一种开关柜绝缘劣化气体检测系统及方法
阅读说明：本技术 一种开关柜绝缘劣化气体检测系统及方法 (Switch cabinet insulation degradation gas detection system and method ) 是由 毕海涛 鲁旭臣 许傲然 高阳 李爽 李泽曦 刘佳鑫 杨鹤 汪宇 刘博� 郎业兴 于 2020-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明属于绝缘劣化气体检测技术领域,尤其涉及一种开关柜绝缘劣化气体检测系统及方法。本发明系统是由流量传感器、管道、连接线缆、进样装置、检测单元、数据采集装置、处理单元、通讯装置、预警装置及控制箱组成。本发明基于对开关柜绝缘劣化气体进行检测,通过监测开关柜内部气体分解组分含量、产气速率的变化,进而监测开关柜内部放电情况和绝缘状态,并充分考虑开关柜通风散热等情况下产生空气流通的影响,对气体组分检测结果进行校正,大大提高了对开关柜内部放电情况和绝缘状态判断的准确度,可以更加准确地了解和掌握开关柜内部绝缘缺陷类型的性质和特征,从而为确定开关柜发生的绝缘劣化类型和位置提供参考依据。(The invention belongs to the technical field of insulation deterioration gas detection, and particularly relates to a switch cabinet insulation deterioration gas detection system and method. The system of the invention consists of a flow sensor, a pipeline, a connecting cable, a sample feeding device, a detection unit, a data acquisition device, a processing unit, a communication device, an early warning device and a control box. The invention is based on the detection of the insulation deterioration gas of the switch cabinet, monitors the discharge condition and the insulation state in the switch cabinet by monitoring the content of the decomposition components of the gas in the switch cabinet and the change of the gas production rate, fully considers the influence of air circulation generated under the conditions of ventilation and heat dissipation of the switch cabinet and the like, and corrects the detection result of the gas components, thereby greatly improving the accuracy of judging the discharge condition and the insulation state in the switch cabinet, more accurately knowing and mastering the property and the characteristic of the insulation defect type in the switch cabinet and further providing a reference basis for determining the insulation deterioration type and the position of the switch cabinet.)
技术领域
本发明属于绝缘劣化检测技术领域，尤其涉及一种开关柜绝缘劣化气体检测系统及方法。
背景技术
开关柜是电力系统的关键主设备之一，安全可靠、结构紧凑、占地省、操作方便等优点，在输配电过程中起着控制或保护的作用，对电力系统的可靠性具有重大影响。开关柜在制造、配送、安装、运行和检修等过程中，不可避免的会产生各种绝缘缺陷，这些绝缘缺陷若不能及早发现而任其发展，易引起开关柜在运行中的电场畸变，诱发局部放电，最终造成生产事故，给发电企业带来巨大的经济损失和负面的社会影响。
在发生局部放电时，绝缘介质会产生一些特定的气体，如含氮化合物、硫化合物、CO、O3等，产生气体的成分、浓度、产气速率等与局部放电的状况密切相关，不同类型的绝缘缺陷引起局部放电的特性有明显的差异，进而使空气在不同类型绝缘缺陷局部放电作用下的分解特性也存在着明显的差异，能反映出开关柜的绝缘状态。因此，对开关柜内的气体进组分行检测，分析放电组分的分解特性以反映开关柜内部放电情况，监测开关柜的绝缘状态，以便采取措施，防止发生恶性事故。
但现有的气体成分检测技术，如红外光谱检测技术、电化学传感器检测技术等，都只注重与气体成分的检测，没有考虑开关柜通风散热等情况下产生空气流通的影响，空气流通会稀释因局部放电而产生气体的浓度，也会导致计算的气体产生速率偏低，最终都会影响对开关柜内部放电情况和监测开关柜的绝缘状态的判断。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种开关柜绝缘劣化气体检测系统及方法，其目的是为了实现能够更加精确的针对开关柜在发生绝缘劣化下产生的气体进行检测，从而更加准确地了解和掌握开关柜内部绝缘缺陷类型的性质和特征，为确定开关柜发生的绝缘劣化类型和位置提供参考依据。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种开关柜绝缘劣化气体检测系统，包括开关柜，所述开关柜上设有进风口和排风口；流量传感器4连接在排风口处，通过线缆与控制箱内的数据采集装置相连接；从排风口处引出管道，管道的另一端延伸至进样装置中；控制箱内设有进样装置、检测单元、处理单元、通讯装置及预警装置依次通过电缆连接，预警装置还通过电缆连接处理单元；处理单元还通过电缆连接数据采集装置，数据采集装置通过电缆连接流量传感器。
所述进风口设在开关柜一侧下方，排风口设在开关柜另一侧上方。
所述检测单元对气体进行气体组分和浓度的检测，通过线缆与处理单元连接，并把所检测的数据发送给处理单元。
所述流量传感器检测空气通风量并传递给数据采集装置。
所述数据采集装置对通风量进行处理，建立通风量-时间对应关系模型，供处理单元调用。
所述处理单元对气体组分和浓度进行特征筛选，并调用通风量-时间关系模型进行修正，与已有的标准关系模型进行比对，对开关柜进行评估，发现绝缘劣化隐患，发出预警信号给预警装置。
所述处理单元通过线缆与通讯装置连接，利用通讯装置将信息实时传递给集控中心。
所述预警装置通过线缆与处理单元相连接，接到处理单元的预警信号，进行报警。
一种开关柜绝缘劣化气体检测方法，包括以下步骤：
步骤1.利用进样装置将开关柜内的混合气体输送给检测单元；利用流量传感器检测气体流量，并由数据采集装置进行处理，建立通风量-时间对应关系模型；
步骤2.检测单元对混合气体进行检测，检测混合气体的组分类别、浓度，并发送给处理单元；
步骤3.处理单元对组分进行处理，计算组分的浓度和产气速率，并调用通风量-时间对应关系模型，对组分的浓度和产权速率进行修正；
步骤4.处理单元根据组分修正后的结果进行特征筛选，并与绝缘劣化的标准关系模型进行比对，对开关柜进行评估；
步骤5. 处理单元发现绝缘劣化隐患后，发出预警信号给预警装置进行报警，并通过通讯装置报送给集控中心。
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种开关柜绝缘劣化气体检测方法的步骤。
本发明具有以下有益效果及优点：
本发明基于对开关柜内的气体组分检测，通过监测开关柜内部气体分解组分含量、产气速率的变化，进而监测开关柜内部放电情况和绝缘状态，并充分考虑开关柜通风散热等情况下产生空气流通的影响，对气体组分检测结果进行校正，大大提高了对开关柜内部放电情况和绝缘状态判断的准确度，更加适合对因设备局部放电故障的逐步发展而造成的绝缘性能状态恶化的检测。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明开关柜绝缘劣化气体检测系统结构框图；
图2为本发明开关柜绝缘劣化气体检测系统布置图；
图3为本发明开关柜绝缘劣化气体检测系统流程图；
图4为本发明中控制箱中设备布图及电气连接图。
图中：
开关柜1，排风口2，进风口3，流量传感器4，管道5，线缆6，进样装置7，检测单元8，数据采集装置9，处理单元10，通讯装置11，预警装置12，控制箱13。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1-图4描述本发明一些实施例的技术方案。
实施例1
本发明是一种开关柜绝缘劣化气体检测系统及方法，其中，检测系统如图1所示，图1为本发明开关柜绝缘劣化气体检测系统结构框图。
本发明系统主要由进样装置7、检测单元8、处理单元10、预警装置12、流量传感器4、数据采集装置9、通讯装置11、管道、线缆等组成。
所述进样装置定量地将开关内的气体送入检测单元；
所述检测单元可以采用红外光谱检测技术、电化学传感器检测技术而得到，对气体进行气体组分和浓度的检测；
所述流量传感器4可以为超声波流量计等，用于检测通风的空气流量；
所述数据采集装置根据接收到的流量传感器的数据，建立通风量-时间对应关系模型；
所述处理单元对气体组分和浓度进行特征筛选，并调用通风量-时间关系模型进行修正，计算产气速率，与已有的标准关系模型进行比对，对开关柜进行评估，发现绝缘劣化隐患，发出预警信号给预警装置，并报送给集控中心；
所述通讯装置可以采用RS232通信、光纤通信、无线通信、GPRS通信、北斗通信中的一种或多种方式，实现处理单元与集控中心的通信。
所述管道用于进样装置与开关柜的连接；
所述线路用于系统各部分间的电气连接。
如图2所示，图2为本发明开关柜绝缘劣化气体检测系统布置图。
本发明系统包括开关柜1、排风口2、进风口3、流量传感器4、管道5、线缆6、进样装置7、检测单元8、数据采集装置9、处理单元10、通讯装置11、预警装置12及控制箱13构成。
在所述开关柜1上设有进风口3和排风口2。其中，进风口3具体设置在开关柜1一侧下方，排风口2具体设置在开关柜1另一侧上方。
进一步的，所述流量传感器4布置在排风口2处，通过线缆6与控制箱13内的数据采集装置9连接。
流量传感器4的安装位置无特殊要求，只要能检测气体流量即可,连接安装方式可以选择通用技术，如通过螺栓安装。
流量传感器4和数据采集装置9上都有连接端子，电缆接到连接端子上即可。
在所述排风口2处固定连接有管道5，抽取排风口2处的气体，管道5的另一端延伸至控制箱13内的进样装置7中，实现开关柜1内的气体采样，进样装置7再将采集的气体输送给控制箱1内的检测单元8。
所述管道5与排风口2 的固定方式可选用现有的多种连接方式均可，如焊接、螺栓连接等形式。
进样装置7上设有接口，管道5与接口的连接方式采用现有通用技术。
如图4所示，图4为本发明中控制箱中设备布图及电气连接图。
所述控制箱13内设有进样装置7、检测单元8、处理单元10、通讯装置11及预警装置12依次通过电缆连接，预警装置12还通过电缆连接处理单元10，通过电缆连接到端子上；处理单元10还通过电缆连接数据采集装置9，数据采集装置9通过电缆连接流量传感器4。
所述检测单元8对气体进行气体组分和浓度的检测，通过线缆与处理单元10连接，并把所检测的数据发送给处理单元10。
所述流量传感器4检测空气通风量并传递给数据采集装置9。
所述数据采集装置9对通风量进行处理，建立通风量-时间对应关系模型，供处理单元10调用。
基于试验数据、开关柜的结构特征以及典型故障案例，建立绝缘劣化伴生气体的组分、各组分浓度、产气速率与开关柜的绝缘劣化的标准关系模型。
所述处理单元10对气体组分和浓度进行特征筛选，并调用通风量-时间关系模型进行修正，与已有的标准关系模型进行比对，对开关柜进行评估，发现绝缘劣化隐患，发出预警信号给预警装置12。
所述处理单元10通过线缆与通讯装置11连接，利用通讯装置11将信息实时传递给集控中心。
所述预警装置12通过线缆与处理单元10相连接，接到处理单元10的预警信号，进行报警。
本发明在具体实施时，设所述开关柜内部的体积为V：
t1时刻，测得绝缘劣化气体的浓度为C1，则开关内劣化气体的体积Q1,
Q1=V x C1；
t2时刻，测得绝缘劣化气体的浓度为C2，则开关内劣化气体的体积Q2,
Q2=V x C2。
对劣化气体浓度进行修正：
t1至t2期间的通风量为Q，开关柜从进风口吸入外部的新鲜空气，从排风口排除开关柜内部的混合气体，在某一时刻，通风量对开关柜内的劣化气体浓度影响很小，为便于计算，假定劣化气体的浓度不变，则因通风影响，开关柜排出了Q x C1的劣化气体；
则如果没有通风的影响，t2时刻，绝缘劣化气体的浓度C；
C=[Q2+(C1 x Q)]÷V；
产气速率γ；
γ=[Q2+(C1 x Q)]÷（t2-t1）。
实施例2
本发明又提供了一种实施例，一种开关柜绝缘劣化气体检测方法，如图3所示，图3为本发明开关柜绝缘劣化气体检测系统流程图。
本发明包括以下步骤：
步骤1.利用进样装置将开关柜内的混合气体输送给检测单元；利用流量传感器检测气体流量，并由数据采集装置进行处理，建立通风量-时间对应关系模型；
步骤2.检测单元对混合气体进行检测，检测混合气体的组分类别、浓度等，并发送给处理单元；
步骤3.处理单元对组分进行处理，计算组分的浓度和产气速率，并调用通风量-时间对应关系模型，对组分的浓度和产权速率进行修正；
步骤4.处理单元根据组分修正后的结果进行特征筛选，并与绝缘劣化的标准关系模型进行比对，对开关柜进行评估；
步骤5. 处理单元发现绝缘劣化隐患后，发出预警信号给预警装置进行报警，并通过通讯装置报送给集控中心。
实施例3
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1或2所述的一种开关柜绝缘劣化气体检测方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。