用于遠(yuǎn)程監(jiān)視電氣設(shè)備中的局部放電的設(shè)備和方法
【專利摘要】用于遠(yuǎn)程監(jiān)視電氣設(shè)備(1)中的局部放電事件的設(shè)備(3a)，包括：用于對傳送電力到所述設(shè)備的一根或更多根導(dǎo)線(2)中的局部放電脈沖進(jìn)行探測的一個或更多個傳感器(5)。編程的計算機(10)分析測量到的脈沖并且對起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備與其它地方的脈沖進(jìn)行區(qū)分。通過分析脈沖形狀以及通過將脈沖與傳感器附近測量到的局部放電事件進(jìn)行比較，來實現(xiàn)該區(qū)分。該設(shè)備使得在不必安裝傳感器到設(shè)備本身的情況下，能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備中的局部放電事件進(jìn)行監(jiān)視。
【專利說明】用于遠(yuǎn)程監(jiān)視電氣設(shè)備中的局部放電的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于遠(yuǎn)程監(jiān)視電氣設(shè)備中的局部放電的設(shè)備和方法。本發(fā)明也涉及包括這樣的設(shè)備的設(shè)施。
【背景技術(shù)】
[0002]局部放電是由高電壓應(yīng)力下電絕緣材料的局部化電擊穿導(dǎo)致的。探測和測量局部放電事件是識別電氣設(shè)備中的潛在電擊穿和其它早期故障的有用途徑。
[0003]探測局部放電事件的現(xiàn)有方法包括在正在被監(jiān)視的設(shè)備上使用傳感器以探測由局部放電事件所引起的電脈沖。合適的傳感器包括耦合電容器和電感式高頻大電流變換器。瞬時地電壓探測器已被用來感測開關(guān)裝置的金屬外殼中的間隙處的電磁場，從而探測該開關(guān)裝置中的局部放電事件。
[0004]在各種情況下，必須將傳感器放置在被監(jiān)視的設(shè)備附近以探測起源于該設(shè)備的放電事件。
[0005]通常，電機工作在偏僻且危險的環(huán)境中。例如，在油氣設(shè)施中，其中用來驅(qū)動泵和壓縮機的電機被安置得遠(yuǎn)離控制該電機的開關(guān)裝置，以及可能被安置在爆炸危險環(huán)境中。監(jiān)視多個遠(yuǎn)程位置處的電氣設(shè)備包括在每件設(shè)備上安裝合適的傳感器以及進(jìn)行設(shè)置以便將傳感器輸出中繼到方便監(jiān)視點。當(dāng)該設(shè)備在爆炸危險環(huán)境中時，其將受制于嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)并且任何相關(guān)的監(jiān)視設(shè)備也必須滿足該標(biāo)準(zhǔn)。這些要求很苛刻，因而通常忽略了對位于爆炸危險環(huán)境中的電氣設(shè)備的局部放電的監(jiān)視。
[0006]本發(fā)明的實施例的目的在于解決這些問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于遠(yuǎn)程監(jiān)視電氣設(shè)備中的局部放電事件的設(shè)備，包括:一個或更多個傳感器，其用于對傳送電力到所述設(shè)備的一根或更多根導(dǎo)線中的局部放電脈沖進(jìn)行探測，以及區(qū)分裝置，其被配置成分析脈沖形狀，以及根據(jù)所述脈沖形狀區(qū)分探測到的脈沖，以確定探測到的局部放電脈沖起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備還是起源于其它原因。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種監(jiān)視電氣設(shè)備中的局部放電事件的方法，該方法包括以下步驟:在遠(yuǎn)離所述設(shè)備的位置上，安裝用于對供給電力到所述設(shè)備的導(dǎo)線中的局部放電脈沖進(jìn)行探測的一個或更多個傳感器；探測所述局部放電脈沖；以及分析探測到的脈沖的形狀，以區(qū)分起源于所述設(shè)備的局部放電脈沖與起源于其它原因的脈沖。
[0009]因此，本發(fā)明使得電氣設(shè)備中的局部放電事件能夠被遠(yuǎn)程監(jiān)視而不必連接傳感器到該設(shè)備本身。因此，在某些實施例中，有可能從單個位置監(jiān)視若干個不同電氣設(shè)備，該單個位置通常為開關(guān)裝置，電力從開關(guān)裝置被分配到該設(shè)備。
[0010]所述或每個傳感器可能能夠探測具有低于IMHz的頻率的脈沖，在一個實施例中，頻率范圍為IOOKHz至IOOMHz。[0011]區(qū)分裝置可以包括:數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成從單獨的通道上的所述或每個傳感器接收數(shù)據(jù)，以及將所述數(shù)據(jù)數(shù)字化為跨越交變電流的至少一個周期的持續(xù)時間并且包括在所述持續(xù)時間內(nèi)來自所述或每個通道的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊，其中，所述交變電流在所述或每根電導(dǎo)線中被供給到所述設(shè)備。所述區(qū)分裝置可以被配置成掃描每個數(shù)據(jù)塊以探測局部放電脈沖，以及針對每個探測到的局部放電事件，存儲包括每個通道的輸出的數(shù)據(jù)段，所述數(shù)據(jù)段的持續(xù)時間被選擇為使得其足夠短從而在局部放電脈沖被探測到的通道中僅包括探測到的局部放電脈沖。
[0012]可以選擇所述數(shù)據(jù)段的持續(xù)時間至少為脈沖沿所述或每根導(dǎo)線在所述傳感器與所述正在被監(jiān)視的設(shè)備之間傳播并返回所花費的時間。這將確保脈沖的任何首次反射也能夠在該段內(nèi)被捕獲，因而不會在單獨的段中被捕獲并且被當(dāng)作另一事件。同一脈沖的后續(xù)反射的幅度將大為減小，因而不大可能觸發(fā)段捕獲，和/或區(qū)分裝置可通過預(yù)測后續(xù)反射到達(dá)的時間可以忽略這些后續(xù)反射。
[0013]該設(shè)備可以包括一個或更多個附加的局部放電傳感器，旨在探測不起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備的局部放電事件。這些一個或更多個附加的局部放電傳感器可以被配置成只探測不起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備的局部放電事件。通過比較所述或每個附加的傳感器與被配置成探測導(dǎo)線中的局部放電脈沖的傳感器的輸出，有可能在導(dǎo)線中識別出不起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備的探測到的脈沖。所述一個或更多個附加的傳感器可以包括地電壓傳感器。在這種情況下，所述區(qū)分裝置可以被配置成將所述或每個傳感器(其用于對傳送電力到該設(shè)備的一根或更多根導(dǎo)線中的局部放電脈沖進(jìn)行探測)與瞬時地電壓傳感器的輸出進(jìn)行比較，從而確定探測到的放電脈沖起源于所述正在被監(jiān)視的設(shè)備還是起源于其它原因。
[0014]特別地，區(qū)分裝置可以比較每個傳感器探測到事件的時間。當(dāng)在與由瞬時地電壓傳感器探測到放電事件的時間基本相同的時間在導(dǎo)線中探測到脈沖的情況下，該事件可以被分類為在瞬時地電壓傳感器附近。
[0015]該設(shè)備可以包括:兩個或多個傳感器，用于對傳送電力到正在被監(jiān)視的設(shè)備的兩根或更多根導(dǎo)線中的局部放電脈沖進(jìn)行探測，以及比較裝置，用于比較由傳感器做出的測量值，從而確定測量到的局部放電事件的原因。所述區(qū)分裝置可以被配置成比較由每個傳感器做出的測量值，從而確定測量到的局部放電事件的原因。當(dāng)一個局部放電事件被兩個或多個傳感器基本上同時測量到并且具有相似的幅度時，區(qū)分裝置可以將局部放電事件的原因分類為相間；以及當(dāng)一個傳感器測量到的事件具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它傳感器測量到的事件的幅度時，將局部放電事件的原因分類為相對地。
[0016]區(qū)分裝置可以測量以下的任意項或者所有項:探測到的局部放電脈沖的上升時間、下降時間、脈沖寬度、頻率組成、幅度、極性以及振蕩數(shù)量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)測量下降時間特別有用，因為當(dāng)脈沖沿導(dǎo)線傳播時該參數(shù)趨向于經(jīng)歷最大的改變。
[0017]該設(shè)備還可以包括:測量裝置，測量探測到的脈沖的電荷含量，以及施加裝置，用于向測量出的電荷含量施加各自的脈沖保留因子，從而確定脈沖的電荷含量在正在被監(jiān)視的設(shè)備處而不是測量點處的近似值。對于特定的設(shè)施，可以經(jīng)驗上確定脈沖保留因子。或者，可以通過指定導(dǎo)線(沿該導(dǎo)線接收到脈沖)的特性來得到脈沖保留因子。這可以包括電纜的長度和/或類型和/或所用的電纜絕緣的類型，比如，XLPW、紙、EPR和PVC。
[0018]該設(shè)備可以進(jìn)一步包括測量裝置，用于測量探測到的脈沖的下列特性的任意項、某些項或所有項:絕對峰值、平均峰值、平均局部放電和累積局部放電活動。合適的脈沖保留因子也可以被施加到這些數(shù)值中的任意項、某些項或者所有項，并且該因子也可以取決于導(dǎo)線的特性。
[0019]區(qū)分裝置也可以被配置成:探測反射脈沖以及測量第一脈沖與第一脈沖的后續(xù)反射之間所經(jīng)過的時間。沿導(dǎo)線行進(jìn)的脈沖趨向于沿導(dǎo)線從一端被發(fā)射回另一端。對于給定的導(dǎo)線，可以測量或計算返回時間。其為脈沖從導(dǎo)線一端行進(jìn)到另一端并且返回所花費的時間。區(qū)分裝置可以被配置成確定初始與反射脈沖的探測之間所經(jīng)過的時間是小于或者基本等于該返回時間。在前一種情況下，可以推斷出脈沖起源于在沿導(dǎo)線的長度某處發(fā)生的局部放電事件；在后一種情況下，可以推斷出脈沖起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備中(或者至少導(dǎo)線的一個末端處)的局部放電事件。
[0020]當(dāng)所述或每個傳感器的輸出被存儲在數(shù)據(jù)段(該數(shù)據(jù)段具有小于脈沖沿傳感器與正在被監(jiān)視的設(shè)備之間的所述或每根導(dǎo)線傳播并且返回所花費的時間的持續(xù)時間)中時，區(qū)分裝置可以被配置成掃描每個數(shù)據(jù)段以識別包含在該段中的任何反射脈沖，并且將在相同的段內(nèi)已經(jīng)識別出其對應(yīng)的反射脈沖的任何探測到的脈沖分類為沒有發(fā)生在正在被監(jiān)視的設(shè)備中。因為在這樣的配置下，來自正在被監(jiān)視的設(shè)備產(chǎn)生的脈沖任何反射脈沖都不會被包括在該數(shù)據(jù)段中。
[0021]在一個實施例中，提供了三個用于探測脈沖的傳感器，使得該設(shè)備能夠監(jiān)視三相電源的三個相。
[0022]該設(shè)備可以包括:多組傳感器和一個多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器被配置成連接單組傳感器到區(qū)分裝置從而使得能夠監(jiān)視多個設(shè)備。
[0023]區(qū)分裝置可以通過可編程的計算機來實現(xiàn)。
[0024]該設(shè)備可以形成設(shè)施的一部分，該設(shè)施包括:待監(jiān)視的電氣設(shè)備，連接到待監(jiān)視的設(shè)備并用于傳送電力到該設(shè)備的至少一根導(dǎo)線，以及用于遠(yuǎn)程監(jiān)視的設(shè)備，其被安裝在所述或每根導(dǎo)線上并且遠(yuǎn)離所述待監(jiān)視的設(shè)備。所述用于監(jiān)視的設(shè)備可以被安裝在至少距離待監(jiān)視的設(shè)備50米處，但是其可以被安裝在至少距離該設(shè)備100米或500米或者更遠(yuǎn)。導(dǎo)線可以從正在被監(jiān)視的設(shè)備延伸到開關(guān)裝置，以及用于監(jiān)視的設(shè)備可以被安裝在該開關(guān)裝置中或者其附近。在這種情況下，當(dāng)用于監(jiān)視的設(shè)備附加地包括瞬時地電壓傳感器時，該地電壓傳感器與開關(guān)裝置相關(guān)聯(lián)。
[0025]所述或每根導(dǎo)線可以包括在電纜中。存在用于傳導(dǎo)三相電的三根導(dǎo)線。該設(shè)備可以包括三個傳感器，每個傳感器監(jiān)視相應(yīng)的一根導(dǎo)線。
[0026]正在被監(jiān)視的設(shè)備可以是電機，比如，旋轉(zhuǎn)電機以及在一個示例中為電動機。設(shè)施可以包括多個機器，其中每一個被連接到三根電導(dǎo)線(可以包括在三芯電纜中，或者由三根單芯電纜或者其它電纜提供)，以及該設(shè)備可以包括被分別連接到該設(shè)備的三根導(dǎo)線的單組三個傳感器。也可以將每組傳感器連接到多路復(fù)用器，其被配置成將每組傳感器的輸出依次提供給區(qū)分裝置。
[0027]待監(jiān)視的設(shè)備可以位于爆炸危險環(huán)境中，而用于監(jiān)視的設(shè)備可以位于該爆炸危險環(huán)境外。
【專利附圖】

【附圖說明】[0028]為了使本發(fā)明能夠被更清楚地理解，將參考附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行描述(僅通過示例的方式)，其中:
[0029]圖1是電氣設(shè)施的示意圖；
[0030]圖2是圖1中的設(shè)施的局部放電監(jiān)視設(shè)備的示意圖；
[0031]圖3是示出了圖2中的局部放電監(jiān)視設(shè)備的運行的流程圖；
[0032]圖4示出了由相間以及相對地局部放電事件引起的電機產(chǎn)生的局部放電脈沖；
[0033]圖5示出了在圖1中的設(shè)施的電機處以及開關(guān)裝置處測量的電機產(chǎn)生的局部放電脈沖；
[0034]圖6示出了正局部放電脈沖；
[0035]圖7示出了在電機處以及在該電機的開關(guān)裝置處測量的校準(zhǔn)脈沖；
[0036]圖8示出了在電機處以及在該電機的開關(guān)裝置處測量的由相對地局部放電事件引起的局部放電脈沖；
[0037]圖9示出了在電機處以及在該電機的開關(guān)裝置處測量的由相間局部放電事件引起的局部放電脈沖；以及
[0038]圖10是具有示例局部放電脈沖的電氣設(shè)施的示意圖。
【具體實施方式】
[0039]參考附圖，電氣設(shè)施包括三相電機I。電機I經(jīng)由具有接地護(hù)套的三芯電纜2被供給三相6.6千伏電力。電纜2從電機I延伸大約1000米到達(dá)開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置位于殼體3中，用于控制經(jīng)由電纜2向電機I的電流供給。電機I位于爆炸危險(Ex)環(huán)境4中。電纜2延伸到Ex環(huán)境4之外。開關(guān)裝置和殼體3不位于Ex環(huán)境中。
[0040]提供了用于探測和測量電機中發(fā)生的局部放電事件的設(shè)備3a。該設(shè)備在圖2中被示意性地示出。在電機中通常由于絕緣材料的擊穿或者導(dǎo)線之間的間隙不足而發(fā)生局部放電事件，這導(dǎo)致電機定子繞組的不同相之間或者相與地之間產(chǎn)生電荷流動。
[0041]局部放電探測設(shè)備包括三個寬帶高頻大電流(HFCT)變換器傳感器5，其被安裝在開關(guān)裝置殼體內(nèi)的用于供給三相電力到電機I的各個導(dǎo)線上?；蛘?，這些傳感器可以被安裝在開關(guān)裝置殼體外的各個導(dǎo)線上。由 申請人:供應(yīng)的型號為HCFT140-100HC和HFCT100-50HC的傳感器是合適的。該局部放電探測裝置還包括也位于開關(guān)裝置的殼體3內(nèi)的單個瞬時地電壓(TEV)電傳感器6。與HFCT傳感器一樣，TEV傳感器可以替代性地位于開關(guān)裝置殼體3外。該監(jiān)視設(shè)備的剩余部分在開關(guān)裝置殼體3的外面。
[0042]可以使用任何合適的替代的傳感器，比如，HV耦合電容器。
[0043]與電機I相關(guān)聯(lián)的四個傳感器5，6和任何附加的傳感器7 —起被連接到多路復(fù)用器8。多路復(fù)用器8輸出四個通道到四通道寬帶數(shù)字轉(zhuǎn)換器9，該四通道寬帶數(shù)字轉(zhuǎn)換器9又連接到個人計算機10。數(shù)字轉(zhuǎn)換器9具有至少100MS/s的采樣率和至少50MHz的帶寬。計算機10提供至少2Mpts/通道的采樣內(nèi)存。垂直分辨率為至少8bit，但優(yōu)選地為14bit。
[0044]應(yīng)當(dāng)理解，為了監(jiān)視單個電機，不需要所述多路復(fù)用器。但是，在提供了多路復(fù)用器的情況下，這將使得多組其它的用于監(jiān)視附加電機或其它設(shè)備(未示出)的局部放電傳感器7能夠被依次連接到數(shù)字轉(zhuǎn)換器和PC，從而使得所有的設(shè)備能夠被監(jiān)視。
[0045]計算機10被連接到因特網(wǎng)11，并且計算機10被設(shè)置有監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)接口 12。該計算機可以替代性地或者附加地被設(shè)置有任何其它合適的網(wǎng)絡(luò)連接或接口。
[0046]在運行中，多路復(fù)用器8將與電機I相關(guān)聯(lián)的所有四個傳感器5，6的輸出饋送到數(shù)字轉(zhuǎn)換器9。在要監(jiān)視另一個電機或設(shè)備的情況下，多路復(fù)用器8會將選定的一組四個傳感器的輸出饋送到數(shù)字轉(zhuǎn)換器9。
[0047]數(shù)字轉(zhuǎn)換器以20或16.67ms塊(對應(yīng)于一個50或60Hz的電力周期)對從所有四個傳感器接收到的數(shù)據(jù)同步地數(shù)字化，獲得許多短時的脈沖事件，通常在每個塊內(nèi)為IOOns至10μ S?；蛘?，這些塊可以跨越多個電力周期。所述計算機運行軟件以獲得傳感器捕獲的數(shù)據(jù)，以及應(yīng)用包括數(shù)字信號處理技術(shù)(比如，波形分析)在內(nèi)的各種技術(shù)，從而提取與局部放電事件有關(guān)的數(shù)據(jù)并且將其分類。
[0048]掃描每個通道的數(shù)據(jù)塊以識別和捕獲可能由局部放電事件引起的脈沖事件。以多通道數(shù)字化信號的短數(shù)據(jù)段的形式記錄每個局部放電事件。由在任一通道上探測到有局部放電脈沖特性的數(shù)字信號的特征來觸發(fā)事件捕獲。例如，可以監(jiān)視每個通道上的信號電平及其計算出的一階和二階時間導(dǎo)數(shù)，以識別信號或者其時間導(dǎo)數(shù)改變極性的時刻。峰值信號電平和/或零交叉之間的持續(xù)時間和/或轉(zhuǎn)折點的合適組合可觸發(fā)段捕獲。
[0049]多通道數(shù)字化信號被暫時存儲在內(nèi)存中而回溯性地處理該信號以“實時”探測局部放電事件，所以每個捕獲的數(shù)據(jù)段可能包括在段捕獲被觸發(fā)的時間點之前的數(shù)據(jù)。因此，計算機被設(shè)置為使得每個段開始于被探測到的局部放電脈沖峰值之前的指定時段，從而確保脈沖的起點能夠被捕獲。這可以是被探測到的峰值之前大約5μ S，但是也可以短至Iys0
[0050]每個段的持續(xù)時間被選擇成至少為電纜的返回時間(脈沖沿電纜的長度行進(jìn)并且返回所用的時間)，目的在于捕獲局部放電脈沖及其在一個或者多個通道上的第一次反射，所有這些應(yīng)該起源于同樣的局部放電事件。該持續(xù)時間可以是大約10μ s或者更長的固定的段持續(xù)時間。這確保在電纜的一端第一次探測到脈沖后，被該電纜的另一端反射并且被第二次探測到的已經(jīng)行進(jìn)了兩倍電纜長度的反射脈沖能夠在與第一脈沖相同的數(shù)據(jù)段中被捕獲。從而避免該反射脈沖觸發(fā)另一個數(shù)據(jù)段的捕獲。
[0051]相同脈沖的后續(xù)反射的幅度將隨著脈沖沿電纜來回傳播而減小，并且可以通過忽略具有低于某閾值的幅度的脈沖或者通過預(yù)測它們到達(dá)傳感器的時間來忽略這些脈沖。
[0052]由于每個局部放電脈沖與50/60ΗΖ電力周期相比非常短暫，所以捕獲的數(shù)據(jù)與整個周期的數(shù)字化信號相比較是稀疏的，即使在每個電力周期內(nèi)都發(fā)生大量局部放電事件的情況下也是如此。這使得相關(guān)的高分辨率、多通道脈沖數(shù)據(jù)能夠被相對有效地存儲、傳輸和處理。
[0053]當(dāng)在電機I中發(fā)生局部放電事件時，將導(dǎo)致高頻電磁脈沖沿電纜2傳播到開關(guān)裝置和局部放電探測設(shè)備。通過探測和測量這些脈沖，該局部放電探測設(shè)備能夠探測電機I中的局部放電事件及其幅度，這對識別電機中的故障或潛在故障從而允許在早期采取補救措施而言是有用的。這限制了電機停止運行時間并且降低了嚴(yán)重故障或其它事件的風(fēng)險。
[0054]發(fā)生在電路中其它地方(例如，在開關(guān)裝置或者電纜2中)的局部放電事件也將導(dǎo)致脈沖沿電纜傳播，并且通過脈沖傳感器5也將探測到這些脈沖。
[0055]為了探測、分類和測量起源于電機(與電氣系統(tǒng)中的其它地方相對)的局部放電事件，計算機軟件使用了各種技術(shù)。
[0056]通過同時分析來自所有四個傳感器的輸出并且對其進(jìn)行比較，有可能區(qū)分由電機中和開關(guān)裝置中的局部放電事件所引起的脈沖。HFCT傳感器5將探測電纜2中攜帶三相電的三根導(dǎo)線內(nèi)的脈沖。導(dǎo)線中的脈沖可以由電氣系統(tǒng)中任何點處的局部放電事件引起。TEV傳感器6僅對開關(guān)裝置殼體3中由發(fā)生在該開關(guān)裝置中的局部放電事件引起的瞬時電壓敏感。因此，當(dāng)TEV傳感器6和一個或者多個HFCT傳感器5同時或者基本上同時探測到脈沖時，計算機將該探測到的事件識別為該開關(guān)裝置附近的事件，即，并非起源于電機I中。在這種情況下，在基本相同的時間可以在TEV傳感器和一個或者多個HFCT傳感器的輸出端上看到脈沖，因此脈沖在相同的四通道數(shù)據(jù)段內(nèi)。
[0057]進(jìn)一步分析捕獲的脈沖以區(qū)分由相間局部放電事件和相對地局部放電事件引起的脈沖。為了達(dá)到該目的，計算機10將比較由三個HFCT傳感器5測量的信號。對于相對地局部放電事件，通常只在單個相上顯著地看到脈沖，該相即為放電所發(fā)生的相。對于相間局部放電事件，由于局部放電發(fā)生在兩個或者三個相之間，所以在兩個(有時為所有三個)相上看到具有相似幅度的脈沖。當(dāng)脈沖同時發(fā)生在兩個或者更多相上(但卻未被TEV傳感器6檢測到)時，該事件被分類為相間事件，并且識別出所涉及的相?；蛘?，只有當(dāng)在兩個以上傳感器上同時測量到脈沖并且測量的脈沖中的兩個脈沖具有相反的極性和相似的幅度時，該事件才可能被分類為相間事件。當(dāng)各個脈沖的幅度在彼此的20%以內(nèi)時，這些脈沖被認(rèn)為具有相似的幅度。
[0058]當(dāng)僅在一個相上顯著地測量到脈沖(但是不是在TEV傳感器6上)時，該事件被分類為相對地事件。在實際中，相對地事件可能在多于一個相上引起脈沖，但是在一個相上測量到的脈沖將遠(yuǎn)大于在其它相上測量到的脈沖。因此，當(dāng)在一個相上探測到脈沖的幅度為在另一個相上同時探測到的脈沖的幅度的至少10倍時，該事件被分類為相對地事件。
[0059]不同通道上的同時脈沖都將在相同的數(shù)據(jù)段內(nèi)被探測。
[0060]圖4示出了由相間以及相對地局部放電事件引起的電機產(chǎn)生的局部放電脈沖。
[0061]然后分析探測到的脈沖的脈沖波形以進(jìn)一步區(qū)分起源于電機中的局部放電事件與起源于其它源(比如，電纜和開關(guān)裝置)中的局部放電事件。也采取措施以區(qū)分局部放電脈沖和一般噪聲。
[0062]電纜2充當(dāng)?shù)屯V波器，導(dǎo)致當(dāng)脈沖從電機I沿電纜2傳播時脈沖形狀變化。當(dāng)脈沖沿電纜傳播時，其也被衰減。圖5示出了數(shù)據(jù)段，該數(shù)據(jù)段示出在電機處(上圖)測量的局部放電脈沖以及在電機處測量的同一脈沖。在電機處測量的脈沖具有更大的初始峰值高度，并且存在若干跟隨的振蕩。相比之下，在開關(guān)裝置處測量的脈沖基本上包括高度大大降低的單個峰。實際上，較高頻已經(jīng)被過濾掉，并且該脈沖已經(jīng)開始呈現(xiàn)“鯊魚翅”形狀。通過識別具有這些特性的脈沖，計算機能夠?qū)⑵渑c起源于開關(guān)裝置處的脈沖和一般噪聲信號區(qū)分開來。為了描述脈沖形狀的特性，計算機10計算下列參數(shù)中的部分或者全部:上升時間、下降時間、脈沖寬度、頻率組成、幅度、極性和振蕩數(shù)量?？梢詫⑦@些參數(shù)與計算機10所存儲的值進(jìn)行比較，當(dāng)這些參數(shù)落在存儲的范圍以外時，可以相應(yīng)地對脈沖進(jìn)行分類:起源于或不起源于電機I。
[0063]圖6示出了典型的正局部放電脈沖，其中示出了脈沖上升時間、下降時間和脈沖寬度的測量值。在該示例中，上升時間是在脈沖的上升沿高度的大體10%至90%之間測量的，下降時間是在脈沖的下降沿高度(幅度)的大體90%至10%之間測量的，脈沖寬度是在上升沿和下降沿高度的大體50%處之間測量的?？商娲?，或者另外地，可以在上升沿和下降沿高度的10%處之間測量脈沖寬度。然后，這些測量值連同脈沖主頻率的頻率測量值，可以在基于知識規(guī)則的分析算法中使用，從而分析在脈沖傳播時的脈沖形狀。如果脈沖上升時間快并且峰值頻率在MHz范圍內(nèi)，則源被視為在傳感器附近。如果上升時間較慢，在數(shù)百納秒范圍內(nèi)，則該源被視為是電纜或者電機。
[0064]對于這些探測到的已經(jīng)被分類為起源于機器或者電纜的脈沖，通過比較在數(shù)據(jù)段內(nèi)捕獲的脈沖的測量特性來掃描包含脈沖的數(shù)據(jù)段是否有反射脈沖。沿電纜2行進(jìn)的脈沖在電纜的末端將被反射并且沿電纜往回傳播。對于給定長度的電纜，脈沖將花費給定時長從電纜2的一端行進(jìn)到另一端并且返回，這被稱為電纜返回時間。對于給定長度的電纜，可以通過從電纜的一端沿電纜發(fā)送測試脈沖然后測量在發(fā)射點處接收到反射脈沖之前所經(jīng)過的時間來測量或者計算該返回時間。計算機10被設(shè)置為測量原始脈沖與任何后續(xù)脈沖(其在相同的數(shù)據(jù)段中被識別為反射脈沖)的探測之間所經(jīng)過的時間。如果在小于電纜返回時間的時間段(或者至少小于電纜返回時間的選擇閾值時間)之后探測到反射脈沖，則該脈沖被識別為起源于電纜2，并且因此不起源于電機I。
[0065]在該階段，計算機能夠識別起源于電機并且因而是感興趣的那些脈沖，并且將其起源分類為:相間事件或者相對地事件。
[0066]測量這些脈沖的幅度是有用的。然而，由于脈沖被電纜衰減，所以在開關(guān)裝置處測量的脈沖幅度并不對應(yīng)于在機器處測量的脈沖幅度。通過兩種方式來補償該衰減效應(yīng)。首先，測量電荷含量(通過 積分得到的脈沖下的面積)而不是峰值脈沖幅度。在一個示例中，在長度大約900米的電纜上，峰值脈沖幅度沿電纜的長度方向被衰減了超過80%，而同一脈沖的電荷含量被衰減了少于20 %。所以，與峰值脈沖幅度相比，脈沖的電荷含量受脈沖沿電纜的傳輸?shù)挠绊懨黠@較小。其次，向測量出的電荷量施加脈沖保留因子，以使測量值接近于在機器處應(yīng)當(dāng)測量到的測量值。經(jīng)由用于給定的設(shè)施的校準(zhǔn)脈沖注入可以經(jīng)驗上地確定適當(dāng)?shù)囊蜃?。對于具?000米交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜的設(shè)施，大約0.79的脈沖保留因子被認(rèn)為是合適的。因此，計算機將為該局部放電脈沖的電荷含量計算一個數(shù)值，該數(shù)值接近于在機器處應(yīng)當(dāng)測量到的數(shù)值。
[0067]參考圖6中所示的示例脈沖，可以通過下式來計算行波脈沖的電荷含量q:
[0068]
【權(quán)利要求】
1.一種用于遠(yuǎn)程監(jiān)視電氣設(shè)備中的局部放電事件的設(shè)備，包括: 一個或更多個傳感器，其用于對傳送電力到所述設(shè)備的一根或更多根導(dǎo)線中的局部放電脈沖進(jìn)行探測，以及 區(qū)分裝置，其被配置成分析脈沖形狀，以及根據(jù)所述脈沖形狀區(qū)分探測到的脈沖，以確定探測到的局部放電脈沖起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備還是起源于其它原因。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述區(qū)分裝置包括:數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被配置成從單獨的通道上的所述或每個傳感器接收數(shù)據(jù)，以及將所述數(shù)據(jù)數(shù)字化為跨越交變電流的至少一個周期的持續(xù)時間并且包括在所述持續(xù)時間內(nèi)來自所述或每個通道的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊，所述交變電流在所述或每根電導(dǎo)線中被供給到所述設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述區(qū)分裝置被配置成掃描每個數(shù)據(jù)塊以探測局部放電脈沖，以及針對每個探測到的局部放電事件，存儲包括每個通道的輸出的數(shù)據(jù)段，所述數(shù)據(jù)段的持續(xù)時間被選擇為使得在局部放電脈沖被探測到的通道中僅包括探測到的局部放電脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述區(qū)分裝置被配置成掃描每個數(shù)據(jù)塊以探測局部放電脈沖，以及針對每個探測到的局部放電事件，存儲包括每個通道的輸出的數(shù)據(jù)段，所述數(shù)據(jù)段的持續(xù)時間被選擇至少為脈沖沿所述或每根導(dǎo)線在所述傳感器與所述正在被監(jiān)視的設(shè)備之間傳播并返回所花費的時間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，還包括: 一個或更多個附加的局部放電傳 感器，所述附加的傳感器被配置成探測不起源于所述正在被監(jiān)視的設(shè)備的局部放電事件，并且， 其中，所述區(qū)分裝置被配置成將用于對傳送電力到待監(jiān)視的設(shè)備的一根或更多根導(dǎo)線中的局部放電脈沖進(jìn)行探測的所述或每個傳感器與所述或每個附加的傳感器的輸出進(jìn)行比較，從而確定在所述一根或更多根導(dǎo)線中探測到的放電脈沖起源于所述正在被監(jiān)視的設(shè)備還是起源于其它原因。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述或每個附加的傳感器是瞬時地電壓傳感器。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，包括: 兩個或多個傳感器，用于對傳送電力到待監(jiān)視的設(shè)備的相應(yīng)的兩根或更多根導(dǎo)線中的局部放電脈沖進(jìn)行探測，并且， 其中，所述區(qū)分裝置被配置成比較由每個傳感器做出的測量值，從而確定測量到的局部放電事件的原因。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述比較裝置被配置成:當(dāng)一個局部放電事件被兩個或多個傳感器基本上同時測量到并且具有相似的幅度時，將該局部放電事件分類為相間事件；以及當(dāng)一個傳感器測量到的局部放電事件的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另外的一個或更多個傳感器測量到的該局部放電事件的幅度時，將該局部放電事件分類為相對地事件。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中，所述區(qū)分裝置被配置成測量以下的任意項或者所有項:探測到的局部放電脈沖的上升時間、下降時間、寬度、頻率組成、幅度、極性以及振蕩數(shù)量。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中，所述區(qū)分裝置被配置成測量以下的任意項或者所有項:探測到的局部放電脈沖的電荷含量、絕對峰值、平均峰值以及平均局部放電和累積局部放電。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備還包括施加裝置，用于向所述或每個測量參數(shù)施加各自的脈沖保留因子，從而確定所述參數(shù)在正在被監(jiān)視的設(shè)備處而不是測量點處的近似值。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中，所述區(qū)分裝置被配置成:識別在所述或每根導(dǎo)線中探測到的反射脈沖，測量在原始脈沖與反射脈沖的探測之間所經(jīng)歷的時間，以及將測量的初始脈沖與反射脈沖之間所經(jīng)歷的時間與一存儲值相比較，從而確定探測到的放電脈沖起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備還是起源于其它原因。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述存儲值等于或大于脈沖沿所述或每根導(dǎo)線在所述傳感器與正在被監(jiān)視的設(shè)備之間傳播并返回所花費的時間。
14.一種設(shè)施，包括:電氣設(shè)備，連接到所述設(shè)備并用于傳送電力到所述設(shè)備的至少一根導(dǎo)線，以及被安裝在所述或每根導(dǎo)線上并且遠(yuǎn)離機器的根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)施，其中，所述設(shè)備被安裝在距離待監(jiān)視設(shè)備至少50米處。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的設(shè)施，其中，所述或每根導(dǎo)線從所述設(shè)備延伸到用于控制所述設(shè)備的開關(guān)裝置，以及用于監(jiān)視的設(shè)備被安裝在所述開關(guān)裝置中或附近。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)施，當(dāng)引用權(quán)利要求6時，其中，所述瞬時地電壓傳感器與所述開關(guān)裝置相關(guān)聯(lián)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項所述的設(shè)施，其中，所述或每根導(dǎo)線被包括在電纜中。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項所述的設(shè)施，其中，存在用于傳導(dǎo)三相電的三根導(dǎo)線，并且所述設(shè)備包括三個傳感器，每個傳感器監(jiān)視相應(yīng)的一根導(dǎo)線。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至19中任一項所述的設(shè)施，其中，待監(jiān)視的設(shè)備位于爆炸危險環(huán)境中，所述用于監(jiān)視的設(shè)備位于所述爆炸危險環(huán)境外。
21.一種監(jiān)視電氣設(shè)備中的局部放電事件的方法，該方法包括以下步驟: 在遠(yuǎn)離所述設(shè)備的位置上，安裝用于對供給電力到所述設(shè)備的導(dǎo)線中的局部放電脈沖進(jìn)行探測的一個或更多個傳感器； 探測所述局部放電脈沖；以及 分析探測到的脈沖的形狀，以區(qū)分起源于所述設(shè)備的局部放電脈沖與起源于其它原因的脈沖。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述或每個傳感器被安裝在距離機器至少50米處。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，包括另一步驟: 提供一個或更多個附加的局部放電傳感器，所述一個或更多個附加的局部放電傳感器被配置成:探測不起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備的局部放電事件，以及將所述一個或更多個傳感器與所述一個或更多個附加的傳感器的輸出進(jìn)行比較，從而確定由所述一個或更多個傳感器探測到的放電脈沖起源于所述設(shè)備還是在所述傳感器附近。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述或每個附加的傳感器為瞬時地電壓傳感器。
25.根據(jù)權(quán)利要求21至21中任一項所述的方法，包括步驟:計算探測到的局部放電脈沖的電荷含量。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，包括步驟:向測量出的電荷含量施加因子，以確定所述脈沖在所述脈沖的起源處的近似電荷含量。
27.根據(jù)權(quán)利要求21至26中任一項所述的方法，包括步驟:同時監(jiān)視兩根或更多根導(dǎo)線，并且比較每根導(dǎo)線中的局部放電脈沖的出現(xiàn)時間，從而確定所述局部放電脈沖的原因。
【文檔編號】G01R31/12GK103930789SQ201280056292
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】李·仁佛斯, 史蒂文·古德費洛, 馬爾科姆·塞歐特?zé)?格蘭特, 羅斯·麥金利 申請人:高電壓局部放電有限公司