10_kV中压配电网局部放电紫外检测系统设计_白■卓.pdf
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1、电子设计工程Electronic Design Engineering第31卷Vol.31第6期No.62023年3月Mar.2023收稿日期:2022-03-25稿件编号:202203199作者简介:白卓(1991),男,甘肃兰州人,工程师。研究方向:电力供配电系统。随着配电网络技术的发展,电力设备的电压不断升高,对设备绝缘性能提出了更高的要求。电力设备发生局部放电的主要原因有电极/绝缘表面缺陷、导体外绝缘破损/老化。在电场作用下,仅有局部绝缘被放电的情况,被破坏的部分会发生局部放电,在被气体围绕的导线周围发生的局部放电称为电晕。局部放电可以在导线的边沿或绝缘层的内部10 kV中压配电网局部
2、放电紫外检测系统设计白卓(中铁第一勘察设计院集团有限公司,甘肃 兰州 730030)摘要:针对局部放电检测中由于一次回路干扰而导致检测结果不精准的问题,提出了10 kV中压配电网局部放电紫外检测系统设计方法。依据光电发射原理,采用紫外光敏管,形成电子繁流放电。根据不同入射光强产生的脉冲频率识别有用信号,使用紫外成像仪检测空气中电子不断释放的能量,利用GPS定位模块传输与接收数据,设计紫外检测流程,采集完整线程消息。确定紫外成像图像点坐标,计算图像任意点与中值的距离以及各个坐标点分配的权值,由此抑制紫外成像中的高斯噪声。使用Canny算子检测边缘,定位局部放电区域。由实验结果可知,该系统局部放电
3、时域波幅值与实际情况基本一致,检测结果较为精准。关键词:10 kV中压配电网;局部放电;紫外检测;紫外成像中图分类号:TN23文献标识码:A文章编号:1674-6236(2023)06-0119-05DOI:10.14022/j.issn1674-6236.2023.06.025Design of UV detection system for partial discharge in 10 kV medium voltagedistribution networkBAI Yanzhuo(China Railway First Survey and Design Institute Group
4、 Co.,Ltd.,Lanzhou 730030,China)Abstract:Aiming at the problem of inaccurate detection results due to the influence of primary circuitinterference in partial discharge detection,a UV detection system design method for partial discharge in10 kV medium voltage distribution network is proposed.According
5、 to the principle of photoemission,anultraviolet photosensitive tube is used to form an electronic flood discharge.According to the pulsefrequency generated by different incident light intensity,the useful signal is identified.Using a UVimager,detect the energy continuously released by electrons in
6、the air.Use GPS positioning module totransmit and receive data.Design the UV detection process and collect complete thread messages.Determine the coordinates of UV imaging image points,calculate the distance between any point in theimage and the median value and the weights assigned to each coordina
7、te point,thereby suppressingGaussian noise in UV imaging.Use Canny operator to detect edges and locate partial discharge areas.Itcan be seen from the experimental results that the partial discharge time domain amplitude of the systemis basically consistent with the actual situation,and the test resu
8、lts are accurate.Keywords:10 kV medium voltage distribution network;partial discharge;UV detection;UV imaging-119电子设计工程 2023年第6期或表面上产生,在物体表面的局部放电,称为表面的局部放电,而在物体内部的局部放电称为内部的局部放电。如果不能及时地解决局部放电问题,将会造成绝缘最终破裂,严重时会对电力设备造成毁灭性伤害。为避免这种事故的发生,必须对电力设备的局部放电进行实时检测。皮昊书1等人提出了基于光纤传感技术的局部放电监测方法,使用相敏光时域反射仪可以及时判断中间接头的绝
9、缘状况,通过检测干涉信号,能够得到电缆中间接头局部放电信号的相关信息,进而判断局部放电的位置与数值大小;关少平2等人提出了基于联合检测的局部放电方法,将脉冲电流法与特高频联合检测方法相结合,能够检测局部放电位置。虽然使用上述这两种方法能够判定局部放电的严重程度,但是容易受到一次回路干扰影响,导致检测结果不精准。为此,设计了 10 kV 中压配电网局部放电紫外检测(UV 检测)系统,该系统在检测过程中与一次回路完全隔离,避免干扰因素影响检测结果。1系统硬件结构设计以 SIM32开发板为基础,设计一个低功耗、高便携性、实时人机交互、可视化的紫外信号检测系统,其硬件结构如图1所示。图1系统硬件结构采
10、用紫外传感器和紫外光敏管对电力设备参数进行采集3;GPS定位模块可以精确地确定线路的位置;通过LCD、报警系统,操作人员可以方便、准确地了解电器的工作状况4;使用高精度A/D转换器把模拟信号转化成数字信号,并将数据传送给监控中心,经过运算、分析后显示检测结果。1.1紫外光敏管从光电发射角度出发,利用紫外光敏管将电压加到光敏管正负电极上,从而在两极之间形成一个电场5。在一定波长范围内,紫外光敏管接收特定波长的紫外线,并在一定能量下产生光辐射,从而迅速形成电子繁流放电。紫外光敏管结构如图 2所示。图2紫外光敏管结构紫外光敏管的工作原理为:在光电管的正负电极间施加一个电压,就会产生一个电场6。因紫外
11、光的能量大于其释放功,因此会产生光辐射,导致光电子逸出7。紫外光敏管在紫外线照射下,其释放的金属光产生发光效应,使其与周围的气体分子高速撞击,使之电离为正离子和电子。离子化的电子会受到电场的加速作用,并将其他气体分子以强大的能量带入阳极8。同时,在电离状态下,气体分子所生成的正、负离子也会受电磁场作用而与光阴极发生碰撞,从而产生更多的电子。这种效应会导致阳极和光电阴极间产生大量的电流,导致大量放电现象的产生。利用在不同入射光强时所生成的脉冲频率(脉冲间隔),可以从背景噪音中辨识出有用的信号9-10。若放电频率较低,则应予以消除;若脉冲数目超过某一特定数值,则为局部放电信号11。1.2紫外成像仪
12、紫外成像仪是一种用于监控电源设备的局部放电的设备,它在局部电压应力超过临界值时,会产生电晕、闪络或电弧。特别是在高压电器中,由于设计、制造、安装和维护不当,容易产生电晕、闪络或电弧。在放电过程中,大气中的电子不断地吸收和释放能量,并在放电时释放出紫外光,这个过程会产生一小部分热量,这些热量通常无法被红外探测到12,因此,使用紫外成像仪。1.3GPS定位模块GPS 定位模块由北斗通信系统和北斗天线组成,用于接收北斗卫星所发的北斗短消息,并将其解析为局部放电信号,其结构如图3所示。北斗通信系统是把局放信号转化成北斗短报文,而北斗天线则是把北斗短报文传送到北斗卫星13。-1202软件部分设计2.1紫
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