運行狀態監測便成了一項不容忽視的工作。
2. 裝置綜述
2.1裝置結構介紹
本裝置利用暫態地電壓和超聲波二合一傳感器進行信號耦合，并通過信號線傳輸至局放數據處理終端，進一步通過RS485等方式將數據上傳至數據管理傳輸單元，數據管理傳輸單元可通過無線通訊方式將數據上傳至云服務器，對監測數據實現遠程訪問。傳感器采用局放傳感器（超聲波+暫態低電壓二合一），安裝于環網柜機構室和電纜室之間。
整體結構圖如下所示：
圖1 整體結構圖
說明：
1、在線局放監測裝置僅為圖中框線內的部分，包括局放主機和傳感器兩個部分；
2、一個主機可以連接1~8個傳感器，如需8個以上監測點需要再增加主機；
3、主機通過485協議向數據傳輸單元報告實時監測結果。
2.2 檢測方法簡介
當環網柜由于絕緣故障而產生局部放電(局放)時，局部放電過程中往往伴隨有脈沖電流、電磁波、超聲波、光、臭氧、熱等物理或化學現象以及相應的過程，局部放電監測技術有超聲波法、TEV法、特高頻法、化學檢測法等。
本系統將超聲波、TEV作為主要的局部放電監測指標。
超聲波法用超聲波傳感器接收局放發出的超聲波信號作為局放判斷的依據，檢測頻帶通常為20kHz～200kHz。在環網柜內部發生局部放電時，就會產生沖擊波，檢測這種沖擊波可以發現早期內部絕緣缺陷的異常。這種沖擊波具有廣泛的頻率范圍，為了減少現場噪聲的干擾而利用超聲波范圍的聲進行局部放電檢測。超聲波法的優點是以超聲為監測信號，避開了局放監測現場的各種電磁干擾，因而得到了廣泛的應用。現在，超聲波法已經成為局放檢測的重要方法。
TEV法是一種新的局放檢測方法，更多的應用于高壓開關設備的局放檢測。暫態地電壓的產生是：環網柜發生局部放電時，產生的電磁波由放電點向四周傳播。由于環網柜的柜體金屬不是連續的，無法屏蔽電磁波。這些電磁波通過環網柜的縫隙、電纜絕緣終端等金屬非連續部位傳播到環網柜金屬屏蔽殼外。當電磁波到達金屬殼的外表面時，金屬殼外表面產生一個短暫的對地電壓。暫態地電壓上升時間只有幾個納秒，并且很快就消失。在實際應用時，將TEV傳感器置于環網柜內壁，檢測頻帶在3MHz～100MHz范圍內。TEV法對內部放電具有較高的靈敏度。
3.產品功能
? 裝置綜合超聲波、TEV檢測方法能及時發現環網柜的絕緣缺陷，適用于10kV及以上電壓等級環網柜的局部放電在線監測。
? 裝置具備診斷分析和放電源定位功能：能實時分析并顯示各個監測點局部放電幅值【一秒內測到的所有放電脈沖中放電脈沖對應的峰值】（放電量）、頻次、峰值、均值、噪聲水平、脈沖周期數數據以及確定放電點相對位置，必要時給出報警，及早發現絕緣缺陷并進行預警、密集跟蹤監測和趨勢分析，對于瞬發故障進行錄波，并為評估其絕緣水平及老化程度提供判據，為環網柜的檢修工作提供依據。
? 裝置具備24h全程監測局放活動及趨勢功能，通過局放軟件可實現對數據采集間隔時間自行設置。
? 裝置具備就地數字化功能：采集裝置可對局放信號進行就地數字化，極大程度上簡化了數據處理，保證數據傳輸的準確性。
? 系統故障告警功能，包括報警閥值設置、告警指示等，一定程度上避免事故的發生。
? 裝置具備自檢、數據存儲、測試信息管理功能。
4.產品性能
? 裝置采用模擬濾波、脈沖分組、周期脈沖剔除、設置動態閾值等綜合抗干擾措施，使測試數據真實可靠。
? 裝置采用脈沖識別、噪聲自主學習、50/100Hz相關性、特征聚類、頻率特征分析、報警等多種智能數據處理算法，使測試數據真實可靠。
? 系統采用特殊的異常處理學習算法，可以智能忽略一些異常干擾，確保報警信息準確可靠。
? 局放傳感器與數據處理終端設置專用的可插拔頭，采用抗干擾能力強的專用導線。
? 裝置使用壽命不少于8年。
5.產品硬件說明
環網柜局部放電在線監測裝置包括采用模塊化設計的局放傳感器和局放數據處理終端，局放傳感器可有效監測超聲波與暫態地電壓信號，為二合一一體化裝配，在環網柜二次室配置局放數據處理終端，環網柜機構室和電纜室之間安裝局放傳感器能準確反應環網柜內的局部放電情況。
5.1局放數據處理終端
局放數據處理終端能對各測量點的局部放電信號進行采樣，每次采樣長度大于50個工頻周期，最短監測周期不大于1小時，監測周期可調；采用嵌入式高性能處理器，在保證高速采樣的同時，大幅降低了裝置功耗。
圖2 局放數據處理終端
技術指標：
序號 | 項目 | 指標 |
1 | 電源 | DC24-48V |
2 | 通訊接口 | RS485 |
3 | 數據上傳通信協議 | 滿足電房智能網關之間的通信和接口協議要求 |
4 | 采集間隔 | 5s，可配置 |
5 | 暫態地電壓傳感器 檢測頻帶范圍 | 3MHz～100MHz |
6 | 超聲波傳感器 檢測頻帶范圍 | 20kHz～60kHz |
7 | 傳感器通道數量 | 4/8 |
8 | 使用壽命 | ≥8年 |
9 | 尺寸 | 103*88*38(mm) |
10 | 安裝位置 | 環網柜二次室內 |
11 | 環境溫度 | -40℃～+80℃ |
12 | 海拔高度 | ≤4500m |
局放監測主機安裝與環網柜二次室內，通過同軸電纜線和傳感器相連，主機安裝尺寸至少為：150mm*90mm*40mm 。
5.2局放傳感器（超聲波+暫態地電壓二合一）
局放傳感器為超聲波、暫態地電壓二合一一體化設計，可監測環網柜內超聲波及暫態地電壓信號，安裝于環網柜機構室和電纜室之間。
圖3 局放傳感器
性能參數：
序號 | 項目 | 指標 | |
1 | 適用范圍 | 環網柜 | |
2 | 傳感器類型 | 超聲波傳感器、暫態地電壓傳感器 | |
3 | 超聲波傳感器 | 靈敏度 | 峰值靈敏度不少于60dB（V/（m/s） |
檢測頻帶 | 20kHz～60kHz | ||
測量范圍 | 0dBμV～60dBμV | ||
線性度誤差 | ±20% | ||
4 | 暫態地電壓傳感器 | 檢測頻帶 | 3MHz～100MHz |
測量范圍 | 0dBmV～60dBmV | ||
分辨率 | 1dB | ||
脈沖計數 | 脈沖計數誤差不大于±10% | ||
5 | 線性度誤差 | ±20% | |
6 | 穩定度誤差 | 裝置連續工作1小時后，注入恒定幅值的脈沖信號時，其響應值的變化不應超過±20%。 | |
7 | 使用壽命 | ≥8年 | |
8 | 尺寸 | 38*38*28(mm) | |
9 | 安裝位置 | 環網柜機構室和電纜室之間 （離電纜頭的最少安全距離不少于70mm，能有效檢測電纜室內局部放電數據） | |
10 | 安裝方式 | 磁吸式安裝 | |
6、安裝說明
6.1主機安裝
可以通過兩側的開孔直接安裝在計量柜內。
如果要安裝在電器導軌上，可以通過安裝兩個導軌卡扣方式進線安裝。
6.2傳感器安裝
傳感器一般安裝在開關柜的一個帶門的觀察窗口內，窗口下部開孔便于超聲波信號探測，窗口和安裝支架均為金屬導體，并和外殼連接。
以上安裝方式便于傳感器的檢修與更換。也可以簡單地將傳感器吸附在柜體內壁，但這樣不便于檢修。
