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UMS1-GIS局部放电在线监测系统前言局部放电属于不会使电极完全短接起来的电气放电，这种放电的幅值通常都很小.但是，它们确实可以致使绝缘性能不断地劣化，可能导致最终的故障。局部放电会多种方式放射能量：无线电波，光，热，超声等。在GIS局放电测中常常采用基于检测无线电波、超声波等方式进行非侵入式检测，提供快速又简单的方法，用于识别可能会引起停电或造成人员伤害的潜在绝缘故障。GIS局部放电是指发生在GIS绝缘结构中局部区域内的放电现象，包括：自由金属颗粒放电、悬浮电位体放电、沿面放电、绝缘件内部气隙放电、金属尖端放电放电等。我们根据国内外实践的有效理论和经验，设计了基于特高频电磁波脉冲检测的GIS在线监测系统。UA在线监测节点可以提供永久性和半永久性的变电站GIS在线监测功能。它集成了特高频UHF传感器，特高频信号的幅度，相位及两者的变化趋势分别与GIS内的局部放电信号存在确定性关联，从而可以实现对工作中的GIS局部放电状态进行监测和分析。由于采用非侵入式测试手段，监测系统无需对GIS类别和设计提出特别更改，是一种得到广泛认可的状态监测故障预警的有效方案。此外还兼具安装方便，调试简单，维护成本低廉等多种优点。系统可将多达127个节点连起来，具有GIS局部放电检测和故障定位方面较为全面的能力，客户通过网络能够远程访问系统监测分析结果，实施对关键的电力资产的连续监测。系统概述UA在线监测系统由一个GIS现场监测中央单元和多个UA节点及UHF传感器组成。按照《变电设备在线监测系统技术导则》中的要求，将整个监测系统按照执行功能分层，自顶向下分为上层平台，站控层，间隔层，过程层。按照《变电设备在线监测系统技术导则》中的描述过程层实现变电设备状态信息自动采集、测量、就地数字化等功能。间隔层实现被监测设备相关监测装置的监测数据汇集、数据加工处理、标准化数据通讯代理、阈值比较、监测预警等功能。由于本系统中过程层到间隔层未采用61850格式的通讯，所以在间隔层中设置了监测单元，将通讯标准对上层统一转换为IEC61850格式。站控层包括站端监测单元。实现整个在线监测系统的运行控制，以及站内所有GIS监测单元的在线监测数据的汇集、综合分析、故障诊断、监测预警、数据展示、存储和标准化数据转发等功能。上层平台通常指网省侧主站或集控中心。上层平台通过网络可以浏览各变电站内所有GIS的运行状态和报警状态。特高频监测特高频监测通信GIS监测单元监测节点Ethernet １００／１０００ Mbps，IEC61850间隔层过程层站控层站端监测服务器（多个GIS监测单元与之连接，全面掌控各监测节点的运行状态）工作站IEC61850远程监测开关设备上层平台GIS监测单元特高频监测图1系统结构框图系统拓扑图如下：监测单元监测单元监测单元站端监测服务器便携电脑其他系统Ethernet IEC61850上层平台站控层间隔层工作站传感器传感器传感器图2系统拓扑图UMS1监测节点每一个UMS1监测节点由4路UHF超高频检测通道构成，每一个通道接入一个UHF传感器，UMS1监测节点通过连续记录从GIS中辐射出的特高频信号幅度、相位和时间历程趋势信息来分析和表征GIS内部的局部放电水平和可能的放电原因、机理，监测和预警变电站设备的工作和故障状态，为后续的故障分析提供依据。UMS1监测节点由金属盒覆盖，通过缝隙槽绑定在GIS上。各监测节点之间通过以太网络与监测单元进行数据通信。UHF传感器位于GIS盆式绝缘子与金属法兰的的接缝的中间位置，具体安装位置由用户选择。这样的设计使得UHF监测位置相对独立，可根据GIS内部构造和类型需要任意调节监测点位置，获得最佳监测灵敏度。每个UMS1节点用通道指示灯来显示对应通道放电活动的状态。通道指示灯分为三类：幅度状态及趋势状态，关联状态。所以UMS1节点对应有三种报警状态，分别为：幅度报警，趋势报警，关联报警。幅度报警：当统计数据的最大幅度超过设定的警戒值（黄色或红色）时，产生报警事件。超过黄色警戒值小于红色警戒值时，产生黄色报警事件，此时黄灯亮。超过红色警戒值时，产生红色报警事件，此时红灯亮。与幅度报警不同，趋势报警着重于较长时间段(30s-300s)内的统计情况,当在设定的报警时间段（30s-300s）内，每秒超过黄色警戒值或者红色警戒值的次数（活跃次数）达到设定的阈值（报警活跃度），即产生趋势报警事件，当超过黄色警戒的幅度与次数的加权值大于红色的加权值时，产生黄色报警事件，黄灯亮。反之，产生红色报警事件，红灯亮。举个例子，假定设置的报警时间段为120s，设置的报警活跃度为0.75，这说明，如果在120秒内，出现了90秒的超过警戒值的情况，就会产生趋势报警，具体的报警等级（黄色或红色），是根据幅度与次数的加权值大小决定。当前统计的数据在相位分布上如果与工频相关，且超过了设定的相关性阈值，将产生关联报警事件。监测节点通过以太网总线与现场监测单元通讯，传递测试数据和接受远程指令控制。UHF特高频信号当局部放电活动出现在GIS绝缘中时，会产生无线电频率范围内的电磁波，可以通过金属外壳上的缝隙泄漏到外表面。这些缝隙可以是GIS盆式绝缘子与金属法兰的的接缝或其他绝缘部件周围的间隙。当电磁波信号传播到GIS外表面时，它会被放置的UHF传感器接收，并经过节点的装置的检波放大后，提取峰值和相位信息等统计信息，并分析是否触发报警事件，并将结果传输到间隔层的监控单元。在GIS运行中，UHF传感器在GIS的外表面感应其内部辐射的UHF信号来检测和判断GIS内各部件的局部放电活动水平。技术参数：最小可测信号：-87dBm动态范围：0~70dB工作频率范围：400MHz~1600MHz传感器尺寸：4cm*4cm驻波比:=1.5UMS1现场监测中央单元现场监测中央单元为一台配置高的服务器主机和一台以太网交换机，安装在接地的金属柜内。中央单元与外界的接口分别是：电源接口、以太网接口。服务器主机上安装UMS1在线监测上位机软件，接收来自各监测节点的统计数据，并将数据记录到本地数据库中，上位机软件根据各节点的数据，执行智能分析算法，形成特征图谱数据，包括Q-ΦQ-N-Φ,PRPD图，以及放电趋势图。产生放电事件时，能识别出放电类型和严重程度。现场监测中央单元通过以太网和IEC61850协议连接站控层计算机和后端数据库，实现变电站综合在线监测数据的汇集、综合分析、故障诊断、监测预警、数据展示、存储和标准化数据转发。站控层61850协议实现站端监测服务器通过AMQP消息队列系统产生和消费消息，AMQP消息队列系统与上层平台的MMS服务器之间传输标准的61850消息，站端监测服务器与现场监测单元之间传输私密消息协议。这样通过AMQP消息队列实现与上层平台的61850协议通讯。MMS服务器AMQP消息队列系统解析标准61850消息产生标准61850消息站端监测服务器消费消息产生消息现场监测单元私密协议图361850协议的转换UA监测节点性能指标指标描述通道数4个测量通道，接入超高频传感器采样速率20Msps采样精度12Bit检测灵敏度UHF通道最小可测放电量5pC检测动态范围UHF:70dB检测信号带宽超高频400MHz-1600MHz同步方式默认为内同步，由节点自身提供同步信号，也可外接同步信号装置，在上层操作界面上可以进行配置切换。整机功耗12瓦/时CPU(主频)AtomN2701.6GHz操作系统WindowsXPEmbedded防护能力检测装置电源端子和信号端子对地应能承受1min/2kV的工频耐压和5kV标准雷电波（1.2/50us）有VFTO瞬态过压、过流、防雷等保护措施抗震性能能够耐受地面水平加速度0.25g和地面垂直加速度0.125g的振动试验（g为地心引力加速度，9.8m/s2）电磁兼容性能能承受GB/T14598.9中规定的严酷等级4级能承受GB/T17626.5中规定的严酷等级4级能承受GB/T17626.8中规定的严酷等级4级