一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于开关柜局部放电多节点无线监测系统的同步化装置，利用主节点处理器单元通过控制模式切换开关进入同步信号发射模式，脉冲通过天线向各个子监测节点发射无线同步信号；每个子监测节点接收到主监测节点发出的同步脉冲信号后，经由子节点信号调理单元快速触发模数转换单元，测量局部放电信号，然后通过子节点数字通讯单元将采集信号发送至主节点处理器单元，即实现了安装在多面开关柜上的多个子监测节点的同步化监测，解决了当前开关柜局部放电无线监测技术领域一直存在的无法准确获取局部放电信号时序以及电压相位信息的难题，结构简单，直接为局部放电的定位以及基于电压相位信息的局部放电的模式识别奠定了坚实的技术基础。

A Synchronization Device for Partial Discharge Monitoring System of Switchgear

The invention discloses a synchronization device for a multi-node wireless monitoring system of partial discharge in switchgear. The main node processor unit is used to switch the control mode to enter the synchronization signal transmission mode, and the pulse transmits the wireless synchronization signal to each sub-monitoring node through the antenna; after each sub-monitoring node receives the synchronization pulse signal from the main monitoring node, it transmits the wireless synchronization signal through the sub-monitoring node. Node signal conditioning unit quickly triggers analog-to-digital conversion unit to measure partial discharge signal, and then sends the acquisition signal to the main node processor unit through the sub-node digital communication unit, which realizes the synchronization monitoring of multiple sub-monitoring nodes installed on multi-faceted switchgear cabinets, and solves the problem of inaccurate acquisition of the current wireless monitoring technology of partial discharge in switchgear cabinets. The difficulty of acquiring partial discharge signal timing and voltage phase information is simple, which directly lays a solid technical foundation for the localization of partial discharge and the pattern recognition of partial discharge based on voltage phase information.

【技术实现步骤摘要】
一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置
本专利技术涉及电力设备状态监测、电力资产管理等相关设备的研制、技术开发及应用领域，具体涉及一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置。
技术介绍
高压开关柜作为一种集测量、控制、保护于一体的电力设备，在发电厂、中压及高压变电站大量安装，对于电网的安全运行及电能的分配与计量发挥至关重要的作用。鉴于此，多年来对高压开关柜自身运行状态的监测与诊断一直是科研院所、监测设备生产企业、电力生产及电网企业关注的课题，相继提出了多种监测技术。其中，基于地电波(TEV，TransientEarthVoltage)与超声(AA,AirborneAcoustic)测量的开关柜局放检测技术多年来得到了最为广泛的应用与开发。产品方面，近30年来，采用相关测量技术的英国EATechnology的产品在世界范围内得以广泛应用。自2006年引进国外技术和产品的基础上，近些年我国设备生产企业开发出了类似的产品，并在国内得到一定程度的认可和应用。2015年以来，我国相关部门提出了分布式对节点无线监测技术，并开发出了相应的产品。鉴于其具有现场易于实施的优点，获得了电力生产及电网企业的初步认可。然而，小范围的应用表明：这一技术存在着抗干扰能力弱、难以及时定位存在局部放电隐患的开关柜面以及难以开展深层次绝缘诊断及风险评估等方面的问题，阻碍了其进一步推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置，以克服现有技术的不足。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置，包括主节点单元和子节点单元，主节点单元包括主节点处理器单元以及与主节点处理器单元连接的主节点脉冲发生单元、主节点数字通讯单元和主节点显示单元，主节点脉冲发生单元和主节点数字通讯单元同时连接有主节点模式切换开关单元，主节点模式切换开关单元连接有主节点天线单元；子节点单元包括子节点模数转换单元以及与子节点模数转换单元连接的子节点信号调理单元和子节点微处理器单元，子节点微处理器单元连接有子节点数字通讯单元，子节点数字通讯单元和子节点信号调理单元同时连接有子节点模式切换开关单元，子节点模式切换开关单元连接有子节点天线单元，子节点模数转换单元连接于子节点检测对象及其调理电路；主节点处理器单元用于控制主节点模式切换开关单元切换同步信号发射模式和控制主节点脉冲发生单元发生单元动作，主节点数字通讯单元用于主节点处理器单元和主节点模式切换开关单元之间通讯；主节点脉冲发生单元产生单元脉冲信号；主节点模式切换开关单元用于信号接收发送切换，主节点天线单元用于单元脉冲信号发射和数字通讯，主节点处理器单元通过主节点天线单元实现数字信号接收和处理；子节点天线单元用于实现单元脉冲信号接受和数字通讯，子节点信号调理单元用于调理单元脉冲信号；子节点模式切换开关单元用于切换检测子节点检测对象及其调理电路，实现局部放电信号的测量，子节点微处理器单元用于将测量的局部放电信号通过子节点数字通讯单元和子节点天线单元传输至主节点单元。进一步的，主节点天线单元和子节点天线单元结构相同，都采用单根可伸缩天线，型号FR150,增益6dB，驻波比<1dB。进一步的，主节点数字通讯单元和子节点数字通讯单元均包括调制解调电路和信号发射接受电路，调制方式采用调频方式，载波频率2GHz，调制解调电路采用可控多谐振振荡器电路实现频率调制；信号发射接受电路包括射频功率放大器及其驱动电路，射频功率放大器采用HMC580，实现信号功率放大40dB。进一步的，所述主节点处理器单元和子节点微处理器单元采用嵌入式微处理器ARM。进一步的，所述子节点检测对象及其调理电路包括地点波传感、超声波传感器、滤波电路和峰值保持器；地点波传感器的前置放大器采用超低噪声高速放大器AD4899-1，前置放大器放大倍数50倍，带宽0-100MHz，共模抑制比100dB；超声波传感器的前置放大电路采用超低失真精密运算放大器LT1126，放大倍数50倍，带宽0-1MHz,共模抑制比100dB；滤波电路采用有源切比雪夫带通滤波器，再通带频率20kHz-1MHz、1MHz-50MHz；峰值保持器直接采用包络/峰值检波器LTC5507，峰值保持器用于实现降频采样，峰值保持器的保持时间1μs。进一步的，主节点模式切换开关单元包括高频继电器和驱动电路；高频继电器采用TIS2单刀双置开关，上限截止频率3GHz，动作速度20ms，驱动电压15V；驱动电路脉冲上升时间1μs，驱动电流大于1A；高频继电器分别通过同步脉冲信号电缆、数字通讯电缆和驱动信号电缆与主节点脉冲发生单元、主节点数字通讯单元和主节点天线单元连接。进一步的，驱动电路包括栅极接控制信号的接面型场效应管D1，接面型场效应管D1的源极接地，接面型场效应管D1的漏极接电阻R一端、增强型场效应管S1的栅极和增强型场效应管S2的栅极，增强型场效应管S1的源极和增强型场效应管S2的漏极同时接电感L一端，电阻R另一端接增强型场效应管S1的漏极、二极管d1负极、二极管d3负极和电阻R2一端；增强型场效应管S2的源极、二极管d2正极、二极管d4正极、电容C一端和接面型场效应管D2源极接地，二极管d4负极、二极管d3正极、电容C另一端和接面型场效应管D2栅极接电感L另一端，二极管d1正极和二极管d2负极接电感L一端，接面型场效应管D2漏极接电阻R2另一端。进一步的，主节点脉冲发生单元包括高压充电回路、高压放电回路、光电耦合电路、电源模块和工频相位检测器；电源模块采用数控直流稳压源；高压充电回路包括中压电源模块、电阻R1、电容C1和电阻R2，电阻R1一端接电阻R1中压电源模块输出正极，电阻R1另一端接电容C1一端和电阻R2一端，电容C1另一端和电阻R2另一端接中压电源模块输出负极；电容放电回路包括电阻R3、二极管D1、电感L和场效应管S3，电阻R3一端与电阻R1另一端连接，电阻R3另一端接二极管D1正极，二极管D1负极接电感L一端，电感L另一端接场效应管S3源极，场效应管S3漏极接电容C1另一端，电感L两端接输出线缆；光耦驱动电路包括光电耦合芯片、电阻R4和电阻R5，光电耦合芯片的发光元件侧正负极接工频相位检测器，光电耦合芯片的光敏元件侧的集电极接15V电源，光电耦合芯片的光敏元件侧的发射极接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接场效应管S3栅极和电阻R4一端，电阻R4另一端接场效应管S3漏极；工频相位检测器包括正向过零比较器和分压器，正向过零比较器带有使能端口。进一步的，子节点模数转换单元包括同步脉冲调理电路、TEV传感器和AA传感器调理电路、可控A/D转换器和处理器；同步脉冲调理电路包括滤波电路和单稳态触发器，滤波电路用于实现1MHz-50MHz的带通滤波,滤除其他频率信号干扰，单稳态触发器用于实现同步脉冲整形，稳态保持时间20ms，当单元脉冲信号识别有效时，触发A/D采集卡对传感器检测数据进行采集；TEV传感器和AA传感器调理电路包括放大滤波电路和峰值保持器，前置放大器放大倍数至少50倍，放大滤波电路采用有源带通滤波器，通带频率20kHz-1MHz、1MHz-50MHz；峰值保持器用于实现降频采样，峰值保持器的保持时间1μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置，其特征在于，包括主节点单元和子节点单元，主节点单元包括主节点处理器单元(15)以及与主节点处理器单元(15)连接的主节点脉冲发生单元(13)、主节点数字通讯单元(14)和主节点显示单元(16)，主节点脉冲发生单元(13)和主节点数字通讯单元(14)同时连接有主节点模式切换开关单元(12)，主节点模式切换开关单元(12)连接有主节点天线单元(11)；子节点单元包括子节点模数转换单元(110)以及与子节点模数转换单元(110)连接的子节点信号调理单元(19)和子节点微处理器单元(112)，子节点微处理器单元(112)连接有子节点数字通讯单元(111)，子节点数字通讯单元(111)和子节点信号调理单元(19)同时连接有子节点模式切换开关单元(18)，子节点模式切换开关单元(18)连接有子节点天线单元(17)，子节点模数转换单元(110)连接于子节点检测对象及其调理电路(113)；主节点处理器单元(15)用于控制主节点模式切换开关单元(12)切换同步信号发射模式和控制主节点脉冲发生单元(13)发生单元动作，主节点数字通讯单元(14)用于主节点处理器单元(15)和主节点模式切换开关单元(12)之间通讯；主节点脉冲发生单元(13)产生单元脉冲信号；主节点模式切换开关单元(12)用于信号接收发送切换，主节点天线单元(11)用于单元脉冲信号发射和数字通讯，主节点处理器单元(15)通过主节点天线单元(11)实现数字信号接收和处理；子节点天线单元(17)用于实现单元脉冲信号接受和数字通讯，子节点信号调理单元(19)用于调理单元脉冲信号；子节点模式切换开关单元(18)用于切换检测子节点检测对象及其调理电路(113)，实现局部放电信号的测量，子节点微处理器单元(112)用于将测量的局部放电信号通过子节点数字通讯单元(111)和子节点天线单元(17)传输至主节点单元。...

【技术特征摘要】
1.一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置，其特征在于，包括主节点单元和子节点单元，主节点单元包括主节点处理器单元(15)以及与主节点处理器单元(15)连接的主节点脉冲发生单元(13)、主节点数字通讯单元(14)和主节点显示单元(16)，主节点脉冲发生单元(13)和主节点数字通讯单元(14)同时连接有主节点模式切换开关单元(12)，主节点模式切换开关单元(12)连接有主节点天线单元(11)；子节点单元包括子节点模数转换单元(110)以及与子节点模数转换单元(110)连接的子节点信号调理单元(19)和子节点微处理器单元(112)，子节点微处理器单元(112)连接有子节点数字通讯单元(111)，子节点数字通讯单元(111)和子节点信号调理单元(19)同时连接有子节点模式切换开关单元(18)，子节点模式切换开关单元(18)连接有子节点天线单元(17)，子节点模数转换单元(110)连接于子节点检测对象及其调理电路(113)；主节点处理器单元(15)用于控制主节点模式切换开关单元(12)切换同步信号发射模式和控制主节点脉冲发生单元(13)发生单元动作，主节点数字通讯单元(14)用于主节点处理器单元(15)和主节点模式切换开关单元(12)之间通讯；主节点脉冲发生单元(13)产生单元脉冲信号；主节点模式切换开关单元(12)用于信号接收发送切换，主节点天线单元(11)用于单元脉冲信号发射和数字通讯，主节点处理器单元(15)通过主节点天线单元(11)实现数字信号接收和处理；子节点天线单元(17)用于实现单元脉冲信号接受和数字通讯，子节点信号调理单元(19)用于调理单元脉冲信号；子节点模式切换开关单元(18)用于切换检测子节点检测对象及其调理电路(113)，实现局部放电信号的测量，子节点微处理器单元(112)用于将测量的局部放电信号通过子节点数字通讯单元(111)和子节点天线单元(17)传输至主节点单元。2.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置，其特征在于，主节点天线单元(11)和子节点天线单元(17)结构相同，都采用单根可伸缩天线，型号FR150,增益6dB，驻波比<1dB。3.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置，其特征在于，主节点数字通讯单元(14)和子节点数字通讯单元(111)均包括调制解调电路和信号发射接受电路，调制方式采用调频方式，载波频率2GHz，调制解调电路采用可控多谐振振荡器电路实现频率调制；信号发射接受电路包括射频功率放大器及其驱动电路，射频功率放大器采用HMC580，实现信号功率放大40dB。4.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置，其特征在于，所述主节点处理器单元(15)和子节点微处理器单元(112)采用嵌入式微处理器ARM。5.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电多节点监测系统同步化装置，其特征在于，所述子节点检测对象及其调理电路(113)包括地点波传感、超声波传感器、滤波电路和峰值保持器；地点波传感器的前置放大器采用超低噪声高速放大器AD4899-1，前置放大器放大倍数50倍，带宽0-100MHz，共模抑制比100dB；超声波传感器的前置放大电路采用超低失真精密运算放大器LT1126，放大倍数50倍，带宽0-1MHz,共模抑制比100dB；滤波电路采用有源切比雪夫带通滤波器，再通带频率20kHz-1MHz、1MHz-50MHz；峰值保持器直接采用包络/峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：任双赞，吴经锋，杨传凯，侯喆，吴昊，刘晶，李文慧，牛博，颜源，张航伟，李洪杰，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网陕西省电力公司电力科学研究院，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11