一．在线监测系统简介

1.1 系统概述

开关柜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》等相关带电检测技术要求研发的产品。系统采用非接触式超声波、暂态地电波、特高频局部放电检测技术，适用于金属封闭式成套开关柜产品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。

金属封闭式成套开关柜产品广泛应用于各厂矿企业，输变电站等，这些开关设备的安全可靠运行，决定了供电的可靠性和安全性，在供电系统中占有举足轻重的地位。由于电气设备在长期运行中必然存在电性能、热性能、化学性能以及异常状况下形成的绝缘劣化，导致电气绝缘强度降低，产生局部放电，进而发生故障，影响开关柜的使用寿命。

本系统旨在通过柜体外部布署智能无线局部放电传感器（非接触式超声波，TEV，温度（可选）），特高频智能无线传感器，配合无线数据采集终端，在线监测配电房开关柜运行过程中的局放信号，通过对一些测试阀值的设置，频谱分析，图谱显示，让用户能方便地判断是否设备存在局部放电，根据其中长期趋势，较早地发现潜在的故障隐患，将以往被动的检测方式变成主动的“防御”性监测，使得开关柜产品使用更加安全可靠，也为产品增加新的技术亮点。

系统示意图如下图所示：

图1.1   内置式开关柜局放在线监测系统示意图

如图 1 .1所示，系统主要由非接触式超声波（AA）、特高频(UHF)、暂态地电波（TEV）三合一前置传感器、高频局放传感器（HF）,信号采集单元，汇控柜，在线监测服务器（在线局部放电分析系统软件）构成。AA+UHF+TEV前端局放信号采集传感器通过磁吸方式安装在开关柜设备柜体壁上， HF局放传感器套接在开关柜的电缆接地引下线处，两者感应各频段的局部放电信号，通过射频信号线传输到采集单元， 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，获得传感器耦合的放电信号，通过内置的信号同步单元和实际电压相位保持一致。多个采集单元可以采用汇控柜的形式集中在一起，方便安装和管理。

局部放电分析软件主机通过有线网络、光纤、或者4G网络可集中控制多个采集单元，接收各局部放电传感器返回的检测数据，实时显示和存储，根据各传感器测量到局部放电的放电量、背景噪声，放电脉冲数量，峰值相位等，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。

1.2功能特点

开关柜局部放电在线监测系统适用于10KV 及以上电压等级的电缆以及开关柜局部放电在线监测。能实时监测放电量，放电相位，放电次数等基本局部放电参数；计算出各开关柜及电缆段局部放电幅值、频次；经多次采集后，从数据库提取数据进行谱图分析和数据报表以确定放电点相对位置，必要时给出报警。并可按照客户要求，提供有关参数的统计量。能存储测试谱图、放电趋势，从而及时发现电缆及接头的绝缘缺陷，并为评估其绝缘水平及老化程度提供判据，为电缆的检修工作提供依据。

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。

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

可以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

系统的接入不影响开关柜的密封和绝缘性能，不影响设备的安全运行。

二．测量原理和硬件组成

2.1 测量原理

系统采用模块化设计方法，通过安装在开关柜柜体表面和缝隙处的TEV传感器和非接触式超声波传感器，来检测开关柜本体里的局部放电暂态地电波信号和超声波信号，检测到的信号经多个采集周期后，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传送至无线数据中继单元，再通过各种通讯接口传送至后台。

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，传输给服务器软件。

非接触式超声检测

基于声发射原理（AA），通过非接触式超声传感器收集电力设备局部放电时发出的超声波信号。

电力设备在放电过程中会产生的声波的频谱很宽，从几十 Hz 到几 MHz， 频率低于 20kHz 的信号能够被人耳听到，而高于这一频率的超声波信号必须用超声波传感器才能接收到。根据放电释放的能量与声能之间的关系，检测声信号的幅度、相位、频率、噪声等，以及与运行（施加）电压之间关系，可以有效反映开关柜等电力设备绝缘缺陷程度与位置。

非接触式超声波检测原理如下图所示：

高频局放检测

电缆内部局部放电产生的电流脉冲还可以激发出电磁波，包括中低频和HF段电磁波，然后根据接收的信号来分析局部放电的严重程度及其位置。 该方法特别适合在电缆头位置处检测，电缆头是局放发生概率最高的位置，且HF信号更容易传出来被检测到，可定制合适的频带实现抗感扰的目的，也能对故障实现定位。

系统采用模块化设计方法，通过安装在电缆接头接地线上的脉冲电流传感器，来耦合电缆本体里的局部放电脉冲电流信号，耦合到的脉冲信号通过同轴电缆传送至智能无线数据采集终端，经多次采集后， 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服务器。

特高频检测

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：

2.2 硬件组成

2.2.1 前置局放传感器

内置式AA+UHF+TEV放传感器，集成了超声波，特高频，暂态地电压三种局放检测手段，通过对不同频段的局放信号进行综合感应，将信号传递给采集单元。

此传感器一般安装在开关柜高压室的金属壁上，传感器本身带有强磁性，可以直接吸附，或者使用强力背胶粘贴上去。

高频局放电流传感器由磁芯、罗高夫斯基线圈、滤波和取样单元以及电磁屏蔽盒组成。线圈绕在高频下具有较高导磁率的磁芯上，滤波及取样单元的设计，兼顾测量灵敏度和信号响应频带的要求。为了抑制干扰，提高信噪比，并考虑到防雨、防尘等要求，罗高夫斯基线圈及滤波采样单元都安装在金属屏蔽盒中。

高频局放传感器一般安装在开关柜进线或者出线电缆的接地线上。使接地线贯穿传感器的中央圆孔。

2.2.2 局放采集单元

单个局放采集单元提供多达16路的局放信号检测通道，根据现场需求，可配置为高频局放，特高频局放或者非接触式超声波局放监测，连接配套的前置传感器。

单元侧面为电源和RS485接口，采用直流5V供电，外部可以通过交流转5V开关电源配套使用，RS485接口作为辅助通信端口，外接第三方主控设备，支持第三方协议对接。LAN口为主通信口，单元的数据和命令交互通过该网口连接到主控制网络中，接收系统系统平台的管理和数据收发。

2.2.3 采集单元汇控柜

当现场需求的采集点位比较多时，可以使用汇控柜形式，将采集单元统一安装到柜内，采集单元采用导轨式安装到轨道支架上，并将网口统一连接到柜内的光电交换机上，交换机通过光纤再连接到上层网络中。

三．在线监测平台软件介绍

3.1 界面操作

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，用于观察电力电缆是否存在局放趋势，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， 站点内的检测对象数量，采集单元数量，传感器通道数量，离线和在线统计，本月以及本日异常情况的概览统计，传感器和被监测对象的布局状况，数据采集上传和实时告警流水信息；

点击左侧站点目录树上的被测对象名，可以进入该被测对象配置的传感器数量和测试数据信息页面，展示传感器通道的最新检测数据，以及当日峰值，最新采集值，告警状态等；

如有检测到异常，以红色或者黄色背景显示超过所设局放信号阈值或者存在放电情况的传感器通道，用户可以根据对应现场安装情况查看异常所在设备。

点击需要查看的某个传感器通道，进入其所属监测对象的以幅度值为纵轴，时间为横轴的各个传感器通道的趋势图谱，局放类趋势图，展示局放的峰值，有效值，噪声水平值得趋势线。可以选择不同的时间段来查看数据趋势，阶段性峰值通过水滴形图标显示。曲线可以点击上方按钮显示和隐藏，趋势图中的红黄两虚线为系统设置的注意和警告阈值线。

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）。

3.3 基础设置

3.3.1 站点基础配置

监测站点的采集单元，传感器的配置信息是由在线监测平台自动获取的，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，站点编码务必唯一且和所辖采集单元的编码保持一致，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，由于电池电量有限，请设置合理的低功耗采集频率，防止电量耗损过快。

 局放脉冲计数阈值，用于判定单位次数采集到的局放脉冲数是否超过该值，如果局放脉冲超过该值，则被判为存在局放可能，用于滤除一些环境中偶发的脉冲信号干扰。

3.3.2 站点参数配置

    配置选定站点内的各个传感器类型的告警阈值，注意阈值，测量范围最大值，最小值，图像低位值等。

3.3.3 传感器类型

根据项目实际情况，启用所需的传感器类型。

3.3.4 采集单元

系统中各个站点接入的采集单元编号（根据站点编码，采集单元上线后自动接入），采集单元名称，别名，所属站点名，站点编码，数据集中器名（可能是虚拟的数据集中器），最后修改时间，在线状态，创建时间等。

3.3.5 监测对象绑定

根据项目实际情况，将采集单元上的传感器通道绑定到实际监测对象上，一个监测对象可以绑定不同采集单元上的多个传感器通道，监测对象名称根据实际情况命名。顶部可以通过站点编码，监测对象名称，绑定传感器信息，启用状态等进行检索。

3.3.6 传感器信息

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：

3.4 数据分析

3.4.1 图表统计

 展示各个被测对象所配传感器通道的局放趋势图谱，详见监测信息展示页面。

3.4.2 采集记录

    以列表形式展示系统内所有单元的传感器通道以日为单位的数据采集和上传信息以及异常信息，异常信息以红色标注，如果确认异常信息为干扰或者误报，可以点击清除异常按钮来消除该条记录。

3.4.3 异常统计

 展示指定时间段内监测设备的异常占比，以及监测到异常信号的传感器通道占比。

3.4.4 统计报告

      选择指定时间段内，指定传感器的监测情况，输出运行报告或者故障简报，以PDF格式文件导出。

3.5 系统信息

3.5.1 系统配置

    对于系统项目名称，首页数据刷新时间，是否以监测设备为视角，顶部banner图表做设置，以及数据库的数据清除。

3.5.2 修改密码

      修改用户登录密码。

四．系统技术参数

环境条件 ：   环境温度 -25℃～60℃； 相对湿度 ≤90%；

暂态地电压：  频率范围：3～100MHz；测量量程：0～60dBmV ；

分辨率：1dBmV；线性度误差：<±20%;

空气超声波：  中心频率: 40±1KHz; 测量范围：-7~70dBuV;

分辨率：1dBuV； 线性度误差：<±20%;

特 高 频：    频率范围：300MHz~1500MHz；测量范围：-80dBm~-10dBm

分辨率：1dBm；线性度误差：<±20%;

传感器平均有效高度：≥10mm；

尺     寸：   内置式三合一传感器: 165*100*55 mm； 重量：0.6kg；