CN1039659A - 用于高压电力设备异常诊断的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种高压电力设备的异常诊断系统和方法，其中有多个检测器检测高压电力设备的异常，并提供表示异常的输出，设备上述检测器，是用于检测存在于高压电力设备内部异常中的至少表示一种绝缘异常，供电异常和异物的预定现象，一个监控装置响应检测器的输出，提供所测得的异常类型的一个输出和显示两者中的至少一个。

Description

本发明涉及一种用于高压电力设备异常诊断的系统及方法。特别是，涉及一种适用于诊断至少某处绝缘的异常、供电的异常及用于检测异物存在的系统及方法。

通常用于电力机械设备的异常诊断技术是离散型的，如对于绝缘异常情况，可参考日本专利公开号2518/1984、日本专利公开号41135/1980，及“关于气体绝缘变电站的国际会议论文”L₁（1985）（Int.Symp.on Gas Insulated Substations）等。对于供电异常，可参考日本专利公开号31323/1981，IEEE学报，电力设备和系统，第100卷，第6期（1981）第2733至2739页（IEEE Trans.Power Apparatus and Systems VoL，PAS-100，No.6（1981）pp.2733～2739）等。例如，在关于气体绝缘变电站的国际会议论文L₁中，描述了用以检测从数MHz至数GHz局部放电信号的装置。日本专利公开号41135/1980，采用检测由于GIS的振动或电场而使异物跳动而撞击出的声音，并监视异物的存在。进而，如对供电异常的诊断，公开号117421/1980的日本专利提出了一种具有复杂算法的处理机，用于检测来自箱体的振动。电力技术文献PE-87-7，变电站设备的异常诊断系统和方法是通过采用外部诊断系统，对检测信号进行基本处理，现场控制板和中心控制板之间的功能分担，以及应用光学传输和计算机而做出的。

上面所述的通常技术试图分别检测高压电力机械设备的绝缘异常 和供电异常。但是，异常信号的处理技术并不总是同需要相适应，并且有时会漏掉异常信号。此外，没有充分考虑各种信号的异常诊断算法，并存在着从确定异常的因素与程度到确定异常的部位不能达到高精度的问题。

例如，虽然在关于气体绝缘变电站的国际会议上发表的论文L₁描述了通过检测数MHz以上的高频电信号来检测绝缘异常征兆的局部放电方法，但该文献并未讨论当噪声如此大以致不能准确检测到局部放电时消除噪声的方法。同样的噪声问题还出现在由AE（声发射）来检测很小的异物的跳动振动的装置中，并且，这个问题也出现在供电异常的检测装置中。

电技术协会的电力技术研究部分的文献提出了一种变电站设备的诊断系统，但即使该系统能够检测异常信号，它也不能进行定性及定量的诊断，因为异常情况的种类、程度和位置与信号之间的相应关系还未完全清楚。因而，异常诊断、显示、记录及转换方法的相容系统没有得到充分的考虑，因此，系统缺乏合理性和经济性。

因此，本发明的目的是克服上述问题，并提供能够高度准确地诊断高压电力设备的绝缘特性和供电特性的方法和系统，并使高压电力设备能够得到合理的防护、预防，例如异常的处理控制，安全防护等。

根据本发明，上述目的是通过检测由于绝缘异常、供电异常或很小异物的存在而出现的微弱信号的特定的频率分量，用另一相的信号进行计算处理。例如，为消除噪声所进行的处理、光学传输合成信号、在必要时，为异常诊断程序输入含有周围环境信号或类似信号的异常信号，作为异常诊断程序的数据输入，确定已记录的信号之间的关系，诊断异常，并将诊断结果通过阴极射线管，打印机或类似设备输出故障位置、处理方法指示、预期寿命等。

例如，通过因绝缘异常而产生的局部放电的数百MHz以上频率的电信号被集中作为一种频谱，用其它相的频谱减去一相的频谱，从而消除噪声。此外，确定发生的信号中的工频电压的极性和相，并且输入例如来自容器的声音信号，从而可以诊断出具有一定大小的导电异物在气体绝缘设备中的位置。

关于信号处理部分，本发明采用了用于合成多个传感器信号、模拟/数字变换及光学传输的局部或现场控制板系统;诊断数据的现场控制板组合系统，高功能移动式诊断车，信号记录的分时系统，环境起动系统，连续系统，为核查信号检测系统可靠性的系统，传输回路系统星形系统等，因为大部分是弱信号，又需要远距离传输，以这种方式，信号可以高可靠性和高精度收集。

关于集中诊断部分，对于气体绝缘设备的使用期限，可通过将异常临界值与基于各种处理信号的过去数据相比较而预计，对于维修方法，可以在检查/维修方法数据的基础上进行判断，用于维修的预期成本由维修成本数据输出，其结果很容易由用户打印或显示出来。另外，也可检测外部信号，如环境数据和气候异常变化的数据，并将其输入到集中诊断输入端。而且，可优选信号诊断检测周期，以致可有效完成具有高可靠性的处理方法的诊断。

可以识别作为绝缘异常征兆的局部放电的存在，并且很小的导电异物的跳动可以根据本发明借助置于高压电力机械设备中的传感器而由检测电信号和一定频率范围的声学信号来检测，还可检测供电异常的情况。

如果导电异物附着到高压异体的表面和高压电力机械设备内部的衬垫上时，则出现局部放电，并且其电信号包含频率范围为数百KHz到数百GHz的宽范围分量，但含有许多低频分量的环境局部放电可以用检测其中数百MHz至数百GHz范围的信号来容易地识别。如果噪声如此之大，以致不能完成鉴别时，可计算与不包含异常的其它相的信号相平衡的量，这样便可更精确地消除噪声。

当细微异物碰撞高压电力设备的容器时，由于接触时间短，可包含数百KHz的高频分量，该频率分布随着异物的材料和碰撞速度而变化。另一方面，雨声、碰撞声和噪声具有低的频率，因此，雨声和碰撞声的噪声可以通过由AE测量声学信号的高频分量和低频分量并计算它们的比值来消除。

通过实验可以看出，从200～5000Hz的振动在最初的供电异常时是通过壳体传播的，并且等于工频的若干倍。异常可通过检测该声学信号来判断。在供电异常的最后阶段，热传递到壳体上，使壳体表面温度升高，这通过红外照相可容易地测量。但由于发现存在太阳辐射的影响，因此，红外照相在夜间测量时，或考虑一个辐射因数消除太阳辐射的影响的条件下选用。

上述所述的信号很弱，且数量大，又必须将其传递到远距离的地方，因此，系统可以将这些信号集中、放大、变换、计算、记录、检查和传输，这些都置于适当位置上进行，以使得集中诊断可在控制/指令室中进行。至于出现的低频征兆，高精度流动型诊断车显示了适用和经济的作用。

集中诊断部分能够输出具有高可靠性的预计寿命，以及由优化手段得到的维修方法的判断和维修成本的计算，异常信号的检测周期，诊断顺序等。其中维修方法的判断是由优化手段，如将外部信号与异常信号相比较而得到的。因此，能够做出高效率的定量的诊断，并且能够获得适用的处理方法。

在结合附图进行下列描述时，将使本发明的这些以及进一步的目的、特征和优点变得更为明显，其中：

图1是本发明的总体结构图;

图2是本发明异常诊断系统的功能结构图;

图3是本发明绝缘异常诊断系统的总体结构图;

图4至图6示出了本发明局部放电检测器及其安装结构的示意图;

图7是在本发明的一个实施例中频谱分析器和计算判断单元的功能示意简图;

图8示出了依照本发明中出现的局部放电位置来解释频谱分布不同的频谱分布图;

图9示出了五个频谱型式;

图10示出了本发明中频谱相减的原理;

图11示出了由于气体空间放电和衬垫漂移放电所表现的频谱宽度的不同;

图12示出了由引起模拟内部放电得到的内部放电位置和频谱密度的标准型式之间的关系及原理;

图13是本发明的另一个实施例的解释性示意图;

图14是检测细小异物的方框图;

图15是一声学鉴别计算器的方框图;

图16示出了声学鉴别计算结果的一个例子;

图17示出了异物判断示意图;

图18示出了本发明振动测量系统结构的例子;

图19示出了本发明应用于断路器的一个例子;

图20示出了本发明应用于气体绝缘开关设备的一个例子;

图21和22示出了频率分析输出波形的例子;

图23示出了振动测量系统的另一个结构例子;

图24示出了本发明温度测量方法的原理;

图25示出了一个本发明温度测量系统的结构例子;

图26至图28示出了温度测量处理机的功能;

图29示出了红外辐射比率测量的一个例子及气体绝缘设备壳体和红外照相的关系图;

图30示出了在变电站内部红外照相的安装例;

图31和图32示出了示于图30中的实施例的其它实施例;

图33示出了一个标准型的例子;

图34示出了一个红外照相机同处理机连接的例子;

图35示出了一个信号变换方法的例子;

图36示出了一个局部或现场控制板的结构例子;

图37示出了数据的分时例;

图38示出了信号变换线路的例子;

图39示出了一实时型信号变换系统;

图40示出了中央监控控制板的硬件结构;

图41示出了软件的处理存贮信息;

图42示出了一种绝缘异常诊断系统;

图43示出了放电量的时间特性;

图44示出了异常指标的时间特性;

图45是检测处理异物的流程图;

图46示出了放电量与供电电压的关系;

图47示出了异物除去方法;

图48示出了用于计算供电异常可用期的计算单元;

图49示出了卡路里计算单元的功能，以及壳体温度升高与放出的卡路里之间的关系;

图50示出了壳体温度升高与放出的卡路里之间的关系;

图51示出了极间电压的时间特性;

图52示出了本发明诊断系统的另一实施例;

图53示出了异常检测项目，并显示出每个项目的内容;

图54示出了绝缘监视器显示图面的一个例子，

图55示出了趋势显示的一个例子;

图56示出了温度特性趋势显示图面的一个例子;以及

图57示出了储存数据打印输出的一个例子。

图1示出了本发明总体硬件的结构，并且把气体绝缘设备1作为高压电力机械的一个例子。本发明的系统包括检测器50，它包含置于机械设备每部分上的传感器（50a，50b，……50n）用以获得各种数据，局部或现场控制板1000，用来处理这些检测量，判断异常数值并判断其部位，以及将结果传递到上级的诊断设备，传递单元2000用以将信号从本地控制板传递到远距离的地方，还有中央监控控制板3000通过处理传递的信号来作出集中诊断。

气体绝缘设备1包含各种开关，如图1所示，如置于壳体2内处于地电位的接地开关8，并且在其中封入具有优异绝缘特性和熄弧特性的SF₆气体。电力由架空电缆20通过衬套18引入，并且通过由衬垫10、断路开关6和断路器4等支撑的中心导体14组成的母线而输送到变压器25。避雷针25通常置于架空电缆20的输入端附近以消除过电压。该气体绝缘设备1具有的最严重的问题就是在设备内部由于绝缘异常和供电异常所发生的接地或类似事故，防止接地和类似事故是很重要的。由于导致接地事故的因素很多，为消除该事故，从工厂的组件到就位安装要进行大量的检查和测试，但是完全消除它们是不可能的。因此，为了改善设备的可靠性，即使在设备处于工作状态之后，监视引起接地事故的因素也是重要的。本发明提供一种高灵敏度和高精度的异常诊断系统，主要采用绝缘异常检测、供电异常检测和微小导电异物的检测，这些因素在工作期间是最重要的。

绝缘异常检测主要是提供用来进行由多个传感器检测到的具有大到数GHz频率的电信号的频率分布的减法处理，并且通过异常型式的分布与设定值进行比较从而提供诊断。另外，将来自声学传感器、振动传感器和分解气体传感器的数据相加，使得异常的因素、位置的确定和寿命预计可通过最后诊断得出。

供电异常检测包括主要是提供用来由振动传感器检测的从200～5000Hz的箱体的振动，并且通过使频率为工频频率的某倍数的信号与具有标准形状及设定值的信号进行比较，来对接触部分40如断路开关6、断路器4等的供电异常进行诊断。温度分布是通过温度传感器和红外照相来检测，并且内部状态可通过X射线诊断设备来检测。而且，还要考虑上述绝缘异常检测的条件，使得供电异常的因素、位置的确定和寿命预计能够在最后的诊断中作出。

细微的导电异物检测主要是用于提供由多个声学传感器和振动传感器检测到的大到数MHz的箱体振动信号的分离处理，并且通过分离处理的比率与设定值进行比较，可以识别设备内部混有的异物30。寿命的预计和位置的确定能够通过具有上述绝缘异常检测等的集中诊断而最后得出。

将来自检测器50的信号集中到置于气体绝缘设备1附近的局部控制板1000，局部控制板1000的安装数量可以根据变电所的规模和传感器的数量来确定。

每个局部控制板1000按下列方式工作：

（1）放大微小的传感器信号，并使它能够远距离传输。

（2）通过传感器将模拟信号变成数字信号。

（3）为了改善诊断的可靠性，自动诊断传感器的可靠性。

（4）将从传感器输入的噪声，波动等与中央监控板隔离。

（5）根据预定算法对设备存在的异常作出初步的诊断。

（6）储存并显示测量的数据部分。

将如此经每个局部控制板1000处理的数据通过传递单元2000传送到中央监控板3000，从而实现集中诊断。

通常不会受到电噪声干扰的光纤系统用于传递单元2000，电磁波的利用时常是可能的。

中央监控板3000装有根据来自局部控制板1000的异常判断信号来做出集中诊断的部分，并装有人机接口用以显示诊断结果和处理方法，为了做出具有高可靠性的诊断，它还包括一记忆单元或类似单元用以储存检测数值的倾向性数据，它进一步还包括以过去事故实例为基础的经验数据基数，并且可以应用专门系统。

图2表示异常诊断系统在其功能方面的整体结构，将在各种传感器50a，50b，50c…50n中的合适的信号处理单元60a，60b，60c…装配到气体绝缘电气设备1上，为了实现信号放大、消除噪声和计算。按下面两种情况描述信号处理的结果，在第一种情况中，信号作为单一信号借助于置于每个信号处理单元的判断单元70a，70c等与设定值相比较，并判断为异常信号。在第二种情况中，存在的异常是根据判断单元70b，70m所表示的至少两个信号为基础进行判断的。另外，还设置有诊断单元80用以根据判断结果来确定异常的程度和异常出现的位置，在这种情况中，也还有两种情况，即一种情况是通过信号数据（80a，80b）来作出诊断，另一种情况是采用如判断单元中相同的方法根据至少两个判断结果（80c，80e）来作出诊断。诊断判断被发送到集中诊断单元90，并且根据经验数据基数在储存在记忆单元91中的过去诊断结果作出详尽的异常诊断，其结果和处理方法通过显示单元92来显示。此外，在每个诊断单元80，90处，可以引入专门的系统用于诊断。

在该异常诊断系统中，除了设置的主要检测器之外，例如为了检测初始异常的关于绝缘诊断的传感器、关于供电异常诊断的传感器，和关于异物检测的传感器，如图1的检测器50所示，有时要添加辅助检测器以有助于异常诊断，例如，检测系统工作中的各种信号，如异常电压、大气条件和气候不寻常变化等，当通过该辅助检测器检测到的数值超过设定值时，则根据这些信号进行集中判断，并且改变主要检测器的判断参考值。另一方面，为改善检测的准确度，使检测的时间间隔比通常的时间间隔缩短，例如，当由于雷电而出现的异常电压通过辅助检测器检测到时，有很大可能性使绝缘异常检测器作为主要检测器而输出该事件，并进行和其它异常因素相比重要得多的绝缘异常诊断的处理。

偶尔，即使单一异常判断由检测器50的检测结果得知，为改善诊断的准确度也可缩短检测的时间间隔，但在这种情况下，通过改变检测器的种类，而不光靠改变检测时间间隔，或者引入更高等级的异常诊断系统，可以获得较高的灵敏度。

下面将描述用于每种异常诊断的检测单元，以及处理的详细过程。

Ⅰ.绝缘检测：

在图3中，参考数字1表示气体绝缘设备，其中装有高压部件，该部件由外部接地的金属所包围，该气体绝缘设备1的衬套18连接到架空电缆20上，当该气体绝缘设备1的内部发生局部放电时，在气体绝缘设备中会出现电脉冲，通过安装在气体绝缘设备1外壁上的局部放电检测器304来检测该电脉冲，并且为了不失真地传输检测到的脉冲，将其通过匹配阻抗305a输入到放大器307a，从而使其与局部放电检测器的下一级电路（放大器307a或与放大器307a相连接的电缆）阻抗匹配。另一方面，为了检测出现在架空电缆20的周围空气中、衬套18中以及通过空中传播的广播/通信电磁波的局部放电，将天线306与气体绝缘设备1相邻地设置，并且将检测信号通过匹配阻抗305b输入到放大器307b。放大器307具有至少大到1GHz的带宽，并且保真地放大输入的信号。局部放电检测器304、匹配阻抗305（a和b）、天线306和放大器307（a和b）相当于示于图1的检测器50。放大器307分别放大来自局部放电检测器304的检测信号和来自天线306的检测信号，并且频谱分析器308交替地分析上述检测信号的频谱，分析的结果暂时储存在记忆装置311中，并且在同时将其输入到下一级的计算比较或判断单元309，在那里，出现在设备内部的局部放电被识别出来，从而区别于出现在设备内部或由设备外部传播的噪声，同时，判断出现在气体绝缘设备1内部局部放电的大小以及有害程度，并通过显示装置310来显示判断的结果。频谱分析器308、计算判断装置309、显示装置310和记忆装置311，相当于图1所示的局部或现场控制板1000。

局部放电检测器由图4构成，由金属制成的壳体2接地，包围着高压中心导体14，壳体2配备有手孔323用以内部的检查和维修或用来安装吸附剂以吸附潮气和分解出来的气体，电极325通过绝缘体326安装到该手孔323的凸缘324上，使电极通过绝缘部件327与凸缘324绝缘，并且电极通过引线328连接到外部匹配阻抗305a。电极325采用该方式设置，以使其不伸向壳体3内表面之外的高压中心导体侧，并且为了检测导致局部放电的电脉冲，通过高压中心导体145与电极325之间的静电电容和电极325与凸缘324之间的静电容来分割静电电容电压。

图5表示了将局部放电检测器304安装到充气口330上的状态，将气体管道设备311焊接到凸缘324上用以供气，为了不妨碍充气，在相应于气体管道设备331出口的每个电极325和绝缘体326的位置钻一通孔。

图6表示了将局部放电检测器304安装到壳体2的端部的情况，在这种情况下，电极325如此设置，使其面对高压中心导体14的终端。

图7进一步详尽示出了图3所示出的局部或现场控制板1000，在该图中，通过局部放电检测器304和天线306检测到的电脉冲和噪声通过频谱分析器308中的频率分析部分312分解成数+KHz至1.5MHz范围的频谱，以后出现的频带A和B的频谱分布和它们的密度可以通过频谱选取部分313来选取，其结果储存在记忆设备311中。此外，对来自局部放电检测器304的信号和来自天线306的信号交替做出频谱分析。

通过局部放电304检测到的电脉冲由于出现在气体绝缘设备1中的局部放电、架空电缆20在空中产生的局部放电和衬套18本身在空气中所产生的局部放电而含有噪声，以及功能如同天线的广播或通信波的噪声（通常称做“外部放电”），可是，基于经验，外部放电主要由空中的局部放电引起。但是，但放电的电量低于几百微微库（PU Coulomb）时，它由低于400Hz的频率分量组成，如图8（a）所示;当放电电荷量超过1000pc时，除了低于400Hz的频率分量以外，还出现500～1500MHz的频谱，如图8（b）所示;另一方面，在气体绝缘设备内部出现的SF₆气体中的局部放电由500～1500MH₂的频率分量所组成（图8（c）），由此可以规定上述频带A是属于400MHz或以下的特定带，频带B是包含500～1500MHz内的特定带。

计算判断部分309是把出现在气体绝缘设备1内部的局部放电（称作“内部放电”）与外部放电区别开的部分，该部分确定了内部放电的大小，并且通过应用频谱分析器308的分析结果来判断内部放电出现的位置。图7示出了用于判断的流程图，频谱类型判断单元314做出下一步的型式辨别，并且辨别内部放电和外部噪声。

将频谱分析器308的输出分成五种类型，如图9示出的（a）至（e），其中，（a）至（c）与图8的（a）至（c）是相同的，并且当内部放电和外部放电都不存在时，只输出由频谱分析器308和放大器307本身产生的白噪声，其型式如图9（a）所示，没有任何频谱。当局部放电只出现在空中时，且放电量低于几百pc时，会出现400MHz以下的分量，如图（b）中所示。当只出现内部放电时，频谱会出现在500～1500MHz的带宽中，如图（c）所示。相反地，图9（d）表示了较小的外部放电和较大的内部放电共存的情况，并且低于400MHz的频谱密度H₁小于500～1500MHz的频谱密度H₂，图9（e）表示了1000pc以上的外部放电和较低水平的内部放电共存的情况，并且这种情况下H₁＞H₂。

因此，频谱型式判断部分314可以判断属于图9（a）～（e）的任何型式的频谱，并且它还能判断与表1一致的内部和外部局部放电的出现位置，换句话说，在a和b型情况下，不存在异常，在c和d情况下，在气体绝缘设备内部存在异常，并且在e型情况下，异常的存在与否是不确定的。顺便指出，表1中的a～e型对应于图9中的（a）～（e）。

表1

特别是，在e型图形情况下，频谱密度H₂是否超过设备预定的有害值，要通过图7所示的频带B的比较判断单元315来比较，如果超过了，就要做出有异常的判断，如果没有超过，也要做出不存在异常的判断。如果判断出了有异常的可能性，按流程图进行到下一步的频谱减算单元317。

频谱减算部分317是对来自天线306的信号进行分析处理，并且通过利用储存在记录设备311中的数据，从来自局部放电检测器304的信号的频谱分析结果中减去它，因为天线306是高灵敏度地检测外部放电的，因而外部放电的频谱能够通过减去它的频谱而去掉，图10解释了它的原理。图10（a）示出了当内部放电和外部放电同时出现时，通过局部放电检测器304检测到的信号的频谱分布，它包含400MHz以下和500至1500MHz之间的分量，并且完全对应于图9（d）。除了低于400MHz的频率分量以外，由天线306检测到的信号的频谱（图10（b））包含500～1500MHz之间的频率分量。无外部放电影响的频谱分布（图10（c））可以通过调整和减算（a）和（b）的变量来获得。

剩余的频谱密度判断单元318，如图7所示，本单元将减算处理后所余频谱的密度与预定的危险值进行比较，如果前者超过后者，则可判断出现在气体绝缘设备内部的异常，并同时由预定频谱密度和放电量的标准曲线来确定放电量。

另外，在表1的e型情况下，没有频谱减算部分而将信号直接输入到频谱宽度分析单元319，在d和e的情况下，输入频谱减算的结果，从而对于至少两种特殊频带作出频谱宽度分析，以辨别内部放电的发生位置。换句话说，虽然内部放电具有700MHz和1300MHz附近的频率分量，但在气体空间的内部放电和沿垫片表面的内部放电之间，它们附近的频谱带宽通常是不同的。与气体空间的内部放电有关，即使放电的电量改变，如分别在图11（a）中示出的白圈和黑圈所示，700MHz附近的频谱带宽和1300MHz附近的频谱带宽也是等值的。但在沿衬垫表示的内部放电情况下，在1300MHz附近的频谱带宽增大，如图11（b）所示。因此，气体空间和衬垫表面的内部放电是否是异常，要通过比较这两个带宽来判断。

另外，在大型气体绝缘设备中，如气体绝缘变电站，内部放电出现的位置与局部放电检测器304之间的距离变大。当局部放电脉冲传播到气体绝缘设备的内部时，由于高压中心导体14本身的电阻和电感、高压导体14和护套2之间的静电电容，以及护套2本身的电阻和电感，该脉冲要经受变形和失真，以致当通过局部放电检测器304来检测该脉冲时，会出现因扩展的距离而改变的结果。这个问题可以通过下面的方法来解决。通过对500～1500MHz频宽中至少两个特殊频带F₁，F₂，F₃给予特别注意，在气体绝缘设备的几个部分上有意事先进行模拟局部放电，来测量F₁、F₂和F₃密度的绝对值以及它们的相对密度F₁/F₂，F₂/F₃和F₃/F₁，然后将它们作为标准型来储存，标准型如图12所示，储存在图7示出的故障型式的数据基数321中。在图12中，（a）相应于图1中的断路开关部分6的异常情况，（b）相应于断路器4的异常情况，（c）相应于避雷针15的异常情况，以此类推。另外，通过示于图7的频谱分量详细分析部分320来选取F₁、F₂和F₃每个的频谱密度，以便确定它的绝对值和各个相对密度F₁/F₂，F₂/F₃，F₃/F₁，然后将它们与储存在故障型式数据基数321中的标准型进行比较，来选取具有最高类似的标准型，该标准型的模拟内部放电出现地点附近的部分则被判断为出现内部放电的位置。

来自判断部分314，315，318，319，320（图7）中的判断结果可以通过集中判断部分322来集中加以判断，并且内部放电的出现及其出现的位置，内部放电是否出现在气体空间内还是沿衬垫表面，内部放电的有害性，以及内部放电的电量可以显示在显示部分310上。

虽然天线306可作为频谱减算信号源，如图3所示，但也可应用来自其它相的信号，如图13所示。气体绝缘设备1a、1b和1c分别对应于相a、b和c，并对应于每相都具有相同的规格和相同的特性，与之相连的垫套18a、18b、18c和架空电缆20a、20b、20c以相同的对应方法也具有相同的规格和参数。由于出现的外部放电对每相a、b和c来说具有相同的频谱和相同的密度，因而外部放电可以通过它们之间的相互减算来消除。规定c相作为参考相，进行减算（相a）-（相c）、（相b）-（相c），当其所余频谱的绝对值超过预定值时，来判断出现的内部放电，并且根据表2确定出现的相。

在表2中，例如，当〔（相a）-（相c）〕所余频谱水平的绝对值大于预定数值，并且〔（相b）-（相c）〕的绝对值小于预定数值时，这将意味着在相a出现比在相b和相c大得多的局部放电，因而出现内部放电的相可判断为相a，采用相同的方法还可对其它组合形式进行判断。还可通过下面的方法来作出相似判断，即不规定标准数值，而只是比较〔（相a）-（相c）〕和〔（相b）-（相c）〕所剩余的频谱绝对值的数值哪个大即可判断，如表3所示。

Ⅱ异物的检测：

图14是细小异物检测部分的方框图，该检测部分用以检测在气体绝缘设备内所存在的异物，特别是检测将导致绝缘性能降低的导电异物。当对气体绝缘设备供电时，如图1所示，在设备内部的气体空间提供了一个高电场，以致导电异物30由于库仑力而跳动，并撞击壳体2。图14中，细小异物检测部分4000通过置于壳体2的外表面的声学传感器来检测撞击声音，以确定任何异物30的存在。而对于参考数字1000，图14只表示了细小异物检测部分，该部分可被认为是图1的局部或现场控制板1000的一部分，该检测部分除了检测细小异物存在的作用外，还具有辨别的功能，即检测到的声音是否是细小异物30的撞击声，还有估计细小异物30的尺寸的功能和确定声音出现的位置的功能。

在图14中，AE（声发射）传感器410和加速传感器420都是检测器50的一部分，用它们分别检测壳体2表面的高频声和低频声，通过放大器411，421来分别放大传感器的输出信号，并通带通滤波器412，422来选取必要的频宽信号。电噪声检测器413，423用来检测混入检测信号中的类似脉冲的电噪声，并输出它们出现的时标信号t₁和t₂，模拟开关414，424在被时标信号t₁、t₂所确定的电噪声出现的期间内，关断检测信号（带通滤波器412，422的输出），从而切断电噪声。检测器415，425是用来选取关于检测的声学信号的包络信号的电路。音源识别指标计算器460可计算AE传感器410和加速传感器420输出时的音源识别指标该识别指标可用作辨别高频声和低频声的音源种类的指标。除了音源识别指标信号473以外，该计算器460的输出信号还包含AE水平信号472，加速水平信号474以及声发生时标信号471。时间差计算器450用来计算置于气体绝缘设备1箱体2表面多个AE传感器410的输出信号的时间差，以及电噪声与声音信号出现时标的时间差。信号452是来自其它声测量系统的信号。异物判断装置470基于音源识别指标计算器460的输出来判断任何异物的存在。异物诊断器480用来估算异物30的重量和材料，以及它们的存在位置。

上面解释了细小异物检测器400的总体结构，下面将更进一步详细解释音源识别指标计算器460、时间差计算器450、异物判断装置470以及异物诊断器480。

除了细小异物30的撞击声以外，在气体绝缘设备1的箱体2表面的声传播还包括雨的噪声和撞击声。由于导电或金属异物30相对较硬，因而其撞击声的频率分量在高于高频区域内扩展。另一方面，由于雨较轻，它的撞击声具有相当大部分的低频分量。由于在空中传播的噪声所具有的高频分量迅速衰减，因而在壳体表面2上传播的声音大部分是由低频分量组成的。因此，通过所检测声音的低频分量与高频分量的比值，可以将导电异物30的撞击声与其它因素产生的声音识别出来。因此，音源识别指标R定义为：

R＝ (高频声电平)/(低频声电平)

并且作为检测目的的导电异物30的撞击声，能够通过这一音源识别指标的值，与由其它因素产生的声音辨别出来，高频声由AE传感器检测，而低频声由加速传感器420检测。

图15是音源识别指标计算器460。当AE传感器410或加速度传感器420的输出改变得超过设定值，声音检出电路461产生一个脉冲，它具有的时间宽度足以使碰撞音衰减。峰值保持器462、463在声音检出电路461输出脉冲的时间宽度内保持并输出AE传感器410和加速度传感器420的最大输出值。除法器465计算了峰值保持器462和463的输出比，即音源识别指标R。计时电路464在完成“峰值保持”的一点处即发生一预定宽度的脉冲。在图15中所示的电路提供AE传感器410和加速度传感器420的峰值信号472，474;音源识别信号473和声音出现的计时信号471。图16表示用图15中所示的音源识别指标计算器460得出的不同音源中每一个，其音源识别指标R的计算结果。音源Sa是异物30的碰撞音;Sb是水滴（与雨相对应）的撞击音;Sc是拍打手的声音。可知音源可以用音源识别指标R来评估。也可知当音源识别指标R值很小时，它可被判定为噪声。

示于图14的时差计算器450计算各个信号之间的时间差。对于时差计算，各信号的组合有以下四种：

（1）各传感器输出信号的时间差;

（2）AE传感器或加速度传感器输出信号和电噪声之间的时间差;

（3）AE传感器或加速度传感器输出信号对市电频率参考时标的时延;

（4）电噪声对市电频率参考时标的时延。

AE传感器输出超出正的或负的设定值的时刻被用作为AE传感器的输出出现的时刻。这里，工频的参考时标被设定为负变到正的过零点。每一个时差用计算出现在各相应信号时间之间的时钟脉冲数来确定。各信号的组合以及各个组合的时差作为信号451输出。

当声音出现时刻信号471为“1”，且音源识别指标R超过设定值，异物判定装置470判断出异物存在，并将异物判定信号475的电平置为“1”。

当异物判定信号475为“1”时，异常诊断480工作一预定的时期，并诊断以下三项及以后出现的四项内容：

（1）异物30存在的数目;

（2）异物30存在的位置;

（3）异物30的重量和材料。

异物30存在的数目和它的出现因素相联系。在装配时混入气体绝缘设备且没有被完全排掉的异物30的数目如果有的话是很小的。另一方面，当由于绝缘故障或类似原因极个别部位过热了，有可能出现大量的细小的粉状的金属粒子。异物判定信号475变为“1”的频率多少依赖于异物30存在的数目。因此，异物诊断器480计算在那里异物判定信号475的出现比，并在现场控制板1000的显示器310上显示其结果。

假如在关键的地点存在异物30并要实施撤除异物的工作的计划，为了判断，弄清异物30存在的位置是头等重要的。有可能的是刚性异物30，象金属块或沙粒在有强风的时候被吹起，并撞击箱体表面。这种情况下，在装置气体绝缘设备1位置附近的风速与异物判定信号475出现比率相联系。换句话说，出现比率随风速而增加。因此，异物诊断器480建立了风速信号485和异物判定信号出现比率之间的相互关系。当此关系的强度超过设定值，异物30被判定为对箱体2外表面的碰撞。换言之，对无异物30存在于关键位置这种结果作出判断。相反，假如判断出异物30存在于关键位置，就是说，存在于箱体2内这样的结果，就再检测异物30存在于什么位置。为此，时差计算器450的计算结果被应用。换句话说，音源的位置即存在异物30的位置从布置得互相靠近的AE传感器输出的时差来评估。经过诊断后，任何重大的异物之存在以及其存在的位置的信息通过信号传送电缆482被送到中央监视板3000。如果异物被判定存在，警报发生并在显示器310上显示。同时异物30存在位置随时间变化也被显示在显示器上。

原则上，导电的异物规格越大，导致的绝缘下降越大。因此如道异物的重量和材料十分重要。由于库仑力而在周围飞午的异物30其碰撞音电平本质上分布在从0到最大值之间。碰撞音电平的最大值由异物重量来决定。撞击对象越硬，越小，音源识别指标R越大，它随异物30的材料而改变，甚至当重量一致时也这样。在图17中所示方法被使用来评估异物的重量和材料。图17（a）表示异物质量对碰撞音电平的特性，（b）表示异物质量对异物识别指标R的特性，以使用撞击对象的材料Mat为参变数。这些特性在先用将模拟的异物30放入气体绝缘设备里来测得。在实际估量异物30时，质量M₁从测得的碰撞音电平V_AE1根据图17（a）来估计。然后，材料Mat₂从测得的异物识别指标R₁和估计的质量M₁由图17（b）来估计。材料Mat₁是铝、Mat₂是铜、Mat₃是铁。这里，在某一预定的期间的碰撞音电平最大值被用作为碰撞音电平，而当碰撞音电平为最大时R的最大值被用作为异物识别指标R。这个冲突物材料和质量的评估信息被送到在局部的或现场的控制板1000中的显示器310和通过传送电缆482被送到中央监视板3000去。

除了异物30诊断功能，异物诊断器480有诊断由其他因素造成的声音的功能。此诊断功能对某一预定期间不仅当声音出现时间信号475是“1”，而且当声音出现时间信号471是“1”时是有效的。诊断功能包括以下四项：

（1）AE传感器和加速度传感器的输出的出现相位的稳定性;

（2）在电噪声和AE传感器或加速度传感器的输出之间出现时间差的稳定性;

（3）噪音出现;

（4）评估音源。

当由AE传感器410和加速度传感器420来的检测音响信号的发生时刻与市电频率的相位同步时，音响随局部放电而出现，假定音响被检测到。因此诊断器480有一声音出现相位平均值和基准偏差的计算机构。附带地，每一个出现音响的相位已经被时差计算器450所计算。

当电噪声和检测声音之间的出现时间差的差别是稳定的时候，放电音响假定也被检测出。这也可以从时差平均值和基准偏差来判定。因此，诊断器有时差平均值和基准偏差的计算机构。

知道在气体绝缘设备1安装位置附近存在的强电磁波到了这样的程度使得电噪声混入了测量系统，对于决定其他测量系统运行条件是有帮助。因此，只有电噪声的发生被从时差计算器450的输出中被判定。

除了诊断关键的导电异物30的碰撞音而外，异物诊断器480还具有诊断音源的功能。这种音源包括雨声和塑料的撞击声。诊断是在先前测定音源和异物识别指标数据的基础上进行的。利用前述和风速的关系来判断音源是在内部或在外部。然而，如雨声，不依赖该关系而被判断为外部音响。假如任何异物被检出为存在于箱体2的内部，设备内部在常规检查中再仔细地检查。

上面描述的四项诊断结果，即声音出现的相位的稳定性;电噪声和音响出现的时差的稳定性，仅只将存在电噪声和音源的评估结果显示在现场控制板1000的显示器310上，并且还通过传输电缆482被送到中央监视板3000。

在上面描述到的异物检测单元中声音检测由二个传感器进行，但假如用宽带AE传感器的话则用一个传感器也可完成同样的功能。全部组成的元件可以由市售电路元件来构成。虽然AE传感器410和加速度传感器420在这里是一种压电型的，但应变仅及基于其他原理的装置也是可用的。异物诊断器480的功能也可在3000控制板内部来达到。

Ⅲ.振动测量（供电异常）

图18表示本发明振动测量作用的结构图，代表了检测对象是一个断路器4，使用一个压电型加速度传感器420作为检测器50。断路器4的结构是：其中央导体14、14′由衬圈18、18′及密封端子509、509′绝缘地及密封地支撑在作为密封容器和处在地电位的箱体2上，并被接到由动电极506及定电极507组成的断路部位508。除了密封端子509，509′以外其余各元件被接到供电系统的架空电缆或者由架空电缆20、20′接到其他传输变电站的装备以构成电流通路。一般，SF₆作为绝缘气体以5个大气压力被封入箱2中。在这种结构中，可能有以下原因发生供电异常：

（1）断路器电极由于断开电流次数过多而磨损及剥蚀;

（2）操作人员驱动动电极处理不当;

（3）在漏斗形接触部推力弹簧因为变性而使接触力不足;

（4）因装配不良使在导电连接部螺杆固定力不足;

已发现当由于这些原因供电异常发展了，振动在相对较早阶段出现于接触部位。这里，加速度传感器420被置于箱体2的外壁上，以检测这个振动。为检测此异常而又不破坏供电可靠性最好进行外部诊断。在本发明中涉及的振动现象其大小是从0.001到大约0.1G，其频率范围为从大约200到大约5000Hz。因此，加速度传感器420可以使用市售产品。安装此传感器420，最好在箱体2上焊接其专用夹持器，并用螺栓来固定传感器。然而，对于便携型的情形，其传感器可以方便地用磁铁固定到箱2的铁磁部件上。若箱子是现成的，没有专用的夹持器，传感器可以用粘的办法来固定。

加速度传感器420的输出信号420通过专用电缆511送到放大器421。一般，电缆511的长度因为传感器420的特性，限制在几米以内。因此放大器421要放在靠近加速度传感器420附近或者在局部控制板1000内。放大器421的输出信号被通过传输或变换单元2000送入在中央监视板3000内的带通滤波器514，电缆515及振动检测器516。若振动检测器516因为要将它放在变电站控制室而装在离加速度传感器几十米以外，可以先将信号进行电-光转换，然后通过光导纤维电缆传送以后再将它光-电转换，以改进对外部浪涌的信噪比（S/N）。带通滤波器514对本发明是非本质的，但S/N比可用把200Hz以下及5000Hz以上的信号切除来改进，且检测异常之精度也能改进。特别是许多振动基于市电频率和数倍于作为基调的市电频率的那些频率存在于断路器4放置的环境中。因此，切除前面的频带可得较大效果。

任何检测器只要它能检测200-5000Hz电信号都基本上可用。在一种便携式系统中，其检测器被放在外壳内成为一整体，一个A，C，电压表可被方便地用作为检测器516。这时必需确信其频率特性是得到保证的。确定发生信号的中心频率是确定振动发生源的有效线索。因此可用同步指示仪，更可取的是频谱分析仪。

加速度传感器420的测量位置数目从检测异常性的可靠性角度最好多一些，但是在示于图1单台断路器4的情况下通常的目标可以用在靠近箱2中央处测量一点来达到。在所谓“GIS结构”情况下，其中大量传输/变电站装备被气体绝缘的母线所连结起来，大体上在一个气体区段中放置一个测量点作为基准是合适的。在相邻的气体区段之间插入隔离片或类似物，因为在它们的连接部位振动衰减了。

最好是事先在规定时间内在每一测量点测量背景噪音作为异常判定基准，将此基准设定到被测得值的几倍，然而，若这样的信息不可用，既定的目的可用将基准设定在0.001-0.01G之间来完成。

若任何异常振动被检测出来，作为一种确定发生源的方法，最好用这样的方法：在振动源周围几点同时测量振动波形，比较它的强度来判断其来源。当粗略位置已确定，相对应的位置可以用分解观察法来确认。附带地，当上述的振动发生时，甚至在停电的状态下，由于在异常部位留下了轻微程度熔化的痕迹，此异常部位可以精确地确定下来。

图19表示本发明应用到大规格断路器4的情形。在该实施例中，每一个均由动电极506和定电极507组成的断路部位508、508′安装成串连，由于箱体2尺寸也变大，二个加速度传感器420、420′被用作检测器。因为发生在高电位导电部位供电故障时的振动主要是通过固体部件传播，加速度传感器420、420′最好放在和高导电部件连接的机械部件附近，如图所示。在此实施例中，它们放在箱体凸缘524的镜板525上，该凸缘上装有为支持及绝缘在定电极边的导电体522而设的绝缘支柱523。因此可以甚至用外部诊断法高灵敏地检测从供电异常部位发生的振动。

图20表示本发明应用在使用于气体绝缘开关站的GIS结构情形。中心导体14、14′、14″在箱体4、4′、4″内由隔片10、10′及穿通的导体529、529′支持着。虽然实际的气体开关设备有由各种开关、测量仪器、避雷装置、分路装置等组成的复杂结构，为了简单，用中心导体14表示。在这样的结构中，隔片10、10′相当于在高电压部分和和地电位部分之间的机械连结机构。因此，加速度传感器420、420′最好放在靠近隔片10、10′处。一般，气体绝缘设备，隔片10、10′用作为分隔相邻气体区段的墙，异常发生部位的位置最好能被确定，如果任何的异常被检测出来的话。如果存在有异常的气体区段能被在事先确定，可以只将这个区段分离出来检查，必须的工作是可以大大地减少。结果，若加速度传感器被设在每一个作为气体分隔之用的隔片上并作出判断，包含有异常性的气体区段可通过将被加速度传感器检测出来的振动信号的强度（电平）加以比较的方法而容易地被确认。

除了上面叙述的改进检测灵敏度的方法之外，在本发明中另一个改进异常检测灵敏度的方法包括了S/N比的改进。噪音产生来源包括电磁力，磁致伸缩效应和市电频率的供电电流感应本身，根据实际测量，不灵敏程度对作为本发明目的的振动检测表现为问题的是在200Hz以下范围。所要求的S/N比能够通过用带通滤波器或类似物以除去噪音来得到，如已描述过的那样。在极个别情况下，相对较大的振动，象磁致伸缩振动发生在变压器附近或类似物处。测量和储存当异常检测设备被安装时的起始值或者便携系统的正常值作为供电电流值并把它们用作参考值是适当的。其他的噪声来源包括物体或人体的接触/撞击声。然而，因为它们是瞬时发生的，可以用所谓平均处理法被消除得成为一个很小的值而不成为实际问题，此方法决定了由重复测定的大量数据的平均值。连续的噪音如风和雨可以被下列方法消除。

图21和22表示当频率分析仪被用作为检测器516的输出波形。纵坐标代表频率f，横坐标代表振动强度G的对数。在图22中波形a代表供电正常，外部噪音相对较小时的状态。在200Hz或以下范围内，存在由于市电频率供电电流所致的感应和电磁力的噪音成分，不适合于检测异常。因而，图表示了此以上的频率范围。图22中波形b代表了当外部噪音象风和雨的干扰存在的状态。此波形相比于波形a有向上漂移的形状。因而，如有某一值被设定为供电异常检测的评判基准，且当信号电平超过设定值就简单地判断为异常，这包含了当外部噪音水平变大时有误操作的可能，这是危险的。

图21中所示波形代表了当供电异常存在时的波形。如图所示，振动成分中存在那些频率是电源电流频率偶数倍的成分，而奇数倍频率的成分相对较小。在这些频率成分之间的部位是低谷，振动成分几乎没有。若外部噪音，如风和雨，在供电异常时刻和波形叠加，合成波形近似于图21波形中向上漂移的波形。所以，供电异常检测的判定基准将被表示为供电电流频率偶数倍的高峰分量P是多少倍于其邻近分量的低谷值L，其中所谓邻近分量也是供电电流频率的若干倍。确定的数值应为两倍到十倍或更高。为了改进检测可靠性，要对若干个峰值进行类似的验证，应计算它们的“AND”或“OR”。图23表示解决那种检测位置的数目很大情况的一种经济的结构，这样的情况如气体绝缘开关站。同上面描述的实施例中同样方式，加速度传感器420被装在箱体2的外壁上，信号通过在控制板1000上的放大器421，并由窄带带通滤波器519、519′处理。带通滤波器519、519′中心频率分别设定在图21的P和L。为了进一步简化，带通滤波器519、519′可由调谐电路构成。带通滤波器519、519′的输出被通过转换单元2000送到中央监控板3000的计算机520去，在那里对任何异常的存在作出判断。

外部的连续噪音，如风和雨，可以用在靠近箱体处设置虚参考板（dummy    reference    plate）来消除，用设在参考板上的加速度传感器检测风和雨并从正常的加速度传感器420的测量信号中实施减法处理或者封锁异常检测器516的异常警报输出。

高电平振动噪音本质上相似于上面所述的噪声，它是由于断路器操作时及将开关断开时的振动而产生的，或者由于操作单元用电，例如液压泵起动而引起。当操作信号发生时，异常检测精度可以被把操作信号输入在变电站内的这些设备以及封锁异常报警输出而得到改进。

200到5000Hz的振动一般从异常的部位于供电异常的发展过程中相对较早的阶段而产生，并可用根据前述实施例测量箱体振动来检测，诸如全部气体绝缘开关接地之类的危险问题可以事先被防止。

Ⅳ.温度检测（供电异常）

图24表示此检测方法的原理。横轴代表每天24小时的时间，纵轴代表各测量点间温度差。温差代表了全年最大值，用排除了直接的太阳光线后对在变电站现场的分相型GIS测量其温度以决定相间最大温差而得到。结果发现相间温差极小，如日落后晚10点和早6点之间低于0.5℃，而在白天相当大，大约为4℃。由此，为了检测由供电异常所致局部过热及箱体温度上外，在晚上测箱体温度，当相间温差超过被设定为至少是0.5℃的参考值时去判断异常之存在是有效的。

图25表示应用上述概念于有GIS结构的分相式气体绝缘设备的一个例子的实施例并表示了在断路器箱体周围的各个部分。用于各单独的相的并有密封结构的箱体2、2′、2″被水平放置，SF₆作绝缘气体802被封入各箱内。高压部分805由中心导体14、14′组成，断路单元804由绝缘隔片或类似物隔开或支持，没有示出。异常检测器806被用来检测由于断路器804电极消耗的供电异常，由热电偶807、807′、807″组成的检测器50直接置于断路器804上面作为温度检测手段。为切断太阳辐射用的伞状罩不是必需的，因为本实施例是测量夜间温度的。然而，防锈的防水盖，加固手段和为防接地时电冲击侵害的绝缘手段是必需的。每一个热电偶807、807′、807″的输出被通过由放大器421和模数变换器810组成的局部控制板1000和通过传送单元2000送到由处理器811组成的中央监控板3000。处理器811的作用在图26中示出。在判断异常之前，先判定时间是否是晚10点到早6点，如不在此范围，异常判断不做出测量结果。如时间不在此范围内，最大温差由热电偶807、807′、807″测得的温度T₁、T₂、T₃来决定。其次，它们与被在先设定的判定基准（本实施例是10℃）进行比较。如它们低于判定基准，就这样完成了处理。如它们超过基准，发出警报。至于警报的种类，本实施例仅输出时间、温度测量值等，用处理器的打印机，但可能用一种以灯光闪烁或声响警报来报警提示附近控制站或指挥站的工程师。在一种未来的系统里，将使用一种在线系统，其中警报被转换成一个异常信号给中央控制计算机从而控制变电站设备的工作。处理工作按以上叙述那样的次序被完成，处理器以适当的间隔重复此程序。

上面描述的实施例中温度测量点虽然只有三点，在未来的系统中将是几百点，该系统单独地控制一个大规模的变电站。这种情况中，相似部分的测量点归成组，对这些组的每一个可得到最大温差并与各自的判定基准比较，这样，周围温度的影响可进一步减小。

图27表示不同的一个实施例，仍与上面的实施例一样在从10点到6点时间内判定基准1进行比较，但在另一时间区段内与具有以白天温度分布最大值为界限的判定基准2（本实施例中为5℃）进行比较。在此实施例中，一个盖子或隔热材料为防止太阳光线对热电偶直接辐射是必须的。此实施例能检测在白天突然出现的并将在几小时内导致接地的危险的异常。

图28进一步发展了上面叙述的实施例的概念。判定基准H（t）是图24所示温差最大值之总和，其界限在处理器中被储存为对时间t的函数以一分钟接一分钟地监控温度测量值。此实施例可以以同样方式应付上面讲到的事故，但效果更大。示于图24中的温差特性随装有断路器的变电站的地形、经纬度而变化。所以，通过在现场安装后，测定相似于图24那样的特性并事先准备最终的判断基准，可以获得更大效果。

根据本实施例，箱体温度在晚上测量，判定基准（被测的时间差是要和它比较的）可以被设定到低于异常出现时显现出的温差。所以，可避免由于周围温度影响导致的错误操作，因而高度精确地检出基于供电异常的温差。

Ⅴ.热观察仪

此后，将解释一种涉及用红外辐射温度计的测量方法的实施例。如在气体断路器箱体表面温度分布用红外辐射温度计测定，由于背景温度之影响，测量误差变大是个问题。一般，气体断路器为水平同轴式，放在户外变电站25的场地上，红外摄象机作为红外辐射温度计的测量单元被放在地上。因此，气体断路器从水平方向大部分被摄取，在如此安排下，不论白天或是晚上误差不大，特别是晴好天气时，箱体的较高的温度被测得低于实际。仔细研究结果，发现原因如下。就是，在箱体表面红外线辐射比有赖于红外线辐射到箱体的方向，在垂直方向上较大，随倾斜角增加而逐渐减小。图29表示辐射比实测的例子。图29（a）中横轴角θ是对应于与红外摄象机903的方向904相对于箱体表面901的垂直方向902的角，见图29（b）。纵轴辐射比e代表实际从箱体表面辐射出来的能量和红外能量从与箱体有相同温度的黑体辐射出来的理论值的比率。如图所示可见，θ较大的地方，即从偏斜处测量所得辐射比e变小。若辐射比e小，从箱体辐射出的红外线数量下降，从周围环境入射到箱体的能量和反射系数（反射系数＝1-辐射比）的乘积在箱体表面上被反射出来，结果表面辐射能量改变了，引起测量误差。假如这时周围温度和被测物体间的温差很小，象在室内测量的情况，测量误差小，但在晴好天气在户外测量，误差变大。因为以红外方面来看，兰天的等效温度低达-20℃到-40℃，并且也因为与箱体的温度差是大的。由于上述原因，当测量其轴的箱体时，有沿箱体四周部分测量误差较大的问题。在那里红外摄象机对箱体表面视角大，测得温度低于实际。

例如，若红外摄象机放在窥视作为被测物的箱体仰角20°处，红外摄象机对法线方向视角θ在箱体上部为70°，从图29（a）取得辐射比e为0.8。如仰角30°。，θ角为60°，辐射比0.9。这样，红外摄象机在高位置，在箱体上部可取得高辐射比。另一方面，如供电异常部位存在于箱体内部，局部过热发生，绝缘气体如封装在箱内的SF₆的对流发生，就在局部发热部位以上的箱体上部的温度很灵敏地因这种对流而上升。所以，若红外摄象机放在高位处以求获得箱体上部预定的辐射比，即，使误差减到最小，箱体因局部过热导致的温升可在早期就检测出。

图30表示作为检测器50的红外摄象机903装在位于变电站现场的装引入架空电缆的钢架结构905上。作为被测对象的箱体2、2′、2″表示为分相型气体绝缘开关设备的纵截面，它藉腿907装在地面908上。根据示于图29（a）箱体上部处θ角和和辐射比e关系，红外摄象机903的仰角θ₁瞄准作为被测物的箱体最好至少30°，以便获得辐射比0.9，甚至在最差的情况下，如当存在受场地限制等困难时，也要至少为20°以获得辐射比0.8。当箱体温度为10℃，背景（天空）是-20℃，对应于此的温度测量误差分别大约3℃及5℃，这是对于供电异常检测目的允许的容许误差的极限。

红外摄象机903放在具有防水功能的保护壳909之内，被由电动机910，减速箱911，滑轮912组成的提升机构913通过缆绳915经滚子914导向来驱动。一个装在外壳909上的轮子917被在钢架上形成的导槽916内移上移下。提升的目的包括调整红外摄象机903的视野，但因为摄象机必需每数小时移到地面以补充装在摄象机903一起的冷却红外装置的液氮。具有类似于局部控制板1000功能的、为处理由红外摄象机903摄取的图象的处理器其主体放在变电站建筑物919内的控制室内，用测量电缆920连到红外摄象机去。

根据本发明的实施例可以很容易地利用钢架结构安装红外摄象机而在已有的变电站中实施。由于红外摄象机装在高处，单台摄象机的覆盖面变宽，监控整个变电站所需的红外摄象机数就变少。

在实施例中除了红外摄象机的支持手段使用钢架结构外，任何别的手段均可使用而不受限制，如建筑物，放变压器的隔音墙，专用的支持底板等等，只要能取得必需的高度即可。它们根据变电站作为对象的结构来选择。

图31表示又一实施例。箱体2在图中是分相型双路气体绝缘开关设备的一部分并藉腿907放在地面908上。红外摄象机903通过一个和为了调整垂直和水平方向转角的机构一起的台板923装到专门的柱922上。该柱用螺栓921固定到地908上。转台923的测量电缆920和控制电缆924通过埋在地下的管槽925连到放在控制室内的处理器918。本实施例中用电子冷却系统来冷却红外装置以免除困难的维护工作。虽然这种系统的测量精度比液氮系统低，但实用。因为本实施例红外摄象机放在双路气体绝缘装置的各路之间，作为被测对象的箱体和红外摄象机之间的距离可缩短，最后的影象的分辨力变高。当摄象机放在各相之间时也可得到类似的效果。此实施例中红外摄象机的视角θ₁在被测目标的区域内最好是30°，甚至在较差情况下至少要20°。

图32表示又一个实施例。箱体2藉腿907放在地面908上。箱体2在气体绝缘开关或类似物的母线部分全长有时超过100m，故装置的摄象机总数增加，测量数据分析处理量变大。在此实施例中红外摄象机903装在自由运动的小车926上，轮子930被驱动电机929由传送带931驱动于装在与箱体906纵向平行的钢架927上的导轨928上，这样，摄象机可自由移动。本实施例一台红外摄象机可测量较宽范围。因而，它可能保持示于图29（a）的对箱体2上部表面的角度θ对任何测量点均接近0，测量误差因而保持最小。

图33表示与标记相关的又一实施例，它对限定测量部位是有用的。此图为箱体2的顶视图。套管型加热器932用连线933连到箱体表面并由点焊到箱体2上的金属物934固定。在此实施例中加热器932的发热部位位于靠近有出现供电异常原因的部位，如位于箱体内的导体连结部，开关部，和类似部位，但并不就直接放在这些部位之上。如发热器932发生的热量对每一个位置充其量有几瓦，它不引入测量误差。这样一来，测量位置根据红外影象在白天和晚上都可容易地确定，即使当温度分布是小的。假如被测对象在规模上较大，测量点变多，加热器932在形状、长度、跨距等对每测量点都改变一下，这样做本实施例的效果更好。

图34表示了涉及红外摄象机903和处理器918之间连接方法的又一实施例。规模大的变电站内为了监控较宽范围，大量红外摄象机903构成检测器50成为必需。因而具有当地控制板1000功能的处理器918的数量增加，从经济角度看分析处理量也变大。为避免此问题，此实施例在若干红外摄象机903和处理器918之间设置一可变的分路单元935，以便顺序地变换用于监控的红外摄象机903。因此，操作者可以坐在预定位置处依次地监控整个变电站。在未来的自动监控系统中，计算机接到处理器，用图象处理技术就可以实现自动监控。本实施例也同样地可用到这样一个系统中。

根据本实施例，红外摄象机放在比作为被测对象的箱体高的地方以便在箱体以上的摄象机的视角能获得一预定的辐射比。这样灵敏地反应由内部供电异常所致的局部过热并精确地测量箱体上部温度分布由此显示温升是可能的。

对于每个检测器局部控制板1000处理的内容以及在本发明中使用的每个检测器输出一般已如上述。下面将描述在当地控制板1000之后处理的内容。

一般，从传感器来的信号都很弱，一种在直接装在设备上的传感器部位处处理检测信号并将其送到遥远的中央监控装置3000去的方法从供电及设备价格方面看是不实际的。这种情形下，最好用一种根据作为监控对象的装置的尺寸，其布置、结构、传感器类型和数目而将来自传感器的信号在中途汇集起来并将结果传送到上级指令系统去的方法。图35表示这样一个例子，那里说明了一种汇集各个对应于各单台装置1A-1E的信号的方法（图35（a））;将装置1A-1E专门地汇集为几路的方法（b）;将装置1A-1I中在同一场所的汇集为场地单元（c）的方法以及类似的方法。这些方法根据传感器种类、数量、场地面积，将来扩展计划等来选择，局部控制板1000显示汇集作用。

局部控制板1000的结构实例将参考图36来解释。一般，局部的或现场的控制板1000由主要使用计算机的光电器具组成，由于它们处于变电站条件的地方，那里噪音和电冲击环境很严重，必须给予足够注意。从各传感器50来的信号通过相应的信号电缆1001接到耐高压绝缘台1002。台1002是保护1000控制板不受经信号电缆1001进入的不正常电压引起它烧毁或误动作。隔离放大器，耦合变压器，光耦合器等根据信号性质采用。

各传感器信号中间，以模拟量被输入的那些（信号）通过滤波器1003、信号开关1004、由模/数变换器（A/D）1005而被变换为数字量。那些被输入的作为触点的ON/OFF信息的信号通过数字输入电路（D/I）1006被接受。用计数电路1007测量了这些信号的时间，它们度量传感器信号之间时差，被测值以数字量被接受。这些数字化的信号被中央处理单元（CPU）1009通过公共的总线1008处理，数据被储存在记忆单元311中。

中央处理单元1009处理按信号处理程序输入的对应于各个传感器50的信号并基于预定的异常判定算法判定任何异常之存在。判定结果的信息或类似的东西由传输单元1013作为传输信息编成预制的格式，再由调制器/解调器（MODEM）1014转换成与传递特性或2000单元的传输线相匹配的信号，再传递到上级指令系统的监控器3000。此信息也能经接口1011由显示单元310所确认，结果最后的监控数据可在维护和检查时在就近设备上被确认。

当已判定在装置中存在异常，此异常被通知上级指令系统，接触的输出也可被由数字输出单元（D/O）1015输出到1000控制板，此信号用来作面板显示，在较高的指令系统情况里，它被用来作为分开停放的高性能可移动诊断车的起动指令，所以详细的数据采集工作可立刻由高灵敏的传感器或类似的东西进行。

当作为监控对象的设备在无人变电站里时，局部的或现场控制板功能的利用方法可以是以下二个：第一个方法用它内装的传输单元1013将信息传输给在远处的由人控制的控制站，用它的监控设备3000实行监控。这种情况下由若干变电站来的监控信息的联机管理可在一处进行。另一个方法将监控信息储于局部的或现场控制板1000中，在定期检查时采集数据，在这些数据基础上诊断装置的完好性。所储存数据的采集工作可用把记录工具重放来进行或用便携式个人计算机的数据来采集，或用在控制板内设的小型计算机并重放打印页等方式来进行。可根据维护检查的模式来选择合适的方法。

因为来自许多传感器的许多信息被汇集到1000控制板上，中央处理单元1009在时分制基础上处理它们。换言之，当在设备中，例如局部放电监视器，出现了异常，在1000控制板和上级指令系统的监控仪3000之间的信息主要是从前者到后者的UP信息。另一方面，在现场控制板1000中作出异常判定的参考值需要指令信息，如参考值必需根据环境条件或者设备条件而改变，或者在任何异常被粗监控检测出来后必需随后进行细监控，这些指令作为DOWN信息要从监控仪3000传递到当地的或现场控制板1000去。在1000控制板内数据储存量随监控项目而改变。

然而，基本上记忆能力可设计得有余地，使得假如2000单元的传输线因出现故障而断开，信息可一直被存储到复原。由于来自许多传感器的许多种信息汇集到1000板上，中央处理单元1009在时分制基础上处理它们。换言之，诊断信息包括有象局部放电监控信息这样的，当任何异常在设备中发生，其异常迹象随后就被检出，还有象CM开关时间的监控信息或类似那样的信息，或者雷电电冲击的测量信息，其出现是单个的，并且是不能预料的。所有这些信息被以相继地实施一系列作业，如基本作业、数据处理作业、传递作业等来进行处理，如象图37所示。那些不能按处理时间而相继实施的作业过程来处理的那些传感器信号的处理工作则由分别安置的专门的处理单元来处理，例如采用带预定时间分隔的计数单元1007。如此处理后的数据被主作业输入并受到数据处理。

检查各传感器完好性和控制板1000本身的完好性的程序是作为各个单项作业之一被编入的，局部控制板作为一个整体的可靠性可用定期的检查来维护。

下面，说明传递单元2000的传输线的实施例。为汇集由1000板采集的给上级指令系统的信息，在变电站内设有传输线。此情况下，为了在1000板内作异常判定，产生了在其他现场控制板的诊断信息必需在实时基础上被参照的情况和非必需的情况。传输线的结构对这二种情况是各不相同的。后者只要用把若干局部的现场控制板1000在n∶1基础上连接到上级指令系统的监控设备3000来完成，如图38所示，这从经济角度可用较低价格来做到。

在前者情况下，必需使用一种结构使信息交换可在各局部的或现场控制板1000之间进行，如图39（A）所示的环系统或者如图39（B）所示的用星形耦合器的星形系统。传递程序变得更复杂，价格也变得比后者高，但因为和其他保护装置和监控装置可建立互相连接，这对较高的监控系统配置是有效的。在任何一种情况下，因为传输线2000伸延于变电站中，使用光纤维的光传输线从抑制噪音角看是合适的。

图41表示中央监控板3000的硬件结构。通信接口3005通过传送单元2000接收现场板1000所传送的数据，并且把该数据按照运算单元3001的指令存入数据单元3003。运算单元3001。完成对上述数据和基准单元3002的内容的判断和处理，并把结果输出到显示单元3004和I/O接口3006。I/O接口3006把该信号输出到一个音频输出端3007以及一个显示灯3008。数据单元3003存贮按过去到现在的时间顺序排列的，由传感器50检测并经现场板1000处理的设备状态的实时数据。此外，该单元还存储供运算单元3001判断和处理所需的异常临界值，检查/维修方法，维修费用以及每台设备以往的故障数据。基准单元3002存储运算单元3001的基准，用于集中判断正在运行的设备的完好，并确定随后的处理。显示单元3004以便于操作，人员理解判断结果的形式输出运算单元3001的判断结果，它使用一台CRT或液晶显示器。

接着，参考图40解释中央监控板3000中的软件处理内容。

在图40（a）中，传感器单元50N检测到的收集数据由局部或现场板1000的判断单元70N根据作为标准的参考值70R数据进行判断，并由诊断单元80N判断其是否为一个异常值。诊断单元80N的诊断结果和收集数据由传送单元2000送到中央监控板3000并随后执行处理。在板1000中的数据收集工作是按照中央板3000发出的指令周期性地进行的。

存储单元90L按时间顺序存储由图41所示的数据单元3003中的项目单元传送来的数据，如果诊断单元80N表示出现了异常，就执行下一步的处理。即使在异常时收集到的数据中出现了异常的迹象，可用性预测运算单元90A仍周期性地预测设备可使用的时间，异常临界值91A表示设备运行在异常数据的临界值和以往数据倾向值。在供电运行的情况下，例如，假设异常部件的温升值为T₁℃，且由周围环境来判断的可使用的温升值为T₀℃（该T₀℃值根据周围环境周期性地校正），可用时间t_R可以按如下所示用异常部件当时的温升率△T估算。

t_R＝（T₀-T₁）×α/△T

α：余量系数

接着，一个维修方法判断单元90B根据检查/维修方法数据单元91B中存储的积累/替换数据，在对检测到异常的部件及空气绝缘装置1的每个结构单元进行检查和维修时判断维修方法和维修所需的时间，以及调节方法等。一个计算维修费用的运算单元90C根据维修数据计算维修所需的费用，费用数据单元91C存储每个结构部件的维修所需费用的数据。

在上述处理完成以后，一个输出单元92A构成一个图面中相关的必要信息，并作为考虑到人-机特性的输出图象92a输出。例如，就供电运行的诊断来说，它把供电异常部件92a1，运行可持续时间（t_R）92a2，检查/维修方法92a3，维修的估算费用92a4，在异常时测得的温升值T₁92a5以及温升限值（T₀）92a6输出到一个图面上。

接着，参考图40（b）解释另一种诊断结果的显示输出方法。在本例中输出图面是这样构成的，即不仅在出现异常时，而且在提出收集数据的显示请求时，使操作人员便于判断设备的状态和条件。如图40（b）所示的一个以往故障数据单元91D存储每个组成单元以往的故障内容及其发生原因，故障时收集的数据，被检测到异常的部件的名称和数据，以及与该部件有电和机械联系的部件数据。以往故障数据单元91D的内容每当出现任何异常时就自动追加新的数据。首先参考一个出现任一故障的情况解释用于计算和数据分析的处理顺序判定单元90D。该单元首先在出现异常的同时从出现异常部件的以往故障数据单元91D的数据中确定出现异常的部件，然后根据该部件确定与出现异常部件具有较高级电和机械联系的部件的顺序。一个数据处理单元90E首先执行出现异常部件的数据处理，接着处理在以往曾与该部件同时出现异常的部件的数据，以及与该部件具有高级电和机械联系的部件的数据。数据处理单元90E与可用时间预测运算单元90A同样地预测异常的过程。一个图形显示数据判定单元90F从数据处理单元90E的处理顺序和异常的内容来确定输出到一个图面上的数据类型。一个输出单元92B显示图形显示数据判定单元90F所确定的数据，例如11输出图形92b。在本例中异常部件的位置显示在92b1，异常部件的倾向及异常的预测过程（虚线）显示在92b2，以及与异常部件有较高顺序联系的部件显示在92b3和92b4。

接着，即使未出现异常，操作人员也可以点播上述A单元状态显示的情况。用出现异常时同样的方式，在过去同时发生异常的部件和其有较高级电和机械联系的部件由以往故障数据单元91D和处理顺序判定单元90D确定，用于借助特定的做为参考的A部分来计算和分析数据。该数据按照数据处理单元90E确定的顺序进行处理。图形显示数据判定单元90F用特定的作为核心的A部分决定显示在一个图面上的数据类型。输出单元92B显示该图面，比如输出图形92C。特定的A部分数据显示在92C1，并且具有较大联系的数据分别显示在92C2，92C3，92C4。在这种情况下，按较大的联系顺序用不同颜色显示当然是可能的。

以下参考图40（C）解释一种当异常出现时，进一步改进异常判断的可靠性的方法。即使板1000判断了异常的出现，有时异常是由于外部环境引起的。在这种情况下，将产生错误的判断。为了改善诊断的可靠性，当出现异常时，一个综合判断单元90G进行下述处理。

在出现异常时，传感器50B检测打雷或闪电，太阳辐射，雨，雪，灰尘等情况，以及一个变化量检测单元60N计算从出现异常以前的信号变化量。一个外部噪声信号判断单元80P判断其是否涉及异常诊断以及是否异常诊断结果实际上是空气绝缘装置引起的，或是来自由外部噪声判断单元80P判断的外部噪声，以及来自诊断单元80N的信号。在综合判断单元90G做出判断以后，参考值变更判断单元90H判断是否有必要变更异常判断的参考值70R，以及是否有必要靠再次收集数据来完成判断。如果不需要变更，诊断结果就由输出单元92D输出。如果参考值70R必须更换，一个传感器判断单元90J接着判断是否必须更换传感器的类型。如果不需要变更，周期变更单元90K就变更数据收集的周期，数据仍由原有的传感器系统收集。然后，再次执行异常诊断。倘若必须由一个分散的传感器系统收集数据才能进行精确的异常诊断，并且当异常的位置识别和原因的判断是由较高级的诊断产生时，分散传感器系统单元50C收集数据，并由综合判断单元90G进行判断。

以下叙述同时检测多个现象的综合判断的一个实施例。

表4所示的判断是在包括外部信号的综合判断程序90G中进行的，如图40（C）所示。

表4

如果检测到上述任何一种异常，就按照预先的异常类型和编号确定对策。表4描述了一个实例，用来根据对象和设备的特性及其重要程度逐个确定空气绝缘装置的母线部分，并确定综合判断的模式。除了表4所示的异常例子之外，还测量开关单元的操作装置的操作特性，用于检测开关异常，测量密封在空气绝缘装置中的绝缘气体，例如SF₆气体的气压，用于检测气压的异常，等等。上述系统进行包括这类异常的综合判断。

以下将参考图42解释当检测到任何异常后，中央监控板3000表示出的功能。由于空气绝缘装置1的局部放电，会出现电脉冲电压，与脉冲电压类似的脉冲电流，声音，箱壁的振动加速度，光，SF₆气体的分解等等。检测器50a，50b，50c被安装用于检测这些指标中的至少一种。每个检测器50a，50b，50c检测的信号由局部或现场板1000加工，然后把加工后的每个检测器数据通过发送或传送单元2000输入到中央监控板3000。中央板3000包括一个加权指令单元351，用于接收加工后的数据，给出一个是否对该数据加权的指令，一个异常处理指令单元353，用于根据该指令单元的指令对每个加工后的数据加权，并且提出对策，一个异常处理数据基数354按照等级和异常类型存储这些对策，一个剩余寿命诊断单元356用于预测和显示空气绝缘装置1的剩余寿命，一个剩余寿命数据基数357用于根据该诊断单元356提供预测数据，以及一个剩余寿命显示单元358用于显示剩余寿命诊断的结果。

加权指令单元351把特殊检测器50a的加工后的数据与一个预定的门限值比较，如果该数据低于门限值，就对每个检测器50a，50b和50c的加工后的数据产生0加权系数，当数据超过门限值时，则产生非0的加权系数。加权系数W为每个监测器50的被测物假设一个特殊值，对灵敏度较低的检测器，该值较大。例如，如表5所示确定了加权系数Wa，Wb和Wc若检测器50a，50b和50c的检测值分别为a，b，c，且对异常的灵敏度依次为检测值c，b和a。此时Wa＞Wb＞Wc。

表5

加权判断单元352按照下述公式把加权指令单元351产生的加权系数对检测器50a，50b，50c的电平Ta，Tb，Tc加权，计算出异常指标S：

S＝WaTa+WbTb+WcTc

异常处理指令单元353把异常指标S按S₁，S₂，S₃……排列（S₁＜S₂＜S₃），并且根据异常处理数据基数354中的每个行给出要采取的措施指示。由于所采取的措施是随着异常的类型而变化的，异常类型L，M，N存储在数据基数354中，如表6所示。例如，当异常类型为L且异常指标为S₂时，所采取的措施为X₂，以及当异常类型为N且异常指标为S₃时，所采取的措施为Z₃，并且是按照下述方式进行的。

表6

当出现局部放电时，放电量Q如图43所示随时间t而增加。其数值随着施加电压V₁，V₂，V₃变化。对于每个异常类型L，M，N，这种关系是预先确定的，并且存储在剩余寿命数据基数357中。换言之，如表7所示，存储一个异常类型L，M，N的放电量Q，电压V和时间t的典型关系式

Q＝F_L（V，t），F_M（V，t）F_N（V，t）。

表7

假设在目前测得的异常指标S与电压V和时间t之间建立相同的关系，剩余寿命诊断单元356使用表7的关系式计算未来的预测曲线，并把预测结果显示在剩余寿命显示单元358上。如图44所示，异常指标S被标在纵座标上，时间t标在横座标上，并且由显示单元显示出异常指标S的等级S₁，S₂，S₃的行，曲线S表示至今为止的异常指标变化，以及由剩余寿命诊断单元356预测的，表示S未来变化的曲线S_L，S_H。此处，S_L和S_H对应图43中Q-t曲线的变动，并分别对应于最长寿命和最短寿命。根据这一显示，可以很容易确定从此时的t₁开始，异常等级S₂和S₃在多少天后会被超过，并制定维修/检查的计划。当然，为了与S_H，S_L相区别，在设计方案中S′曲线可以分别使用实线和虚线，不同的颜色，等等。通过在图面上或绘图中除了显示曲线S′，S_H和S_L之外，再显示超过每个寿命等级S₁，S₂和S₃所需的时间，可以更精确地显示出剩余寿命。

图45表示在检测到任何异物时，有关可用时间估算和维修措施信息的处理流程。当中央监控板3000从局部或现场板1000接收到异物检测信息时，首先判断异物30的长度。

如果导电异物是由于库仑力的作用进入气体绝缘设备的，由于与箱体2或类似物的碰撞，异物30会发射出本身所带的电荷，局部放电检测器304检测该放电量。图46表示以异物长度L₁，L₂，L₃为参量的气体绝缘设备1的供电电压-放电量特性曲线。由图中可见异物30的长度与放电量之间有密切的关系。由于在本发明中对放电量是连续监测的，可以根据绝缘设备1上施加的电压与放电量之间的关系判断异物30的长度，当出现异物30时的供电电压V-放电量特性曲线是预先根据模拟来测定的。

即使出现了异物30，也有一种对气体绝缘设备1的连续运行不会造成危险的情况，它取决于所施加的电压量值。为此，预测闪络电压VOF1，VOF2，最终使施加电压量接地。此外，VOF1是施加市电频率时的闪络电压。VOF2是施加脉冲状电压或VOF2时的闪络电压。由于异物30的长度已知，可以根据异物30的长度与闪络电压VOF1′，VOF2′的关系预测VOF1，VOF2。

如果VOF1值小于气体绝缘设备的额定电压Vt与安全系数K₁的乘积，那就是，如果闪络电压与额定电压Vt近似，就进行气体绝缘设备的停止页处理，例如切断断路器。假如即使在考虑到安全系数K₁时，闪络电压VOF1仍大于额定电压Vt，就进行下述处理。

VOF2与K₂Vim的比较部分检查由于闪电冲击引起气体绝缘设备1的施加电压升高造成的发生接地的可能性。VOF2是脉冲状闪络电压，此处的K₂是安全系数，Vim是由于闪电冲击引起的预期的脉冲状电压峰值。Vim是根据以往在该地由于闪电冲击造成气体绝缘设备1和其他等设备的电压变化，以实验为基础确定的。当K₂Vim小于VOF2时，或换言之，如果即使出现闪电冲击时，未被判断发生接地现象，就显示安全，并附加显示异物的位置和重量等信息。反之的情况下，或是由于闪电冲击有接地的可能性时，就显示警告，并附加显示异物的位置和重量等信息。在此情况下，判断结果的信息和外部信息一起送到综合判断单元。如果检测到异物，即使该异物30不一定总是导致接地，仍选择维修方法并计算维修费用。

维修方法或移去异物30的方法根据异物30的材料可以改变。清除异物30的方法包括以下三种，可根据异物的位置和材料选择。

（1）在箱体2的外表面上设置磁铁，从而把异物移到通常设在垫圈附近的微粒收集器中。

（2）在箱体2的外表面上设置一台由一排压电器件构成的超声波电动振荡装置，当由于库仑力作用出现异物时把异物30移入微粒收集器。

（3）拆开气体绝缘设备1，并用清洗液洗去异物。

如果箱体2是由非磁性不锈钢或类似材料制成的，并且异物被判定为磁性材料，选择费用最低的方法（1），如果在箱体2内有间隔，则选择方法（3），如果箱体2由磁性材料制成，或异物30为非磁性材料时，选择方法（2）。在本例中异物的直径是根据其质量，长度及材料（密度）来判断的，同时判断在进行清除工作时施加在异物上的电压。如果在箱体2内有间隔，使得异物无法移入微粒收集器11，则选择方法（3）。

参考图47解释异物清除方法（2）。异物30位于中心导体14与箱体2之间。垫圈10支撑着中心导体14，微粒收集器11设在垫圈附近。一排压电器件401设在箱体2的外表面上，由于在中心导体14与箱体2之间的供电电压，异物30受库仑力作用并进入箱体。箱体2内表面的振动如放大图所示，并且该振动波朝微粒收集器11移动。因此，跳动的异物30移向微粒收集器并最终被收入该收集器11。

维修费用取决于维修方法和维修位置，该费用根据预先计算并存储在费用表中的存储数据，以及异物的移动距离来计算。

选定的维修方法和计算出的维修费用以及有关的信息，例如异物的位置一起被显示。

有关使用可能性的判断结果和上述维修的判断结果对有效地操作气体绝缘设备1是重要的数据。

接着将解释通过测量箱体温升的方法检测到供电异常时，可用时间预测计算的方法。图48中的框90A相当于图40中的可用时间预测计算框。该程序822根据从设在变电站内的检测器输入到中央监控板的箱体温升测量数据821计算由于供电异常造成局部过热的部件的发热量。接着，根据上述计算结果，流经异常部件的供电电流数据823，以及从变电站设备输入中央板的数据，由824计算发生在电源异常部件上的极间电压降，极间电压降的计算结果与预先输入并存储在中央监控板内的关于异常进展特性的数据825比较，从而确定可用时间（826）并结束本段程序。上述计算框图在以下将做更详细的解释。

测量方法除了使用已描述过的红外辐射温度计和热电耦之外，还可以使用各种其它测量方法，例如铂电阻丝系统可以用于采集温升测量数据821的一种方法，而无需任何特殊的限制。此外，只要能保证约0.5℃的分辨率，任何方法都可以采用。然而，对每种测量方法的固有问题都必须经过实验，以确保检测的可靠性，并获得足够的测量精度。

图49表示发热量计算框822的功能。在图示的例子中，它包括一个计算码827，该码具有对箱体内部气体与外部大气的对流进行分析的功能，计算箱体与高电位导体部件的热传导，并确定每个部件的温度分布状态的功能，以及一个存储器828存储物理常数，例如一个热传导系数，它取决于箱体和高电位导体部件的形状和材料。在该程序中，计算码827在计算开始之前向存储器828给出异常发生部件的位置信息829和给出各种维数，并接收与异常发生部位相应的物理常数830。根据该数据，计算码827通过改变发热量连续计算如图48的温升测量值，直到获得与预定精度相等的温升值。当获得上述结果时，该程序结束并且流程转入下一步。计算所需的时间可能较长，取决于所用计算机的容易。在本例中，有时采用一种较通用的方法，例如忽略由于大气对流产生的（温度）下降的方法，以及把三维计算改为二维计算的方法，作为一种更简单的方法，存储图50所示的箱体温升关于发热量的特性，并作为参考是可能的。在实践中，温升是根据供电电流流经高电位导体部件以及来自供电异常部件的局部发热效应产生的焦耳热而确定的。然而，由于此处使用的术语“温升值”表示异常部件与正常部件的温度差，它可以被视为实际精度等级下的局部发热的结果，并且可以忽略由供电电流产生的温升。

图48中与供电电流有关的数据823是流经异常部件的电流本身，该电流由一个电流互感器或类似物测量，互感器通常安装在变电站设备上是不成问题的。由于供电异常部件具有电阻特性，它可以按照欧姆定律用供电电流除发热量而得，发热量是在上述方法10中获得的。实际的测量值被作为异常进展特性数据825存储。图51表示在铜导体接合处测得的极间电压的时间变化特性。尽管存在上，下限831，832间的波动，在确定预测可用时间计算的异常进展特性数据825时，与实际测得的上限831之间仍有一些附加余量。为了确定极间电压V₁做为供电极

应该采用一个熔化电压，即由于导体材料出现发热，在该电压下开始熔化0.43V等于铜的熔化电压，在这它被用作为V₁。对于熔化电压的概念可参见Zenya Tsuchiya所著，Sogo Denshi shuppan-sha（1980年7月）出版的“电接触技术”等书。从检测到供电异常的时刻t₁到电极30的材料开始熔化通常要经过大约一个月。图1所示的可用时间计算框826根据上述异常进展特性数据确定剩余可用时间，同时还参考目前极间电压降的计算结果。

图52表示根据本发明的诊断系统的另一个实施例，不用于空气绝缘设备1的检测器50用来检测绝缘异常，供电异常和异物，而图40和52中设置的检测器50C是为了检测异常电压，例如打雷，开关颤动等等，气象条件如温度，降雨，风力等等，异常天气如地震，以及系统和变电站的各种控制信号。如果设备的一种异常由异常判断获得，并且该信号由A进入，该检测器和上述各种检测器50C一起进行综合判断，以便变更判断参考值，检测器，检测周期以及系统。

这种情况举例如下：

（1）虽然从设备上检测到了声音异常信号，仍根据开关（例如断路器）的操作控制信号的存在对参考电平的变更进行综合判断，然后做出最终的判断（参考电平变更）。

（2）如果检测到异常电压，就缩短绝缘异常检测周期（变更检测周期）。

（3）当设备的温度变化增大时，根据对大气温度进行的综合判断变更检测间隔。如果温度差小，就缩短间隔（变更检测周期）。

（4）如果检测到绝缘异常或供电异常，用分解气体检测器或类似装置分析气体特性，以便改善寿命诊断的精度（检测器变更：从检测器50A改为检测器50B）。

（5）如果检测到异常，采用另一个移动式系统，以便改善位置判定等等的精度（系统变更：从系统90SA改为系统90SB）。

由于在设备内出现异常的概率通常是极低的，设置大规模的昂贵系统是不经济的。换句话说，应采用最少的传感器种类和安装数量。图52表示一个简化系统90SA的实例。在此条件下，如果系统90SA进行异常判断，另一个系统B90SB有时被用于二维精度诊断或对设备周期性地进行精度诊断。系统90SB可以和系统90SA同样地固定安装，或者也可以采用移动式，仅在进行周期性精度论断时才移动。例如，采用下述的系统配置是可行的，其中系统80SA仅是上述绝缘异常诊断系统。当该系统判断到异常时，采用系统90SB作为绝缘，供电，异物等等的综合诊断系统。系统90CB更于采用完全移动式，安装在一辆车上，由于它可以用于多个变电站，可获得较好的经济效果。再进一步还可以在变更站内设置机器人或类似形式的系统B90SB，当系统A90SA检测到异常时，操作系统B90SB对出现异常的部件进行详细诊断。

图53至图57表示输出到外部输出设备CRT，打印机等等的信息，并在检测到异常时提供给操作人员。其中图53表示异常检测项目和每个项目的内容。图54表示绝缘监视显示图面的一个实例，图55表示存储数据的倾向图面显示的实例，图56表示温度特性倾向显示图面的一个实例，以及图57表示存储数据的打印机输出的实例。

参考上述实施例进行的描述，本发明可以做到从安装在气体绝缘设备上的高灵敏度检测器的信号中提取最适用的频率，传送和输入该适用信号，按照一个专门系统的算法处理这些数据并显示该数据。因此，本发明可以对气体绝缘设备的绝缘性能和供电进行高精度的诊断，并提供一种系统和方法，可以对异常的对策，预防性措施，如寿命预测，以及预防性意见给出一种适用的指导。

Claims (26)

1、一种高压电力设备的异常诊断系统包括：

检测装置，该检测装置包括多个检测器，用于检测高压电力设备的异常并提供表示异常的输出，设置该检测装置是用于检测存在于高压电力设备内部异常中的至少表示一种绝缘异常，供电异常和异物的预定现象；以及

监控装置，该监控装置响应检测装置的输出，并且用于提供被检测的上述类型异常的至少一个输出和显示中的一个。

2、根据权利要求1的异常诊断系统，其中在高压电力设备中没有上述多个检测器中的至少一个部分，并且还包括靠近该高压电力设备设置的局部板装置，它用于放大上述多个检测器的输出，作为中央监控装置的监控装置设在远离上述高压电力设备的位置，并设有信号传送装置，用于把上述放大装置的输出传送到中央监控装置。

3、如权利要求2所述的异常诊断系统，其中局部板装置还包括用于判定检测装置完好的装置。

4、根据权利要求1的异常诊断系统，其中的检测装置能检测出高压电力设备内部的异物成分。

5、根据权利要求1的异常诊断系统，其中检测装置中的至少一个部分检测器检测由检测装置检测到的频率成分中的一个预定的频率成分和一个预定的频带成分两者中的至少一个成分，以及监控装置，该监控装置根据包含在检测器输出信号中的一个预定的频率成分和一个预定的频带成分之一，实现异常类型的输出和显示的一个。

6、根据权利要求1的异常诊断系统，其中的多个检测器包括多套提供输出信号的检测器，并且还包括在多套用于检测一个异常的检测器中选择一套检测器的装置，该选择装置至少选择另一套检测器，用于证实异常的检测。

7、根据权利要求1的异常诊断系统，其中的监控装置包括根据检测到的异常类型提供高压电力设备的连续可用时间的一个指标的装置。

8、根据权利要求1的异常诊断系统，其中的监控装置包括根据检测到的异常类型提供维修方法和维修所需费用指标的装置。

9、根据权利要求1的异常诊断系统，其中的多个检测器包括第一检测器用于检测高压电力设备内部出现的异常，及第二检测器用于协助第一检测器的输出的异常判定，还包括根据第二检测器的输出改变第一检测器输出的异常判断标准和第一检测器的检测间隔两者中的至少一个的装置。

10、根据权利要求1的异常诊断系统，其中的多个检测器包括第一组检测器检测局部放电，以及第二组检测器检测局部放电和大气中的电磁波，监控装置包括对第一和第二检测器的每个输出进行频谱分析的装置，从而根据不同的频谱识别高压电力设备内部的局部放电。

11、根据权利要求1的异常诊断系统，其中的多个检测器包括至少一个安装在高压电力设备内的音响传播传感器，以及至少一个加速度传感器用于检测一个低于音响传播传感器的检测频率的频带信号，监控装置响应音响传播传感器和速度传感器的输出，用于根据音响传播传感器的输出与加速度传感器的输出之比检测高压电力设备内部的异物。

12、根据权利要求1的异常诊断系统，其中的多个检测器安装在高压电力设备的不同部分，上述监控装置包括存储位于高压电力设备的不同部分的一个检测器的一个输出信号的装置，该输出信号在对高压电力设备做异常模拟时表现出异常，以及通过对表现出异常的存储输出信号与出现异常时检测器的检测信号之间的相拟程度进行计算，用于判断高压电力设备异常的真空出现的装置。

13、根据权利要求1的异常诊断系统，其中的多个检测器包括至少一个测量温度和提供一个表示该测量温度的输出的检测器。

14、根据权利要求2的异常诊断系统，其中的信号传送装置包括光纤电缆装置用于连接局部板装置和中央监控装置。

15、一种高压电力设备的异常诊断系统包括：

检测装置，该检测装置包括多个检测器，用于检测出现在高压电力设备内部的至少一个异常，并提供表示该异常的输出;以及

监控装置，该监控装置响应上述检测装置的输出，提供测得的异常类型的一个输出和显示其中的至少一个，并且根据所测得的异常类型提供高压电力设备的至少一个连续可用时间指标，以及根据测得的异常类型为维修提供一个维修方法和所需费用的指标。

16、一种高压电力设备的异常诊断系统包括：

检测装置，用于检测高压电力设备的至少一种异常，并提供表示该异常的输出，该检测装置至少包括第一和第二检测器，以及监控装置，它响应该检测装置的输出，提供一个输出表示测得的异常，该监控装置响应第一检测器的输出，用于判定一个异常，然后利用第二检测器的输出证实上述异常的判定，并且利用第二检测器的输出改变第一检测器输出的判断标准和第一检测器的检测间隔两者中的至少一个。

17、根据权利要求16的异常诊断系统，其中第一检测器检测高压电力设备内部出现的异常，以及第二检测器协助第一检测器输出的异常的判定。

18、一种高压电力设备的异常诊断系统具有多个检测器，用于检测高压电力设备的异常，并提供表示该异常的输出，以及监控装置，用于响应上述多个检测器的输出，其改进是配备上述多个检测器，是用于检测存在于高压电力设备内部异常中的至少表示绝缘异常，供电异常和异物的预定现象，以及监控装置响应上述多个检测器的输出，用于提供测得的异常类型的一个输出和显示的两者中的至少一个。

19、根据权利要求18的异常诊断系统，其中在高压电力设备内装有上述多个检测器的至少一个部分，以及还包括贴紧高压电力设备配置的局部板装置，用于放大检测器的输出，作为中央监控装置的监控装置设在远离高压电力设备的位置，以及信号传输装置，它被用于把放大装置的输出传送到中央监控装置。

20、根据权利要求19的异常诊断系统，其中的局部板装置还包括判断多个检测器完好的装置。

21、根据权利要求20的异常诊断系统，其中的信号传输装置包括光纤电缆装置，用于连接局部板装置和中央监控装置。

22、一种高压电力设备的异常诊断系统是有多个检测器，用于检测高压电力设备的一个异常并提供表示该异常的输出，以及监控装置，它响应检测器的输出，用于提供一个表示测得异常的输出，其改进包括：监控装置响应多个检测器的输出，多个检测器检测高压电力设备内部的一个异常，该监控装置用于提供测得的异常类型的一个输出和显示的两者中的至少一个，以及根据测得的异常类型提供高压电力设备的至少一个连续可用时间指标，以及根据测得的异常类型为维修提供一个维修方法和所需费用的指标。

23、一种高压电力设备的异常诊断系统具有多个检测器，用于检测高压电力设备的一个异常并提供表示该异常的输出，以及监控装置响应检测器的输出，用于提供一个表示测得异常的输出，其改进包括：多个检测器至少包括第一检测器和第二检测器，并且监控装置对检测器输出的响应是对第一检测器输出的响应，用于判断一个异常，然后利用第二检测器的输出证实上述异常判断，并且利用第二检测器的输出改变第一检测器输出的判断标准和第一检测器的检测间隔两者中的至少一个。

24、根据权利要求23的异常诊断系统，其中第一检测器检测高压电力设备内部异常的出现，以及第二检测器协助判定第一检测器输出的异常。

25、一种高压电力设备的异常诊断方法包括以下步骤：在高压电力设备的不同部分设置多个检测器，在高压电力设备内模拟一个异常并存储高压电力设备的不同部分的检测器的输出信号，通过对所存储的表示一个异常的输出信号与出现异常时来自检测器的检测信号之间的相似程度进行计算，判断目前出现在高压电力设备中的异常。

26、一种高压电力设备的异常诊断方法包括以下步骤，利用多个检测器检测高压电力设备的异常，并通过检测预定的现象提供表示异常的输出，该预定的现象表示存在于高压电力设备内部异常中的至少一个绝缘异常，供电异常和异物，根据多个检测器的输出决定所测得的异常的类型，并提供所测得的异常类型的一个输出和显示两者中的至少一个。

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