CN113125949B - 一种基于电场的高压断路器绝缘监测方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电场的高压断路器绝缘监测方法及***。***包括：电场监测装置、中继装置、云端服务器和客户终端，电场监测装置设置有3个，用于分别实时监测高压断路器A、B、C三相特征位置处的工频电场强度幅值，并将监测数据发送给中继装置；中继装置用于将所述监测数据发送至云端服务器；云端服务器用于对所述监测数据进行分析以对高压断路器外绝缘劣化情况进行识别和评估，并将所述监测数据及评估结果发送至客户终端。本发明不仅能够弥补现有检测手段的不足，填补高压断路器非接触式在线监测技术的空白，而且能有效地实时监控高压断路器的运行状态，以及时发现潜伏性缺陷，进一步保证辖区内超特高压变电站断路器设备的安全稳定运行。

Description

一种基于电场的高压断路器绝缘监测方法及***

技术领域

本发明涉及一种基于电场的高压断路器绝缘监测方法及***，属于高电压与绝缘技术领域。

背景技术

作为电网的核心设备，高压断路器承担着开断电力***正常工作电流和快速切除短路故障灯故障电流的工作，起到了控制及保护的双重作用。在长期运行过程中，高压断路器承受着恶劣的电磁、热力、机械等方面因素的影响，将会不可避免地导致内部外绝缘劣化、触头发热烧蚀等问题，严重时将可能造成断路器操作机构拒动、误动，开关、瓷套***，触头接触不良、发热严重，金属融化，造成接地短路或瓷瓶炸裂等事故。因此，高压断路器的状态监测及故障诊断对电网的安全稳定运行具有重要意义。

目前高压断路器状态评估的方法主要依靠三种手段。其一是定期开展预防性试验，包括绝缘电阻测量、介质损耗角正切值测量、泄漏电流测量、SF6分解物检测、载流回路试验、真空度试验等，这些方法工作量大、现场操作繁琐，甚至需要停电处理，且无法及时发现潜在问题。其二是现场带电检测，主要有紫外成像检测和红外成像检测两种，紫外成像法主要针对于套管的外部异常电晕放电，红外成像法主要针对断路器的表面、接头异常发热故障，两种方法均完全无法检测出内部外绝缘劣化、触头故障等问题。

第三种手段是通过在线监测与故障诊断技术实现断路器的状态评估，即利用声、光、热、电磁、化学、振动等传感器直接或间接地获取信号，进而将采集到的信号进行分类处理、加工得到相应的特征参数，最后进行相应的识别、决策算法，评估、判定断路器的运行状态，来获知是否需要开展相应的检修和维护措施，并且能够预知对应状态的发展趋势。断路器在线监测与故障诊断的手段不可或缺，现在常用的方法有泄漏电流在线监测、振动信号在线监测、温度在线监测等。目前能够达到识别断路器绝缘状态的监测手段主要靠漏电流在线监测，其通过预接线、内置安装传感器的方法，基于漏电流幅值及其高频分类来识别局部放电特征，从而判断断路器是否出现外绝缘劣化。该方法使用较为普遍，但是也存在一定的问题，例如安装接线繁琐，一旦损坏后后期维护麻烦，且高频干扰大，局放检测结果可靠性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电场的高压断路器绝缘监测方法及***，其能够通过非接触的方式实时准确监测高压断路器的劣化程度，并在识别到明显内部绝缘故障后及时告知终端用户，提醒变电站运检人员及时开展运维检修。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于电场的高压断路器绝缘监测方法，包括：

分别实时监测高压断路器A、B、C三相特征位置处的工频电场强度幅值；

对所监测数据进行分析以对高压断路器外绝缘劣化情况进行识别和评估。

进一步地，对高压断路器外绝缘劣化情况进行识别和评估具体包括：

根据各相高压断路器特征位置处的电场强度，求取各相高压断路器特征位置处相邻两个时段相比的电场强度幅值变化率，当该值稳定并且在预设时间段内基本维持不变时，则自检完成，初始化时钟为0；

将总监测时长划分为若干个相同时段，监测获取各相高压断路器特征位置处在每个时段内的电场强度幅值平均值；

根据各相高压断路器特征位置处在每个时段内的电场强度幅值平均值，求取各相高压断路器特征位置处相邻时段区间内的电场强度变化率和总体时段区间内的电场强度变化率；

根据所述各相高压断路器特征位置处相邻时段区间内的电场强度变化率和总体时段区间内的电场强度变化率，基于设定标准，对高压断路器外绝缘劣化情况进行判断。

进一步地，所述设定标准包括：

如果相邻时段区间内的电场强度变化率保持不小于0，且总体时段区间内的电场强度变化率达到10％～20％，则认为该相高压断路器可能出现内部轻度劣化；

如果相邻时段区间内的电场强度变化率保持不小于0，且总体时段区间内的电场强度变化率达到20％～30％，则认为该相高压断路器可能出现内部中度劣化；

如果相邻时段区间内的电场强度变化率保持不小于0且至少有一个相邻时段区间内的电场强度幅值变化率大于5％，同时总体时段区间内的电场强度变化率大于30％，则认为该相高压断路器出现内部严重劣化。

进一步地，当在第k个时段内，各相高压断路器特征位置处对应的δ_x(k)大于10％，且δ_A(k)、δ_B(k)、δ_C(k)三个数值与其平均值的偏差不超过8％时，所述总体时段区间内的电场强度变化率计算公式如下所示：

其中，1＜k≤n，n为时段总数，δ_x(k)表示各相高压断路器特征位置处在第k个时段与第(k－1)个时段相比的电场强度幅值变化率，其中x＝A,B,C；η_x(n)为总体时段区间内的电场强度变化率，E_x(nT)表示各相高压断路器特征位置处在第n个时段内的电场强度幅值平均值，E_x(0)表示各相高压断路器特征位置处在第一个时段内的电场强度幅值平均值。

另一方面，本发明提供一种基于电场的高压断路器绝缘监测***，包括：电场监测装置、中继装置、云端服务器和客户终端，

电场监测装置设置有3个，用于分别实时监测高压断路器A、B、C三相特征位置处的工频电场强度幅值，并将监测数据发送给中继装置；

中继装置用于将所述监测数据发送至云端服务器；

云端服务器用于对所述监测数据进行分析以对高压断路器外绝缘劣化情况进行识别和评估，并将所述监测数据及评估结果发送至客户终端。

进一步地，3个所述电场监测装置分别安装在高压断路器三个套管法兰外部且安装位置相互对应，或者分别安装在高压断路器三相传动机构外壳处且安装位置相互对应。

进一步地，3个所述电场监测装置分别安装在高压断路器三个套管法兰外部电场强度梯度变化最剧烈的位置处，或者分别安装在高压断路器三相传动机构外壳电场强度梯度变化最剧烈的位置处。

进一步地，所述电场强度梯度变化最剧烈的位置的计算方法为：

如果电场监测装置安装在法兰外侧，则根据以下公式计算：

且满足

其中，gradE(x,y,h₀)为空间坐标为(x,y,h₀)处的电场强度E的梯度；h₀为电场监测装置安装处的高度；r_limit为法兰外侧适合安装的极限位置；E(h₀)为电场监测装置安装在h₀处的电场强度；

如果电场监测装置安装在传动机构外侧，则根据以下公式计算：

且满足|x'|≤x_limit,|y'|≤y_limit

其中，gradE'(x',y',h₀')为空间坐标为(x',y',h₀')处的电场强度E’的梯度；h₀’为电场监测装置安装处的高度；x_limit为机构外侧x轴方向适合安装的极限位置，y_limit为机构外侧y轴方向适合安装的极限位置；E'(h₀')为电场监测装置安装在h₀处的电场强度。进一步地，所述云端服务器配置为执行以下操作：

根据各相高压断路器特征位置处的电场强度，求取各相高压断路器特征位置处相邻两个时段相比的电场强度幅值变化率，当该值稳定并且在预设时间段内基本维持不变时，则自检完成，初始化时钟为0；

将总监测时长划分为若干个相同时段，监测获取各相高压断路器特征位置处在每个时段内的电场强度幅值平均值；

根据各相高压断路器特征位置处在每个时段内的电场强度幅值平均值，求取各相高压断路器特征位置处相邻时段区间内的电场强度变化率和总体时段区间内的电场强度变化率；

根据所述各相高压断路器特征位置处相邻时段区间内的电场强度变化率和总体时段区间内的电场强度变化率，基于设定标准，对高压断路器外绝缘劣化情况进行判断。

进一步地，所述电场监测装置包括d-dot电场探头、放大滤波模块、第一Lora通讯模块、第一MCU模块、第一锂电池、第一电池电压采集模块和第一充电保护模块，其中，

d-dot电场探头用于探测工频电场强度并将工频电场信号发送至放大滤波模块；

放大滤波模块用于将所述工频电场信号放大，并滤除高频电磁干扰分量，输出至第一MCU模块的ADC端口；

第一电池电压采集模块用于将第一锂电池的电压转换为第一MCU模块可读取的ADC信号；

第一MCU模块用于采集ADC端口的工频电场信号，消除外部干扰，然后将工频电场信号传送至第一Lora通讯模块；以及用于采集ADC端口的电池电压信号，并将其传送至第一Lora通讯模块；

第一Lora通讯模块用于将工频电场信号和电池电压信号传送至中继装置；

第一锂电池为放大滤波模块、第一Lora通讯模块、第一MCU模块供电；

第一充电保护模块用于防止在向第一锂电池充电时第一锂电池过充。

进一步地，所述第一MCU模块配置为执行以下操作：

采集第一锂电池电压信号，对其进行判断，如果电池电压大于其额定电压的80％，则开启第一计时器，采集电场信号，进行滤波处理后将电场、电压信号发送给第一Lora通讯模块，进而进入休眠模式、关闭外设，待第一计时器计时达到15分钟后，第一计时器置0，第一MCU模块中断休眠，打开外设，继续采集第一锂电池电压信号；

如果第一锂电池电压小于其额定电压的80％，但是大于其额定电压的70％，则开启第二计时器，采集电场信号，进行滤波处理后将电场、电压信号发送给第一Lora通讯模块，进而进入休眠模式、关闭外设，待第二计时器计时达到60分钟后，第二计时器置0，第一MCU模块中断休眠，打开外设，继续采集第一锂电池电压信号；

如果第一锂电池电压小于其额定电压的70％，则开启第三计时器，继而进入休眠模式、关闭外设，待第三计时器计时达到4小时后，第三计时器置0，第一MCU模块中断休眠，打开外设，继续采集第一锂电池电压信号。

进一步地，所述中继装置包括第二Lora通讯模块、GPRS模块、第二MCU模块、第二锂电池、第二电池电压采集模块及第二充电保护模块，其中，第二Lora通讯模块用于接收电场监测装置发送的信号，并传送至第二MCU模块；第二电池电压采集模块用于将第二锂电池的电压转换为第二MCU模块可读取的ADC信号；第二MCU模块用于对接收到的来自三相的电场信号进行解析，相继发送至GPRS模块，继而由GPRS模块传输至云端服务器，以及用于采集ADC端口的电池电压信号并通过GPRS模块传输至云端服务器；第二锂电池为所述GPRS模块、第二Lora通讯模块、第二MCU模块供电；第二充电保护模块用于防止在向第二锂电池充电时第二锂电池过充。

本发明所达到的有益技术效果：

本发明通过非接触式实时监测高压断路器套管法兰外部或者传动机构外壳处的工频电场强度，从而准确判断高压断路器是否存在明显的内部受潮等外绝缘劣化迹象，以达到及时获知高压断路器运行状态的目的，不仅能够弥补现有检测手段的不足，填补高压断路器非接触式在线监测技术的空白，而且能有效地实时监控高压断路器的运行状态，以及时发现潜伏性缺陷，进一步保证辖区内超特高压变电站的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于电场的高压断路器绝缘监测***工作原理图；

图2为电场监测装置的工作原理图；

图3为第一MCU模块的工作流程图；

图4为电场监测装置的安装方式；

图5为中继装置的工作原理图；

图6为对高压断路器外绝缘劣化程度识别方法流程图；

其中，1电场监测装置在法兰外部的安装位置，2电场监测装置在传动机构外壳处的安装位置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

高压断路器内部外绝缘劣化一般表现油纸绝缘受潮、SF6含有微水等电解质、开关触头损坏、沿面或者密封部位受潮等，这些劣化现象均会导致其整体的介电特性、导电特性发生改变，进而影响其空间电场分布。鉴于此，本发明提出了一种基于电场的高压断路器绝缘监测方法及***，其通过磁吸方式安装在断路器的套管法兰外部或者传动机构外壳处，通过监测三相操作机构外壳附近的工频电场幅值，来进行其劣化状态的识别和评估。

在一实施例中，本发明提供了一种基于电场的高压断路器绝缘监测方法，该方法包括：

分别实时监测高压断路器A、B、C三相特征位置处的工频电场强度幅值；

对所监测数据进行分析以对高压断路器外绝缘劣化情况进行识别和评估。

根据一实施方式，对高压断路器外绝缘劣化情况进行识别和评估的方法，具体包括如下步骤：

根据各相高压断路器特征位置处的电场强度，求取各相高压断路器特征位置处相邻两个时段相比的电场强度幅值变化率，当该值稳定并且在预设时间段内基本维持不变时，则自检完成，初始化时钟为0；

将总监测时长划分为若干个相同时段，监测获取各相高压断路器特征位置处在每个时段内的电场强度幅值平均值；

根据各相高压断路器特征位置处在每个时段内的电场强度幅值平均值，求取各相高压断路器特征位置处相邻时段区间内的电场强度变化率和总体时段区间内的电场强度变化率；

根据所述各相高压断路器特征位置处相邻时段区间内的电场强度变化率和总体时段区间内的电场强度变化率，基于设定标准，对高压断路器外绝缘劣化情况进行判断。

其中，设定标准包括：

如果相邻时段区间内的电场强度变化率保持不小于0，且总体时段区间内的电场强度变化率达到10％～20％，则认为该相高压断路器可能出现内部轻度劣化；

如果相邻时段区间内的电场强度变化率保持不小于0，且总体时段区间内的电场强度变化率达到20％～30％，则认为该相高压断路器可能出现内部中度劣化；

如果相邻时段区间内的电场强度变化率保持不小于0且至少有一个相邻时段区间内的电场强度幅值变化率大于5％，同时总体时段区间内的电场强度变化率大于30％，则认为该相高压断路器出现内部严重劣化。

在另一实施例中，如图1所示，本发明提供了一种基于电场的高压断路器绝缘监测***，包括：电场监测装置、中继装置、云端服务器和客户终端。

电场监测装置设置有3个，用于分别实时监测高压断路器A、B、C三相特征位置处的工频电场强度幅值，并将监测数据发送给中继装置。

中继装置用于将所述监测数据发送至云端服务器。

云端服务器利用内部搭载的分析识别算法，对所述监测数据进行分析以对高压断路器外绝缘劣化情况进行识别和评估，并将所述监测数据及评估结果发送至客户终端。

客户终端可以通过访问云端服务器获取电场监测装置、中继装置的工作状态，高压断路器A、B、C三相特征位置处所实时监测到的电场数据，以及高压断路器外绝缘劣化情况的识别结果。

其中，电场监测装置以磁吸的方式粘附在高压断路器套管法兰外部或者传动机构外壳处，安装方式如图4所示，其中1为电场监测装置在法兰外部的安装位置，2为电场监测装置在传动机构外壳处的安装位置。电场监测装置与高压断路器无直接电气连接，因此能够实现非接触式在线监测。

需要注意的是，电场监测装置有三个，分别安装在高压断路器的每一相的相同部位。

在优选实施方式中，三个电场监测装置分别安装在高压断路器套管法兰外部电场强度梯度变化最剧烈的位置处，或者分别安装在高压断路器三相传动机构外壳电场强度梯度变化最剧烈的位置处。

其中，所述电场强度梯度变化最剧烈的位置的计算方法为：

如果电场监测装置安装在法兰外侧，则根据以下公式计算：

且满足

其中，gradE(x,y,h₀)为空间坐标为(x,y,h₀)处的电场强度E的梯度；h₀为电场监测装置安装处的高度；r_limit为法兰外侧适合安装的极限位置；E(h₀)为电场监测装置安装在h₀处的电场强度；

如果电场监测装置安装在传动机构外侧，则根据以下公式计算：

且满足|x'|≤x_limit,|y'|≤y_limit

其中，gradE'(x',y',h₀')为空间坐标为(x',y',h₀')处的电场强度E’的梯度；h₀’为电场监测装置安装处的高度；x_limit为机构外侧x轴方向适合安装的极限位置，y_limit为机构外侧y轴方向适合安装的极限位置；E'(h₀')为电场监测装置安装在h₀处的电场强度。

如图2所示，电场监测装置包括d-dot电场探头、放大滤波模块、第一Lora通讯模块、第一MCU模块、第一锂电池、第一电池电压采集模块和第一充电保护模块。

d-dot电场探头用于探测工频电场强度并将工频电场信号发送至放大滤波模块；

放大滤波模块用于将所述工频电场信号放大，并滤除高频电磁干扰分量，输出至第一MCU模块的ADC端口；

第一电池电压采集模块用于将第一锂电池的电压转换为第一MCU模块可读取的ADC信号；

第一MCU模块用于采集ADC端口的工频电场信号，消除外部干扰，然后将工频电场信号传送至第一Lora通讯模块；以及用于采集ADC端口的电池电压信号，并将其传送至第一Lora通讯模块；

第一Lora通讯模块用于将工频电场信号和电池电压信号传送至中继装置；

第一锂电池为放大滤波模块、第一Lora通讯模块、第一MCU模块供电；

第一充电保护模块用于防止在向第一锂电池充电时第一锂电池过充。

电场监测装置的工作原理为：d-dot电场探头工作在无源状态；放大滤波模块将d-dot电场探头输入的微弱电场信号放大，并滤除高频电磁干扰分量，输出至第一MCU模块的ADC端口；第一MCU模块采集ADC端口的工频电场信号，并采取软件滤波的方式进一步消除外部干扰，然后将信号传送至第一Lora通讯模块，实现数据无线透传；第一电池电压采集模块通过电阻分压的方式，将第一锂电池电压转换为第一MCU可读取的ADC信号，第一MCU模块采集第一ADC端口的电池电压信号，然后将电池电压信号传送至第一Lora通讯模块；当第一锂电池馈电时，通过太阳能电池板，经第一充电保护模块向第一锂电池充电。

为了保证电场监测装置的100％在线率、能够持续工作，本发明实施例采用软件低功耗的方法，保证太阳能电池板及第一锂电池能够不间断地给电场监测装置供电。为此，第一MCU模块设置有第一计时器、第二计时器和第三计时器。如图3所示，第一MCU模块配置为执行以下操作：

第一MCU模块开始运行，并采集第一锂电池电压信号，对其进行判断，如果电池电压大于其额定电压的80％，则开启第一计时器，采集电场信号，进行滤波处理后将电场、电压信号发送给第一Lora通讯模块，进而进入休眠模式、关闭外设(即关闭第一MCU模块所有的I/O口，同时关闭所有的程序功能，只保留计时器中断功能)，待第一计时器计时达到15分钟后，第一计时器置0，第一MCU模块中断休眠，打开外设，继续采集第一锂电池电压信号；

如果第一锂电池电压小于其额定电压的80％，但是大于其额定电压的70％，则开启第二计时器，采集电场信号，进行滤波处理后将电场、电压信号发送给第一Lora通讯模块，进而进入休眠模式、关闭外设，待第二计时器计时达到60分钟后，第二计时器置0，第一MCU模块中断休眠，打开外设，继续采集第一锂电池电压信号；

如果第一锂电池电压小于其额定电压的70％，则开启第三计时器，继而进入休眠模式、关闭外设，待第三计时器计时达到4小时后，第三计时器置0，第一MCU模块中断休眠，打开外设，继续采集第一锂电池电压信号。

如图5所示，中继装置包括第二Lora通讯模块、GPRS模块、第二MCU模块、第二锂电池、第二电池电压采集模块及第二充电保护模块。

其中，第二Lora通讯模块用于接收电场监测装置发送的信号，并传送至第二MCU模块；第二电池电压采集模块用于将第二锂电池的电压转换为第二MCU模块可读取的ADC信号；第二MCU模块用于对接收到的来自三相的电场信号进行解析，相继发送至GPRS模块，继而由GPRS模块传输至云端服务器，以及用于采集ADC端口的电池电压信号并通过GPRS模块传输至云端服务器；第二锂电池为所述GPRS模块、第二Lora通讯模块、第二MCU模块供电；第二充电保护模块用于防止在向第二锂电池充电时第二锂电池过充。

云端服务器对接收到的三相数据进行存储、分析处理，进行劣化程度识别，劣化程度识别算法的流程如图6所示，具体为：

(1)云端服务器启动，接收各相高压断路器特征位置处的电场强度，求取相邻两个时段相比的电场强度幅值变化率，当该值稳定并且在预设时间段t内基本维持不变时，则自检完成，初始化时钟为0；

(2)将总监测时长划分为n个时段，设定每个时段的时长为T。监测获取各相高压断路器特征位置处在第一个时段内的电场强度幅值平均值E_x(0)、……在第(n－1)个时段内的电场强度幅值平均值E_x((n－1)T)、在第n个时段内的电场强度幅值平均值E_x(nT)，其中x＝A,B,C；然后，求取各相高压断路器特征位置处在第k个时段(1＜k≤n)与第(k－1)个时段相比的电场强度幅值变化率，即相邻时段区间内的电场强度变化率δ_x(k)；然后，求取各相高压断路器特征位置处在第n个时段与第一个时段相比的电场强度幅值变化率，即总体时段区间内的电场强度变化率η_x(n)。其计算公式如式(1)、(2)所示：

式中，E_x((k－1)T)表示各相高压断路器特征位置处在第(k－1)个时段内的电场强度幅值平均值、E_x(kT)表示各相高压断路器特征位置处在第k个时段内的电场强度幅值平均值。

根据(2)计算得到的数据，基于前述的设定标准，对高压断路器外绝缘劣化情况进行识别：

如果得到的所有δ_x(k)均保持不小于0，且η_x(n)达到10％～20％，则认为该相高压断路器可能出现内部轻度劣化；如果得到的所有δ_x(k)均保持不小于0，且η_x(n)达到20％～30％，则认为该相高压断路器可能出现内部中度劣化；如果得到的所有δ_x(k)均保持不小于0，且至少有一个δ_x(k)大于5％，同时η_x(n)大于30％，则认为该相高压断路器出现内部严重劣化。

在优选实施方式中，如果在第k个时段内，高压断路器特征位置处对应的δ_x(k)突然出现显著变化，且彼此大小相近，则可认定是由于高压断路器的运行电压或者其他环境因素发生了改变。此时，总体时段区间内的电场强度变化率η_x(n)需要改写为式(3)的表达形式，以消除外界环境变化对电场强度幅值带来的影响，具体如下：

本实施例中，前述“显著变化”是指δ_x(k)大于10％，前述“大小相近”是指δ_A(k)、δ_B(k)、δ_C(k)三个数值与其平均值的偏差不超过8％。

需要注意的是，***实际工作过程中，会出现由于电场监测装置电池电压低于70％而不向中继装置发送电场监测数据，从而云端服务器接收不到实时的电场数值，此时云端服务器将停止劣化程度识别、以免出现误判，待收到电场数据后再进行劣化程度识别。

下面以某变电站220kV少油断路器某相劣化程度监测情况为例，其于10月13日上午10时发出了轻度劣化报警。本实例中，t取10分钟，T取1小时。根据上述劣化程度分析识别算法，在报警时监测得到特征位置处电场强度达到36.5kV/m，与其E_x(0)＝32.1kV/m相比，总体时段区间内的电场强度变化率η_x为13.7％，大于10％，且相邻时段区间内的电场强度变化率δ_x不小于0，故发出轻度劣化报警。

通过以上实施例可以看出，本发明通过非接触式实时监测高压断路器套管法兰外部或者传动机构外壳处的工频电场强度，从而准确判断高压断路器是否存在明显的内部受潮等外绝缘劣化迹象，以达到及时获知高压断路器运行状态的目的，不仅能够弥补现有检测手段的不足，填补高压断路器非接触式在线监测技术的空白，而且能有效地实时监控高压断路器的运行状态，以及时发现潜伏性缺陷，进一步保证辖区内超特高压变电站的安全稳定运行。

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、***、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(***)、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。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于电场的高压断路器绝缘监测***，其特征在于，包括：电场监测装置、中继装置、云端服务器和客户终端，

电场监测装置设置有3个，分别安装在高压断路器三个套管法兰外部电场强度梯度变化最剧烈的位置处，或者分别安装在高压断路器三相传动机构外壳电场强度梯度变化最剧烈的位置处，用于分别实时监测高压断路器A、B、C三相特征位置处的工频电场强度幅值，并将监测数据发送给中继装置；

中继装置用于将所述监测数据发送至云端服务器；

云端服务器用于对所述监测数据进行分析以对高压断路器外绝缘劣化情况进行识别和评估，并将所述监测数据及评估结果发送至客户终端；

所述电场强度梯度变化最剧烈的位置的计算方法为：

如果电场监测装置安装在法兰外侧，则根据以下公式计算：

且满足

其中，gradE(x,y,h₀)为空间坐标为(x,y,h₀)处的电场强度E的梯度；h₀为电场监测装置安装处的高度；r_limit为法兰外侧适合安装的极限位置；E(h₀)为电场监测装置安装在h₀处的电场强度；

如果电场监测装置安装在传动机构外侧，则根据以下公式计算：

且满足|x'|≤x_limit,|y'|≤y_limit

其中，gradE'(x',y',h₀')为空间坐标为(x',y',h₀')处的电场强度E’的梯度；h₀’为电场监测装置安装处的高度；x_limit为机构外侧x轴方向适合安装的极限位置，y_limit为机构外侧y轴方向适合安装的极限位置；E'(h₀')为电场监测装置安装在h₀处的电场强度。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述云端服务器配置为执行以下操作：

根据各相高压断路器特征位置处的电场强度，求取各相高压断路器特征位置处相邻两个时段相比的电场强度幅值变化率，当该值稳定并且在预设时间段内基本维持不变时，则自检完成，初始化时钟为0；

将总监测时长划分为若干个相同时段，监测获取各相高压断路器特征位置处在每个时段内的电场强度幅值平均值；

根据各相高压断路器特征位置处在每个时段内的电场强度幅值平均值，求取各相高压断路器特征位置处相邻时段区间内的电场强度变化率和总体时段区间内的电场强度变化率；

根据所述各相高压断路器特征位置处相邻时段区间内的电场强度变化率和总体时段区间内的电场强度变化率，基于设定标准，对高压断路器外绝缘劣化情况进行判断。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述设定标准包括：

如果相邻时段区间内的电场强度变化率保持不小于0，且总体时段区间内的电场强度变化率达到10％～20％，则认为该相高压断路器可能出现内部轻度劣化；

如果相邻时段区间内的电场强度变化率保持不小于0，且总体时段区间内的电场强度变化率达到20％～30％，则认为该相高压断路器可能出现内部中度劣化；

如果相邻时段区间内的电场强度变化率保持不小于0且至少有一个相邻时段区间内的电场强度幅值变化率大于5％，同时总体时段区间内的电场强度变化率大于30％，则认为该相高压断路器出现内部严重劣化。

4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，当在第k个时段内，各相高压断路器特征位置处对应的δ_x(k)大于10％，且δ_A(k)、δ_B(k)、δ_C(k)三个数值与其平均值的偏差不超过8％时，所述总体时段区间内的电场强度变化率计算公式如下所示：

其中，1＜k≤n，n为时段总数，δ_x(k)表示各相高压断路器特征位置处在第k个时段与第(k－1)个时段相比的电场强度幅值变化率，其中x＝A,B,C；η_x(n)为总体时段区间内的电场强度变化率，E_x(nT)表示各相高压断路器特征位置处在第n个时段内的电场强度幅值平均值，E_x(0)表示各相高压断路器特征位置处在第一个时段内的电场强度幅值平均值。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电场监测装置包括d-dot电场探头、放大滤波模块、第一Lora通讯模块、第一MCU模块、第一锂电池、第一电池电压采集模块和第一充电保护模块，其中，

d-dot电场探头用于探测工频电场强度并将工频电场信号发送至放大滤波模块；

放大滤波模块用于将所述工频电场信号放大，并滤除高频电磁干扰分量，输出至第一MCU模块的ADC端口；

第一电池电压采集模块用于将第一锂电池的电压转换为第一MCU模块可读取的ADC信号；

第一MCU模块用于采集ADC端口的工频电场信号，消除外部干扰，然后将工频电场信号传送至第一Lora通讯模块；以及用于采集ADC端口的电池电压信号，并将其传送至第一Lora通讯模块；

第一Lora通讯模块用于将工频电场信号和电池电压信号传送至中继装置；

第一锂电池为放大滤波模块、第一Lora通讯模块、第一MCU模块供电；

第一充电保护模块用于防止在向第一锂电池充电时第一锂电池过充。

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