一、 系统概述

GIS设备局部放电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》等相关在线监测技术要求研发的产品。系统采用接触式超声波局部放电检测技术、外置式特高频局部放电检测技术，适用于GIS高压电气设备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。

局部放电测量有助于发现GIS内部的多种绝缘缺陷，是诊断GIS健康状态的重要手段。在GIS制造、安装、运行和检修的各个环节，凡是具备条件的，都应该进行局部放电检测。在变电站现场，由于受电磁环境、检测设备和试验电源等条件的限制，通常难以对GIS进行常规的脉冲电流法检测。实践经验表明，局部放电超声波和特高频检测具有检测灵敏高和抗干扰能力强的特点，提供多种局部放电二维，三维图谱波形和放电幅度情况，可以较好地评估电气设备局部放电情况，适用于发电厂和变电站现场条件下的GIS局部放电测量。

系统示意图如下图所示：

如图 1 所示，GIS设备局部放电在线监测系统主要由前端外置式特高频传感器或者接触式超声波传感器、多通道局部放电采集单元、综合IED处理单元、数据分析终端服务器和局部放电分析软件构成，前端局放信号采集传感器安装在GIS设备绝缘盆子等位置，通过同轴电缆接入局部放电采集单元，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，六通道同步采集传感器耦合的特高频放电信号，通过同步控制单元和实际电压相位保持一致。同时采用触发采集模式，当触发信号达到触发采集阈值时，局部放电采集单元立即采集一定时长的局部放电信号，由于系统采用同一触发信号对各局部放电采集单元进行同时触发，因此各采集单元能够达到高度同步性，同步时差＜100ns。

局部放电后台监测软件主机（服务器）通过光纤、网线、RS485或者4G网络可集中控制各局部放电采集单元，调整采集单元的采集时间间隔和发射数据间隔，同时接收各局部放电采集单元返回的局部放电波形，并实时显示和存储，根据各局部放电采集单元测量到局部放电的放电量、极性及时间差，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。

功能特点

● 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，发出警报给用户。

● 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

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GIS的密封和绝缘性能，不影响设备的安全运行。

二、监测系统介绍

2.1 测量原理

电力设备绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高。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：

本系统采用模块化设计方法，通过安装在GIS气室间隔之间的盆式绝缘子上的特高频传感器和GIS壳体上的超声波传感器，来检测GIS本体里的局部放电脉冲特高频信号和超声波信号，检测到的信号通过同轴电缆传送至智能无线局放采集单元，经多次采集（一般测量50个工频周期）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发射单元传送至后台服务器。

    采集单元可采用电压外同步或者单元内同步方式，用以标定各种特征信号发生的时刻值，实现各终端之间的相位和时基同步，方便后续局放图谱分析。

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，传输给数据服务器集中处理，然后交给在线监测软件统一呈现。

2.2 系统组成框图

以光纤或者网线方式布局的GIS在线监测系统为例，如下为系统组成示意图，由若干采集单元和在线监测数据服务器构成一个封闭的光（电）网络，监测数据统一在数据服务器集中，再由数据服务器定时输送给电脑的在线监测软件。检测信号端分别用同轴电缆线连接各个局放传感器。

其中在线监测数据服务器请使用和服务器电脑连接或者连接外网路由器。多个监测子站可以通过把数据服务器连接到一起汇聚成一个较大的监测网络（注意数据服务器的IP地址不要冲突，监测子网的光网络相互隔离）如图5所示。

2.3 特高频传感器

特高频传感器用于接收被测设备局放产生的特高频电磁波信号。

可选外置式和内置式特高频传感器。

主要技术参数：

工作频带：300～1500MHz；

  平均有效高度：≥10mm。

2.4 局放检测单元

1. 检测单元实时采集并处理特高频局放信号；

2. 监测过程无需人工干预，自动、实时、连续监测；

3. 具有幅值监测、周期图谱监测、PRPD2D-PRPS3D监测功能；

4. 安装简单方便，适用于GIS设备现场安装，不改变原有功能部件；

5. 可通过后台监控软件实时查看数据和调阅历史测试数据，方便进行横向和纵向数据对比，并进行专家级数据分析。

通信方式

1. 检测单元和传感器之间采用50欧同轴电缆连接；

2. 检测单元和通讯控制终端之间可采用多种可选通信方式，包括光纤RS485通信，有线网络等；也可以通过WIFI方式进行数据通信，优点是不受GIS内部高压设备电场的影响；

2.5 在线监测数据集中器（选配）

数据服务器用于和智能检测单元组成分布式检测局域网，通过光纤（或者Lora/RS485/有线网络等）将智能检测单元的数据统一汇总，并通过光纤，网线或者4G网络等多种可选通信方式和位于站内或者远方的控制中心本地服务器进行数据交互。

当布置好网络后，可以根据现场网络情况，通过数据集中器配置软件配置网口地址，作为数据出口上传到后台WEB监测平台，光口IP一般不需要修改，出口网关根据实际网络修改，后台WEB服务器URL，根据后台WEB服务器地址修改，数据服务器SN一般不要修改。

三、在线监测软件介绍

3.1 主要功能

监测系统软件采用分布式的设计和部署，满足的横向和纵向扩展，前端ui和后端服务完全分离，后端采用微服务的系统架构，搭配nginx进行负载，数据采用sql server关系型数据库来存储，前端采用主流react，umi，以及antd风格ui组件，系统功能，配置丰富，行业参数设置齐全，数据展示图表简洁明了，实时数据信息交互和展示。

软件主要用于管理布局在线的各个监测终端，根据用户配置，将一些全局设置发送给数据服务器，接收数据服务器上传的各个采集单元的监测数据，如监测周期内的峰值，一个工频周期内的采样到的所有信号值。再根据用户指令，对数据归类分析，图谱展示，阶段性数据报表生成，预警消息查看等。

由于局放一般存在一个渐进和时间积累的过程，软件定时存储每个监测节点的数据，提供局放信号的长时间趋势图，用于观察GIS本体是否存在局放趋势，提前得到预警。

对关注的某个节点获取多种类型的信号图谱，如相位直线图，PRPD，PRPS图谱等，可以和标准放电图谱进行清晰对比。

用户只需使用浏览器输入服务器URL地址，即可查看在线监测的情况。

3.2 监测信息展示

首页展示整个监测站点的概况， 站点的数据服务器配置，采集单元数量，传感器数量，离线和在线统计，本月以及本日异常情况的概览统计，传感器布局状况，实时告警流水信息；

图15 首页监测单元概览信息

点击某个采集单元进入其所辖传感器页面，页面中间展示各个传感器的最新检测数据，以及当日峰值，最新采集值，告警状态等；

如有检测异常，以红色或者黄色标志超过阈值的监测单元，用户可以根据对应现场查看异常所在位置。

图16  某采集单元下辖传感器情况

可以通过点击某个传感器图标，进入查看局放趋势折线图，系统展示各个阶段的局放曲线，以及具体数据峰谷值，可以对一段时间内某个监测点进行局放趋势分析，以及和相邻监测节点的对比分析。分析时间段可以通过左上角时间选择器做筛选。

图17 局放趋势折线图

点击趋势折线图上的某个数据采集点，可进入详细的如下一些局放特征图谱，对局放情况做进一步的细节分析，如PRPD,PRPS,相位直线图等，从局放峰值，有效值，噪声水平，放电次数，放电周期数，诊断概率，告警级别，放电类型，峰值相位等多个维度去分析采集到的局放信号群（具体分析方法可以参考电网公司的局部放电检测细则和现场应用导则）。

图18  局放PRPD图谱

图19 局放相位直线图谱

图20  局放PRPS图谱

3.3 信息配置

监测站点的数据服务器，采集单元，传感器的配置信息是由监测软件自动获取的，不需要人工去增删。当需要编辑别名，以方便测试站点和部位的记忆，可以进入信息配置页面，对各层级编辑别名信息。

 站点基础配置，可以增加和删除监测站点，站点编码务必唯一，采集频率为常规采集单元数据上传给后台的时间间隔，低功耗采集频率为一些低功耗电池型采集单元数据上传给后台的时间间隔。

站点参数配置提供了对于当前项目所接入的各种类型传感器的阈值和测量范围的设置，如下图：

图22  站点参数配置

本平台支持多种变电系统常用的监测传感器，在系统应用时，可以选择当前项目所使用的传感器类型，予以激活启用，如下图：

图23  传感器类型配置

采集单元配置页面集中展示了当前系统在线和离线状态的单元情况，可以通过编辑修改采集单元的配置名，便于区别不同的监测单元。

传感器信息配置页面集中展示了当前系统采集单元和传感器的从属关系，可以通过编辑，来重命名传感器名，便于区别传感器的安装和监测位置，页面显示如下：

采集数据信息查询页面详细展示了各个采集时间点，各传感器通道的采样数据信息，可以通过传感器类型，采集单元编号，采集时间段，是否存在预警等方式来快速筛查数据，迅速查看被监测系统是否存在问题。

图26  采集数据记录查询

四、系统技术参数

Ø 适用范围

可以在不停电的状态下对设备进行带电检测，适用于GIS设备的特高频局部放电信号和超声波信号的在线监测。

Ø 环境条件 

环境温度 -30℃～60℃；

相对湿度 ≤95%；

Ø 供电方式

外部AC220V供电；

Ø 特高频传感器： 

检测波段：300～1500MHz；

检测灵敏度：-70dBm；

测量范围: -80dBm~-10dBm

动态范围：70 dBm

Ø 图谱显示

多种图谱显示方式： 趋势折线图，PRPD, PRPS, 相位直线图等。