CN100554983C - 宽带超高频局部放电信号和图形发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带UHF局部放电信号和图形发生器。所述发生器包括：连接到感应功率相位同步传感器、电容相位同步传感器和用于感测从电灯照射的光量的功率相位同步传感器的商用功率相位同步传感器；连接到商用功率同步传感器并设计用于输入和控制图形的矩形脉冲发生器；设计用于减少脉冲的上升和下降时间的脉冲类型控制器；设计用于去除由脉冲类型控制器控制的信号的DC分量以使脉冲的上升和下降时间变短的电容器；设计用于过滤信号的AC分量的高频以产生UHF的高通滤波器；设计用于输出具有由矩形脉冲发生器设定的大小的信号的信号放大和衰减器；以及设计用于测量从信号放大和衰减器输出的信号大小的定向耦合器。

Description

宽带超高频局部放电信号和图形发生器

相关申请的交叉引用

本非临时申请要求2005年10月26日在韩国提交的专利申请第10-2005-101192号的优先权，在此引用其全部内容以作参考。

技术领域

本发明涉及一种高压功率设备，特别是涉及一种宽带超高频(UHF)局部放电信号和图形发生器，其能够通过将传感器或者仿真信号和图形发生器连接到测量仪器而不是连接到高压局部放电发生器来进行测量仪器的灵敏度和性能测试，能够通过使用存储的局部放电图形来进行UHF局部放电的测量测试或进行监控系统的缺陷类型判断测试，并且能够在测量仪器的制造工艺期间容易地用于测试中。

背景技术

局部放电作为机械故障信号而发生在例如气体绝缘开关设备(GIS)、气体绝缘变压器、油浸变压器、气体绝缘传输线、功率电缆和旋转设备(rotarydevice)的高压功率设备中。同样地，如果局部放电发生在高压功率设备中，UHF局部放电测量仪器测量与局部放电一起产生的超高频(UHF)，分析测量的UHF的信号类型和图形并且诊断是否发生局部放电以及功率设备是否降级，从而能够预先测量或者识别功率设备的故障。

迄今为止，通过使用真实局部放电发生器或精密测量仪器，UHF局部放电测量装置已经进行了例如在制造工艺期间的测试的总体性能测试，在制造工艺完成后的操作测试和校正测试，以及局部放电的原因推断。

图1示出了传统的真实局部放电发生器和UHF局部放电测量仪器的构造图。

参照图1，如果例如都施加有高压AC功率100的GIS、变压器、旋转设备、传输线和电缆的高压功率设备110内部故障，则在高压功率设备110中发生局部放电作为故障信号。

此时，UHF局部放电测量仪器140经由同轴传输线130接收由安装在高压功率设备110中的局部放电传感器120检测的局部放电信号150，以测量和分析接收到的局部放电信号150。同样地，经由同轴传输线130输入的局部放电信号150为具有数十个纳秒持续时间的宽带信号。

当被连续长时间测量时，局部放电信号150根据施加电压的相位而周期性地或不规则地产生，并且因而根据如图2所示的缺陷类型而出现特殊局部放电信号图形210。

如果信号图形220被放大一段时间，对于特殊局部放电信号图形210的施加电压的相位来说，可以观察到在数十到数百纳秒期间发生的局部放电脉冲信号230。局部放电脉冲信号230是在傅立叶变换之后在频域240中的数百MHz到几GHz的宽带超高频信号。

UHF局部放电测量仪器140中的信号采集电路包括不同类型的放大器、信号衰减器、检测装置以及用于信号分类的神经网络，从而允许分析该局部放电信号150。

通过分析局部放电信号150的形状，可以诊断是否发生局部放电以及高压功率设备110的恶化状态，并且可以基于诊断而预先测量或识别高压功率设备110中的故障信号。

同样地，为了根据传统方法使用UHF局部放电测量仪器140来进行测试，局部放电发生器160安装在高压功率设备110中从而可以通过施加高压功率100来产生UHF局部放电。

使用安装在可用设备内部的UHF局部放电测量仪器的测试几乎是不可能的，这是因为仅当局部放电发生器安装在可用设备中时，测量仪器才可以测试。

为了真实局部放电发生器的测量，需要安装局部放电传感器120和大尺寸高压发生器。

同时，可以通过使用两个或多个精密高频测量仪器的组合而不是真实局部放电发生器来进行使用UHF局部放电测量仪器140的测试。

同样地，用于测试UHF局部放电测量仪器140的精密高频测量仪器体积大并且昂贵，这是因为要连接不同的测量仪器以由专门的控制器来操作。

传统地，各自使用集成控制器控制的高频信号发生器、脉冲发生器以及频谱分析仪彼此连接到一起。因此，仅可以通过使用集成控制器来测试UHF局部放电测量仪器140。

所以，为了测试UHF局部放电测量仪器140的性能，需要不同的高价位测量仪器。因此，在安装和操作装置的室外场地中测试性能是非常困难的。

此外，为了进行UHF局部放电测量仪器140的性能测试和验证，需要大量的时间和费用。

发明内容

因此，已经做出本发明以解决现有技术中存在的上述问题，并且本发明的目的是提供一种宽带UHF局部放电信号和图形发生器，其能够通过将传感器或者仿真信号和图形发生器连接到测量仪器的输入端口而不是连接到高压局部放电发生器来进行测量仪器的灵敏度和性能测试，能够通过使用存储的局部放电图形来进行UHF局部放电的测量测试或进行监控系统的缺陷类型判断测试，并且能够在测量仪器的制造工艺期间容易地用于测试中。

本发明的另一目的是提供一种宽带UHF局部放电信号和图形发生器，其能够通过产生例如宽带局部放电信号的信号和信号图形来进行UHF局部放电测量仪器的操作检查、测试或校正，所述宽带局部放电信号在制造、测试、安装和维护UHF局部放电测量仪器时，由传感器检测并输入到测量仪器的输入端口。

本发明的又一目的是提供一种宽带UHF局部放电信号和图形发生器，其能够通过使用用于产生与施加到高压局部放电发生器的电压的相位同步或不同步的信号图形的功能以及UHF局部放电测量仪器的基本测量功能(即，灵敏度)来测试联机或脱机系统的信号分析功能。

本发明的再一目的是提供一种宽带UHF局部放电信号和图形发生器，其能够在从300到3000MHz的范围内测试UHF局部放电测量仪器的宽带检测性能，并且验证整个系统的操作和放电图形。

本发明的又一目的是提供一种宽带UHF局部放电信号和图形发生器，其可以是简易便携并且小尺寸，并且因而能够在工作地点或工厂校正测量仪器并验证测量仪器的性能。

本发明的其他优点、目的和特征将在下面的说明中描述，并且对于本领域普通技术人员在下面的查阅后将变得明显，或者可以从本发明的实践中了解。

在本发明的一个方面中，提供了一种宽带UHF局部放电信号和图形发生器，其包括：连接到感应功率相位同步传感器、电容功率相位同步传感器和用于感测从电灯照射的光量的功率相位同步传感器的商用功率相位同步传感器；连接到商用功率同步传感器并用于输入和控制图形的矩形脉冲发生器；用于减少脉冲的上升时间和下降时间的脉冲类型控制器；用于去除由脉冲类型控制器控制的信号的直流(DC)分量以使上升和下降时间变短的电容器；用于过滤信号的交流(AC)的高频分量以产生UHF的高通滤波器；用于输出具有由矩形脉冲发生器设定的大小的信号的信号放大和衰减器；以及用于测量从信号放大和衰减器输出的信号大小的定向耦合器。

附图说明

本发明的上述和其他目的、特征和优点参照与附图结合的下面详细说明将变得更为明显，其中：

图1示出了传统的真实局部放电发生器和UHF局部放电测量仪器的构造图；

图2示出了在由传统局部放电传感器测量之后输入到UHF局部放电测量仪器的信号及其图形的示意图；

图3示出了根据本发明示例性实施方式的宽带UHF局部放电信号和图形发生器的构造图；

图4示出了根据本发明示例性实施方式从宽带UHF局部放电信号和图形发生器输出的信号的例子；以及

图5示出了根据本发明示例性实施方式从宽带UHF局部放电信号和图形发生器输出的信号图形的例子。

具体实施方式

通过参照关于附图详细描述的实施方式，本发明的许多方面和特征以及用于实现该方面和特征的方法将变得明显。然而，本发明并不限于以下公开的实施方式，而可以按不同形式实施。例如详细的构造和元件的在说明书中限定的事物仅仅是被提供用来帮助本领域普通技术人员综合理解本发明的具体细节，并且仅在所附权利要求的范围内限定本发明。在本发明的整个说明书中，相同的附图标记在不同附图中用于表示相同的元件。

以下将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。

图3示出了根据本发明示例性实施方式的宽带UHF局部放电信号和图形发生器的构造图。

参照图3，宽带UHF局部放电信号和图形发生器包括连接到感应功率相位同步传感器381、电容功率相位同步传感器382以及用于感测从灯383照射的光量的功率相位同步传感器的商用功率相位同步传感器380，连接到商用功率相位同步传感器380并用于输入和控制图形的矩形脉冲发生器310，用于减少脉冲的上升时间和下降时间的脉冲类型控制器320，用于去除由脉冲类型控制器320控制的信号321的直流(DC)分量以使上升和下降时间变短的电容器330，用于过滤信号的交流(AC)分量的高频以产生UHF的高通滤波器340，用于输出具有由矩形脉冲发生器310设定的大小的信号361的信号放大和衰减器350，以及用于测量从信号放大和衰减器350输出的信号361的大小的定向耦合器360。

下面将说明根据本发明示例性实施方式的宽带UHF局部放电信号和图形发生器的操作。

如果将与由安装在功率设备中的传感器测量的信号相似的信号经由同轴传输线130提供到局部放电测量装置，则不需要图1中所示的功率设备110、局部放电发生器160和高压功率100。

矩形脉冲发生器310产生脉冲信号311以将产生的脉冲信号提供到脉冲类型控制器320。

脉冲类型控制器320执行控制以使上升和下降时间变短，从而产生信号321。信号321的直流分量在通过电容器330时被去除。仅有信号321的交流331分量被提供到高通滤波器340。

交流331通过高通滤波器340以形成UHF频带信号341。将形成的UHF频带信号341提供到信号放大和衰减器350。图4示出了UHF频带信号341的局部信号420。

信号放大和衰减器350输出具有经过定向耦合器360通过矩形脉冲发生器310设定的大小的信号361。

从信号放大和衰减器350输出的信号361的大小通过定向耦合器360来测量并被输入回到矩形脉冲发生器310。

矩形脉冲发生器310使用控制信号312控制信号放大和衰减器350以使输出信号361具有与由矩形脉冲发生器310设定的相同的大小。

由特定缺陷产生的信号存储在存储器390中。如果需要，用户选择该信号以将选择的信号输入到矩形脉冲发生器310。矩形脉冲发生器310将输入的信号作为信号图形510输出。

为了将来自定向耦合器360的反馈信号351的周期和相位与UHF局部放电测量仪器140的功率相位同步，矩形脉冲发生器310从商用功率同步传感器380或电源接收相位信号。

图4示出了根据从存储器390输入到矩形脉冲发生器310的信号图形510通过脉冲调制410输出的信号420的例子。如果将几个脉冲之一在时域中放大一个周期，则可以观察到保持数十到数百纳秒的信号430。如果在进行傅立叶变换之后在频域440中观察到了信号430，则信号430为范围从数百MHz到几GHz的宽带UHF信号。

图5示出了从图3所示的宽带UHF信号图形发生器输出的一些局部放电仿真信号的例子。

存储在存储器390中的局部放电信号图形可以使用测量的数据或人工数据。数据类型根据缺陷530、540、550和560而变得不同，从而导致局部放电。局部放电仿真信号510的局部信号520具有脉冲波形。

如上所述，由于产生了例如通过UHF局部放电传感器测量的宽带UHF局部放电信号的信号及其图形，本发明通过将仿真信号和图形发生器连接到所有UHF局部放电测量仪器的传感器而不是连接到高压局部放电发生器，可以用于在设备制造工艺期间的测试，在其安装和操作测试中的性能测试。具体地说，可以按照小尺寸制造仿真信号和图形发生器以通过电池来操作并且因而可以使用在工作地点。

根据本发明的宽带UHF局部放电信号和图形发生器具有以下效果。

仿真信号和图形发生器连接到测量仪器或传感器而不是连接到高压局部放电发生器，从而进行测量仪器的灵敏度测试或性能测试，使用存储的局部放电图形而进行UHF局部放电测量或监控系统的缺陷类型判断测试，以及在测量仪器的制造工艺期间被容易地使用在测试中。

已经出于说明目的描述了本发明的优选实施方式，并且本领域技术人员应当理解，在不偏离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以做出不同的变型、添加和替换。因此，本发明的范围应当由所附权利要求及其合法等效物来限定。

Claims (4)

1、一种宽带超高频局部放电信号和图形发生器，包括：

连接到感应功率相位同步传感器、电容相位同步传感器和用于感测从电灯照射的光量的功率相位同步传感器的商用功率相位同步传感器；

连接到商用功率相位同步传感器并设计用于输入和控制图形的矩形脉冲发生器；

设计用于减少脉冲的上升和下降时间的脉冲类型控制器；

设计用于去除由脉冲类型控制器控制的信号的直流分量以使脉冲的上升和下降时间变短的电容器；

设计用于过滤信号的交流分量的高频以产生超高频的高通滤波器；

设计用于输出具有由矩形脉冲发生器设定的大小的信号的信号放大和衰减器；以及

设计用于测量从信号放大和衰减器输出的信号的大小的定向耦合器；

所述矩形脉冲发生器、所述脉冲类型控制器、所述电容器、所述高通滤波器、所述信号放大和衰减器以及所述定向耦合器顺次连接。

2、根据权利要求1所述的宽带超高频局部放电信号和图形发生器，其特征在于，所述矩形脉冲发生器产生具有在数十到数百纳秒范围内的长度的宽带超高频脉冲。

3、根据权利要求1所述的宽带超高频局部放电信号和图形发生器，其特征在于，通过从由用户输入存储在存储器中的典型缺陷图形进行脉冲宽度调制而产生从信号发生器产生并输出的信号的图形。

4、根据权利要求1所述的宽带超高频局部放电信号和图形发生器，其特征在于，通过将例如商用电源频率的内部时钟或由商用电源感应的电场与静电和感应耦合传感器的输入或用于感测从电灯照射的光量变化的光学信号传感器的信号同步，产生具有根据从信号发生器产生并输出的信号的相位角变量功能的信号和信号图形。

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