一种电气柜内部声波无线透传技术及应用浅析

一种电气柜内部声波无线透传技术及应用浅析

李学妨,陈仕骄

普洱供电局 

摘要：对开关柜放电声波探测的技术现状和痛点问题进行了介绍，提出无线透传技术和磁声转换辅助声波检测技术框架，解决开关柜柜外本地巡视面临的噪声大、声波衰减大等实际问题。

关键词：开关柜放电声波无线透传

0引言

开关柜是变电站重要电力设备，维护和保障开关柜运行是确保变电系统可靠运行的重要关键环节之一。为了开展对开关柜运行工况的监测和巡视，采用了多种技术手段，比如柜体外的地电波或超声波进行探测，由于受到柜体衰减和反射的阻断，外部信号的信噪比很低，导致巡视人员并不能全面高灵敏的掌握柜体内部是否存在放电情况。

即使已经安装了在线监测的开关柜，巡视人员还面临一个重要瓶颈：在线监测系统的数据中心并不能及时、灵活的被现场巡视人员访问和分析，巡视人员对柜体内部状况的了解手段依旧非常有限。

1简易智能巡视构想

   现场巡视的主要目的是有效的获取运行开关柜内部工况是否存在异常指标，如温度、电流、放电状态等。其中温度和电流指标都已经具备相关条件，但这些指标对预知柜体内部的绝缘异常或故障是极为有限的。解决现场巡视重点在于解决两个关键问题：

（1）点对点直接访问监测终端

采用点对点的方式可以杜绝服务器的数据通信拥塞并降低接收设备的复杂程度。

（2）减少柜体阻挡准确的获知状态信息。

要达到该目的，必须要求传输的信号尽可能重现柜体内部状态。如果采用普通的2.4G无线音频技术，会存在柜体隔离信号弱等问题，还可能因为信号无法透传导致运行工况监测失败。因此得采用433M或更低频率的透传技术方案。

2方案提出

如图具体由柜内单元和柜外单元组成，柜内单元主要包括两路声波探测方案，一路是直接声波传感器感知，另一路是磁体线圈感知电脉冲后经扬声器转换的声波信号采集。两种方式的声波信号被转换成电信号后通过独立的ADC采集，可用于后续对比关联分析。

图1 柜内探测单元

图2 柜外接收单元

本方案的另一个关键点是通信模块，采用433M透传技术，在微处理器控制下，可以传输门限越警信号和全波形信号在智能终端显示声波强度或直接播放原声信号。

图3 透传模块实物 （左-柜内模块，右-柜外模块）

显然在满足声波透传或声强信号透传情况下，还可扩展其他采集信号如温湿度，振动信号等，如图4所示。

图4：声波透传回放系统界面

3讨论

本方案重点采用了433M的透传技术，在实际应用中需要考虑到透传全声波的波特率应满足设计要求，因此建议采用115200。此外，由于柜体内空间较大，安装选点和布置柜内探测模块就非常关键，因此采用了两种声波探测方案，一种是直接的高灵敏的声波感知，另一种是电脉冲转换。由于电脉冲探测方式根据实际情况可以感知接地回路，关键点的电容耦合信号等，可以将电脉冲传感器灵活的布置到相关位置，实现较好的信噪比。

显然本方案中的柜外单元可以通过软件轮询的方式对多个柜内单元实现数据接收和管理。巡检人员还可通过柜外单元对柜内单元进行一些控制，比如改变采样率，配置自动采集和存储周期等。

4总结

本文讨论了高压开关柜运行工况巡视面临的问题，提出了声波全波透传技术，避免了采集压缩和单纯的门限值传输带来的监听信号困难，或需现场访问服务器带来的通信不便等问题。本地透传解决了巡视的诸多问题，采用了433M透传技术可满足柜外多点巡视问题，研发了实物，满足低功耗特点。本文还讨论了基于透传架构下的扩展温湿度和振动等参数测量，可用于声波和其他参量的关联融合分析，因而有较好的应用前景。