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(duì)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(cè)的一個(gè)或更多個(gè)傳感器(5)。編程的計(jì)算機(jī)(10)分析測(cè)量到的脈沖并且對(duì)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(guò)分析脈沖形狀以及通過(guò)將脈沖與傳感器附近測(cè)量到的局部放電事件進(jìn)行比較，來(lái)實(shí)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(shuō)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(cè)和測(cè)量局部放電事件是識(shí)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(cè)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(cè)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(shí)地電壓探測(cè)器已被用來(lái)感測(cè)開(kāi)關(guān)裝置的金屬外殼中的間隙處的電磁場(chǎng)，從而探測(cè)該開(kāi)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(cè)起源于該設(shè)備的放電事件。
[0005]通常，電機(jī)工作在偏僻且危險(xiǎn)的環(huán)境中。例如，在油氣設(shè)施中，其中用來(lái)驅(qū)動(dòng)泵和壓縮機(jī)的電機(jī)被安置得遠(yuǎn)離控制該電機(jī)的開(kāi)關(guān)裝置，以及可能被安置在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中。監(jiān)視多個(gè)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(diǎn)。當(dāng)該設(shè)備在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中時(shí)，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(duì)位于爆炸危險(xiǎn)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(shí)施例的目的在于解決這些問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)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(gè)或更多個(gè)傳感器，其用于對(duì)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(cè)，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(cè)到的脈沖，以確定探測(cè)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(gè)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(duì)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(cè)的一個(gè)或更多個(gè)傳感器；探測(cè)所述局部放電脈沖；以及分析探測(cè)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(shí)施例中，有可能從單個(gè)位置監(jiān)視若干個(gè)不同電氣設(shè)備，該單個(gè)位置通常為開(kāi)關(guān)裝置，電力從開(kāi)關(guān)裝置被分配到該設(shè)備。
[0010]所述或每個(gè)傳感器可能能夠探測(cè)具有低于IMHz的頻率的脈沖，在一個(gè)實(shí)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(dú)的通道上的所述或每個(gè)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(gè)周期的持續(xù)時(shí)間并且包括在所述持續(xù)時(shí)間內(nèi)來(lái)自所述或每個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)塊以探測(cè)局部放電脈沖，以及針對(duì)每個(gè)探測(cè)到的局部放電事件，存儲(chǔ)包括每個(gè)通道的輸出的數(shù)據(jù)段，所述數(shù)據(jù)段的持續(xù)時(shí)間被選擇為使得其足夠短從而在局部放電脈沖被探測(cè)到的通道中僅包括探測(cè)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(shí)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(fèi)的時(shí)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(huì)在單獨(dú)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(guò)預(yù)測(cè)后續(xù)反射到達(dá)的時(shí)間可以忽略這些后續(xù)反射。
[0013]該設(shè)備可以包括一個(gè)或更多個(gè)附加的局部放電傳感器，旨在探測(cè)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(gè)或更多個(gè)附加的局部放電傳感器可以被配置成只探測(cè)不起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備的局部放電事件。通過(guò)比較所述或每個(gè)附加的傳感器與被配置成探測(cè)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(shí)別出不起源于正在被監(jiān)視的設(shè)備的探測(cè)到的脈沖。所述一個(gè)或更多個(gè)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(gè)傳感器(其用于對(duì)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(cè))與瞬時(shí)地電壓傳感器的輸出進(jìn)行比較，從而確定探測(cè)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(gè)傳感器探測(cè)到事件的時(shí)間。當(dāng)在與由瞬時(shí)地電壓傳感器探測(cè)到放電事件的時(shí)間基本相同的時(shí)間在導(dǎo)線中探測(cè)到脈沖的情況下，該事件可以被分類為在瞬時(shí)地電壓傳感器附近。
[0015]該設(shè)備可以包括:兩個(gè)或多個(gè)傳感器，用于對(duì)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(cè)，以及比較裝置，用于比較由傳感器做出的測(cè)量值，從而確定測(cè)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(gè)傳感器做出的測(cè)量值，從而確定測(cè)量到的局部放電事件的原因。當(dāng)一個(gè)局部放電事件被兩個(gè)或多個(gè)傳感器基本上同時(shí)測(cè)量到并且具有相似的幅度時(shí)，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(gè)傳感器測(cè)量到的事件具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它傳感器測(cè)量到的事件的幅度時(shí)，將局部放電事件的原因分類為相對(duì)地。
[0016]區(qū)分裝置可以測(cè)量以下的任意項(xiàng)或者所有項(xiàng):探測(cè)到的局部放電脈沖的上升時(shí)間、下降時(shí)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(cè)量下降時(shí)間特別有用，因?yàn)楫?dāng)脈沖沿導(dǎo)線傳播時(shí)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(cè)量裝置，測(cè)量探測(cè)到的脈沖的電荷含量，以及施加裝置，用于向測(cè)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(cè)量點(diǎn)處的近似值。對(duì)于特定的設(shè)施，可以經(jīng)驗(yàn)上確定脈沖保留因子?；蛘?，可以通過(guò)指定導(dǎo)線(沿該導(dǎo)線接收到脈沖)的特性來(lái)得到脈沖保留因子。這可以包括電纜的長(zhǎng)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(cè)量裝置，用于測(cè)量探測(cè)到的脈沖的下列特性的任意項(xiàng)、某些項(xiàng)或所有項(xiàng):絕對(duì)峰值、平均峰值、平均局部放電和累積局部放電活動(dòng)。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(xiàng)、某些項(xiàng)或者所有項(xiàng)，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(cè)反射脈沖以及測(cè)量第一脈沖與第一脈沖的后續(xù)反射之間所經(jīng)過(guò)的時(shí)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(duì)于給定的導(dǎo)線，可以測(cè)量或計(jì)算返回時(shí)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(fèi)的時(shí)間。區(qū)分裝置可以被配置成確定初始與反射脈沖的探測(cè)之間所經(jīng)過(guò)的時(shí)間是小于或者基本等于該返回時(shí)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(zhǎng)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(gè)末端處)的局部放電事件。
[0020]當(dāng)所述或每個(gè)傳感器的輸出被存儲(chǔ)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(fèi)的時(shí)間的持續(xù)時(shí)間)中時(shí)，區(qū)分裝置可以被配置成掃描每個(gè)數(shù)據(jù)段以識(shí)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(shí)別出其對(duì)應(yīng)的反射脈沖的任何探測(cè)到的脈沖分類為沒(méi)有發(fā)生在正在被監(jiān)視的設(shè)備中。因?yàn)樵谶@樣的配置下，來(lái)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(huì)被包括在該數(shù)據(jù)段中。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，提供了三個(gè)用于探測(cè)脈沖的傳感器，使得該設(shè)備能夠監(jiān)視三相電源的三個(gè)相。
[0022]該設(shè)備可以包括:多組傳感器和一個(gè)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(gè)設(shè)備。
[0023]區(qū)分裝置可以通過(guò)可編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)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(kāi)關(guān)裝置，以及用于監(jiān)視的設(shè)備可以被安裝在該開(kāi)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(shí)地電壓傳感器時(shí)，該地電壓傳感器與開(kāi)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(gè)傳感器，每個(gè)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(jī)，比如，旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及在一個(gè)示例中為電動(dòng)機(jī)。設(shè)施可以包括多個(gè)機(jī)器，其中每一個(gè)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(gè)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(xiǎn)環(huán)境中，而用于監(jiān)視的設(shè)備可以位于該爆炸危險(xiǎn)環(huán)境外。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0028]為了使本發(fā)明能夠被更清楚地理解，將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述(僅通過(guò)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(yùn)行的流程圖；
[0032]圖4示出了由相間以及相對(duì)地局部放電事件引起的電機(jī)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(jī)處以及開(kāi)關(guān)裝置處測(cè)量的電機(jī)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(jī)處以及在該電機(jī)的開(kāi)關(guān)裝置處測(cè)量的校準(zhǔn)脈沖；
[0036]圖8示出了在電機(jī)處以及在該電機(jī)的開(kāi)關(guān)裝置處測(cè)量的由相對(duì)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(jī)處以及在該電機(jī)的開(kāi)關(guān)裝置處測(cè)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(shí)施方式】
[0039]參考附圖，電氣設(shè)施包括三相電機(jī)I。電機(jī)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(jī)I延伸大約1000米到達(dá)開(kāi)關(guān)裝置，該開(kāi)關(guān)裝置位于殼體3中，用于控制經(jīng)由電纜2向電機(jī)I的電流供給。電機(jī)I位于爆炸危險(xiǎn)(Ex)環(huán)境4中。電纜2延伸到Ex環(huán)境4之外。開(kāi)關(guān)裝置和殼體3不位于Ex環(huán)境中。
[0040]提供了用于探測(cè)和測(cè)量電機(jī)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(jī)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(jī)定子繞組的不同相之間或者相與地之間產(chǎn)生電荷流動(dòng)。
[0041]局部放電探測(cè)設(shè)備包括三個(gè)寬帶高頻大電流(HFCT)變換器傳感器5，其被安裝在開(kāi)關(guān)裝置殼體內(nèi)的用于供給三相電力到電機(jī)I的各個(gè)導(dǎo)線上?；蛘?，這些傳感器可以被安裝在開(kāi)關(guān)裝置殼體外的各個(gè)導(dǎo)線上。由 申請(qǐng)人:供應(yīng)的型號(hào)為HCFT140-100HC和HFCT100-50HC的傳感器是合適的。該局部放電探測(cè)裝置還包括也位于開(kāi)關(guān)裝置的殼體3內(nèi)的單個(gè)瞬時(shí)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(kāi)關(guān)裝置殼體3外。該監(jiān)視設(shè)備的剩余部分在開(kāi)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(jī)I相關(guān)聯(lián)的四個(gè)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(gè)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(gè)人計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(gè)電機(jī)，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(jī)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(jì)算機(jī)10被連接到因特網(wǎng)11，并且計(jì)算機(jī)10被設(shè)置有監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)接口 12。該計(jì)算機(jī)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(yùn)行中，多路復(fù)用器8將與電機(jī)I相關(guān)聯(lián)的所有四個(gè)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(gè)電機(jī)或設(shè)備的情況下，多路復(fù)用器8會(huì)將選定的一組四個(gè)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(duì)應(yīng)于一個(gè)50或60Hz的電力周期)對(duì)從所有四個(gè)傳感器接收到的數(shù)據(jù)同步地?cái)?shù)字化，獲得許多短時(shí)的脈沖事件，通常在每個(gè)塊內(nèi)為IOOns至10μ S。或者，這些塊可以跨越多個(gè)電力周期。所述計(jì)算機(jī)運(yùn)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(hào)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(gè)通道的數(shù)據(jù)塊以識(shí)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(hào)的短數(shù)據(jù)段的形式記錄每個(gè)局部放電事件。由在任一通道上探測(cè)到有局部放電脈沖特性的數(shù)字信號(hào)的特征來(lái)觸發(fā)事件捕獲。例如，可以監(jiān)視每個(gè)通道上的信號(hào)電平及其計(jì)算出的一階和二階時(shí)間導(dǎo)數(shù)，以識(shí)別信號(hào)或者其時(shí)間導(dǎo)數(shù)改變極性的時(shí)刻。峰值信號(hào)電平和/或零交叉之間的持續(xù)時(shí)間和/或轉(zhuǎn)折點(diǎn)的合適組合可觸發(fā)段捕獲。
[0049]多通道數(shù)字化信號(hào)被暫時(shí)存儲(chǔ)在內(nèi)存中而回溯性地處理該信號(hào)以“實(shí)時(shí)”探測(cè)局部放電事件，所以每個(gè)捕獲的數(shù)據(jù)段可能包括在段捕獲被觸發(fā)的時(shí)間點(diǎn)之前的數(shù)據(jù)。因此，計(jì)算機(jī)被設(shè)置為使得每個(gè)段開(kāi)始于被探測(cè)到的局部放電脈沖峰值之前的指定時(shí)段，從而確保脈沖的起點(diǎn)能夠被捕獲。這可以是被探測(cè)到的峰值之前大約5μ S，但是也可以短至Iys0
[0050]每個(gè)段的持續(xù)時(shí)間被選擇成至少為電纜的返回時(shí)間(脈沖沿電纜的長(zhǎng)度行進(jìn)并且返回所用的時(shí)間)，目的在于捕獲局部放電脈沖及其在一個(gè)或者多個(gè)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(shí)間可以是大約10μ s或者更長(zhǎng)的固定的段持續(xù)時(shí)間。這確保在電纜的一端第一次探測(cè)到脈沖后，被該電纜的另一端反射并且被第二次探測(cè)到的已經(jīng)行進(jìn)了兩倍電纜長(zhǎng)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(gè)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(lái)回傳播而減小，并且可以通過(guò)忽略具有低于某閾值的幅度的脈沖或者通過(guò)預(yù)測(cè)它們到達(dá)傳感器的時(shí)間來(lái)忽略這些脈沖。
[0052]由于每個(gè)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(gè)周期的數(shù)字化信號(hào)相比較是稀疏的，即使在每個(gè)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(duì)有效地存儲(chǔ)、傳輸和處理。
[0053]當(dāng)在電機(jī)I中發(fā)生局部放電事件時(shí)，將導(dǎo)致高頻電磁脈沖沿電纜2傳播到開(kāi)關(guān)裝置和局部放電探測(cè)設(shè)備。通過(guò)探測(cè)和測(cè)量這些脈沖，該局部放電探測(cè)設(shè)備能夠探測(cè)電機(jī)I中的局部放電事件及其幅度，這對(duì)識(shí)別電機(jī)中的故障或潛在故障從而允許在早期采取補(bǔ)救措施而言是有用的。這限制了電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)間并且降低了嚴(yán)重故障或其它事件的風(fēng)險(xiǎn)。
[0054]發(fā)生在電路中其它地方(例如，在開(kāi)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(guò)脈沖傳感器5也將探測(cè)到這些脈沖。
[0055]為了探測(cè)、分類和測(cè)量起源于電機(jī)(與電氣系統(tǒng)中的其它地方相對(duì))的局部放電事件，計(jì)算機(jī)軟件使用了各種技術(shù)。
[0056]通過(guò)同時(shí)分析來(lái)自所有四個(gè)傳感器的輸出并且對(duì)其進(jìn)行比較，有可能區(qū)分由電機(jī)中和開(kāi)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(cè)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(diǎn)處的局部放電事件引起。TEV傳感器6僅對(duì)開(kāi)關(guān)裝置殼體3中由發(fā)生在該開(kāi)關(guān)裝置中的局部放電事件引起的瞬時(shí)電壓敏感。因此，當(dāng)TEV傳感器6和一個(gè)或者多個(gè)HFCT傳感器5同時(shí)或者基本上同時(shí)探測(cè)到脈沖時(shí)，計(jì)算機(jī)將該探測(cè)到的事件識(shí)別為該開(kāi)關(guān)裝置附近的事件，即，并非起源于電機(jī)I中。在這種情況下，在基本相同的時(shí)間可以在TEV傳感器和一個(gè)或者多個(gè)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(duì)地局部放電事件引起的脈沖。為了達(dá)到該目的，計(jì)算機(jī)10將比較由三個(gè)HFCT傳感器5測(cè)量的信號(hào)。對(duì)于相對(duì)地局部放電事件，通常只在單個(gè)相上顯著地看到脈沖，該相即為放電所發(fā)生的相。對(duì)于相間局部放電事件，由于局部放電發(fā)生在兩個(gè)或者三個(gè)相之間，所以在兩個(gè)(有時(shí)為所有三個(gè))相上看到具有相似幅度的脈沖。當(dāng)脈沖同時(shí)發(fā)生在兩個(gè)或者更多相上(但卻未被TEV傳感器6檢測(cè)到)時(shí)，該事件被分類為相間事件，并且識(shí)別出所涉及的相?；蛘?，只有當(dāng)在兩個(gè)以上傳感器上同時(shí)測(cè)量到脈沖并且測(cè)量的脈沖中的兩個(gè)脈沖具有相反的極性和相似的幅度時(shí)，該事件才可能被分類為相間事件。當(dāng)各個(gè)脈沖的幅度在彼此的20%以內(nèi)時(shí)，這些脈沖被認(rèn)為具有相似的幅度。
[0058]當(dāng)僅在一個(gè)相上顯著地測(cè)量到脈沖(但是不是在TEV傳感器6上)時(shí)，該事件被分類為相對(duì)地事件。在實(shí)際中，相對(duì)地事件可能在多于一個(gè)相上引起脈沖，但是在一個(gè)相上測(cè)量到的脈沖將遠(yuǎn)大于在其它相上測(cè)量到的脈沖。因此，當(dāng)在一個(gè)相上探測(cè)到脈沖的幅度為在另一個(gè)相上同時(shí)探測(cè)到的脈沖的幅度的至少10倍時(shí)，該事件被分類為相對(duì)地事件。
[0059]不同通道上的同時(shí)脈沖都將在相同的數(shù)據(jù)段內(nèi)被探測(cè)。
[0060]圖4示出了由相間以及相對(duì)地局部放電事件引起的電機(jī)產(chǎn)生的局部放電脈沖。
[0061]然后分析探測(cè)到的脈沖的脈沖波形以進(jìn)一步區(qū)分起源于電機(jī)中的局部放電事件與起源于其它源(比如，電纜和開(kāi)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(jī)I沿電纜2傳播時(shí)脈沖形狀變化。當(dāng)脈沖沿電纜傳播時(shí)，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(jī)處(上圖)測(cè)量的局部放電脈沖以及在電機(jī)處測(cè)量的同一脈沖。在電機(jī)處測(cè)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(kāi)關(guān)裝置處測(cè)量的脈沖基本上包括高度大大降低的單個(gè)峰。實(shí)際上，較高頻已經(jīng)被過(guò)濾掉，并且該脈沖已經(jīng)開(kāi)始呈現(xiàn)“鯊魚(yú)翅”形狀。通過(guò)識(shí)別具有這些特性的脈沖，計(jì)算機(jī)能夠?qū)⑵渑c起源于開(kāi)關(guān)裝置處的脈沖和一般噪聲信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)。為了描述脈沖形狀的特性，計(jì)算機(jī)10計(jì)算下列參數(shù)中的部分或者全部:上升時(shí)間、下降時(shí)間、脈沖寬度、頻率組成、幅度、極性和振蕩數(shù)量。可以將這些參數(shù)與計(jì)算機(jī)10所存儲(chǔ)的值進(jìn)行比較，當(dāng)這些參數(shù)落在存儲(chǔ)的范圍以外時(shí)，可以相應(yīng)地對(duì)脈沖進(jìn)行分類:起源于或不起源于電機(jī)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(shí)間、下降時(shí)間和脈沖寬度的測(cè)量值。在該示例中，上升時(shí)間是在脈沖的上升沿高度的大體10%至90%之間測(cè)量的，下降時(shí)間是在脈沖的下降沿高度(幅度)的大體90%至10%之間測(cè)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(cè)量的。可替代地，或者另外地，可以在上升沿和下降沿高度的10%處之間測(cè)量脈沖寬度。然后，這些測(cè)量值連同脈沖主頻率的頻率測(cè)量值，可以在基于知識(shí)規(guī)則的分析算法中使用，從而分析在脈沖傳播時(shí)的脈沖形狀。如果脈沖上升時(shí)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(shí)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(jī)。
[0064]對(duì)于這些探測(cè)到的已經(jīng)被分類為起源于機(jī)器或者電纜的脈沖，通過(guò)比較在數(shù)據(jù)段內(nèi)捕獲的脈沖的測(cè)量特性來(lái)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(duì)于給定長(zhǎng)度的電纜，脈沖將花費(fèi)給定時(shí)長(zhǎng)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(shí)間。對(duì)于給定長(zhǎng)度的電纜，可以通過(guò)從電纜的一端沿電纜發(fā)送測(cè)試脈沖然后測(cè)量在發(fā)射點(diǎn)處接收到反射脈沖之前所經(jīng)過(guò)的時(shí)間來(lái)測(cè)量或者計(jì)算該返回時(shí)間。計(jì)算機(jī)10被設(shè)置為測(cè)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(shí)別為反射脈沖)的探測(cè)之間所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。如果在小于電纜返回時(shí)間的時(shí)間段(或者至少小于電纜返回時(shí)間的選擇閾值時(shí)間)之后探測(cè)到反射脈沖，則該脈沖被識(shí)別為起源于電纜2，并且因此不起源于電機(jī)I。
[0065]在該階段，計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別起源于電機(jī)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(duì)地事件。
[0066]測(cè)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(kāi)關(guān)裝置處測(cè)量的脈沖幅度并不對(duì)應(yīng)于在機(jī)器處測(cè)量的脈沖幅度。通過(guò)兩種方式來(lái)補(bǔ)償該衰減效應(yīng)。首先，測(cè)量電荷含量(通過(guò) 積分得到的脈沖下的面積)而不是峰值脈沖幅度。在一個(gè)示例中，在長(zhǎng)度大約900米的電纜上，峰值脈沖幅度沿電纜的長(zhǎng)度方向被衰減了超過(guò)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(cè)量出的電荷量施加脈沖保留因子，以使測(cè)量值接近于在機(jī)器處應(yīng)當(dāng)測(cè)量到的測(cè)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(yàn)上地確定適當(dāng)?shù)囊蜃?。?duì)于具有1000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(jì)算機(jī)將為該局部放電脈沖的電荷含量計(jì)算一個(gè)數(shù)值，該數(shù)值接近于在機(jī)器處應(yīng)當(dāng)測(cè)量到的數(shù)值。
[0067]參考圖6中所示的示例脈沖，可以通過(guò)下式來(lái)計(jì)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(gè)或更多個(gè)傳感器，其用于對(duì)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(cè)，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(cè)到的脈沖，以確定探測(cè)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(dú)的通道上的所述或每個(gè)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(gè)周期的持續(xù)時(shí)間并且包括在所述持續(xù)時(shí)間內(nèi)來(lái)自所述或每個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)塊以探測(cè)局部放電脈沖，以及針對(duì)每個(gè)探測(cè)到的局部放電事件，存儲(chǔ)包括每個(gè)通道的輸出的數(shù)據(jù)段，所述數(shù)據(jù)段的持續(xù)時(shí)間被選擇為使得在局部放電脈沖被探測(cè)到的通道中僅包括探測(cè)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(gè)數(shù)據(jù)塊以探測(cè)局部放電脈沖，以及針對(duì)每個(gè)探測(cè)到的局部放電事件，存儲(chǔ)包括每個(gè)通道的輸出的數(shù)據(jù)段，所述數(shù)據(jù)段的持續(xù)時(shí)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(fèi)的時(shí)間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，還包括: 一個(gè)或更多個(gè)附加的局部放電傳 感器，所述附加的傳感器被配置成探測(cè)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(duì)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(cè)的所述或每個(gè)傳感器與所述或每個(gè)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(cè)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(gè)附加的傳感器是瞬時(shí)地電壓傳感器。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，包括: 兩個(gè)或多個(gè)傳感器，用于對(duì)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(cè)，并且， 其中，所述區(qū)分裝置被配置成比較由每個(gè)傳感器做出的測(cè)量值，從而確定測(cè)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(gè)局部放電事件被兩個(gè)或多個(gè)傳感器基本上同時(shí)測(cè)量到并且具有相似的幅度時(shí)，將該局部放電事件分類為相間事件；以及當(dāng)一個(gè)傳感器測(cè)量到的局部放電事件的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另外的一個(gè)或更多個(gè)傳感器測(cè)量到的該局部放電事件的幅度時(shí)，將該局部放電事件分類為相對(duì)地事件。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述區(qū)分裝置被配置成測(cè)量以下的任意項(xiàng)或者所有項(xiàng):探測(cè)到的局部放電脈沖的上升時(shí)間、下降時(shí)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(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述區(qū)分裝置被配置成測(cè)量以下的任意項(xiàng)或者所有項(xiàng):探測(cè)到的局部放電脈沖的電荷含量、絕對(duì)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(gè)測(cè)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(cè)量點(diǎn)處的近似值。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述區(qū)分裝置被配置成:識(shí)別在所述或每根導(dǎo)線中探測(cè)到的反射脈沖，測(cè)量在原始脈沖與反射脈沖的探測(cè)之間所經(jīng)歷的時(shí)間，以及將測(cè)量的初始脈沖與反射脈沖之間所經(jīng)歷的時(shí)間與一存儲(chǔ)值相比較，從而確定探測(cè)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(chǔ)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(fèi)的時(shí)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(jī)器的根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)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(kāi)關(guān)裝置，以及用于監(jiān)視的設(shè)備被安裝在所述開(kāi)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(shí)，其中，所述瞬時(shí)地電壓傳感器與所述開(kāi)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(xiàng)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(xiàng)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(gè)傳感器，每個(gè)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(xiàng)所述的設(shè)施，其中，待監(jiān)視的設(shè)備位于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中，所述用于監(jiān)視的設(shè)備位于所述爆炸危險(xiǎn)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(duì)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(cè)的一個(gè)或更多個(gè)傳感器； 探測(cè)所述局部放電脈沖；以及 分析探測(cè)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(gè)傳感器被安裝在距離機(jī)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(gè)或更多個(gè)附加的局部放電傳感器，所述一個(gè)或更多個(gè)附加的局部放電傳感器被配置成:探測(cè)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(gè)或更多個(gè)傳感器與所述一個(gè)或更多個(gè)附加的傳感器的輸出進(jìn)行比較，從而確定由所述一個(gè)或更多個(gè)傳感器探測(cè)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(gè)附加的傳感器為瞬時(shí)地電壓傳感器。
25.根據(jù)權(quán)利要求21至21中任一項(xiàng)所述的方法，包括步驟:計(jì)算探測(cè)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(cè)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(xiàng)所述的方法，包括步驟:同時(shí)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(shí)間，從而確定所述局部放電脈沖的原因。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK103930789SQ201280056292
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)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(fèi)洛, 馬爾科姆·塞歐特?zé)?格蘭特, 羅斯·麥金利 申請(qǐng)人:高電壓局部放電有限公司