CN101196547A - 基于超声辅助的局部放电带电检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于超声辅助的局部放电带电检测装置。其主要技术特点为由传感器电路、信号调理单元、数据采集卡、工控机组成，传感器电路耦合局部放电脉冲电流信号及超声信号并与信号调理单元的模拟信号输入端相连接，信号调理单元的输出端连接数据采集卡的输入端，信号调理单元的触发信号输出连接数据采集卡的触发端，工控机的I/O卡连接信号调理单元，数据采集卡通过其PCI插槽连接工控机。本发明结构简单，功能完备，成本低廉，检测准确。

Description

基于超声辅助的局部放电带电检测装置

技术领域

本发明属于电气领域的一种装置，尤其是一种基于超声辅助的局部放电带电检测装置。

背景技术

局部放电是反映大型电力设备绝缘老化和故障最灵敏的参数，也是加速电力设备绝缘劣化的重要因素。因此，对运行中的电力设备进行局部放电测量很有必要和意义。设备内部发生局部放电时会产生声、光、电等多种信号，目前局部放电检测应用最普遍的方法为脉冲电流法，但利于该方法检测运行中电力设备时会受到现场电磁干扰的严重影响，难以分辨检测到的脉冲电流信号是否为设备内部放电信号。为了抑制现场电磁干扰，现在发展了很多方法，如数字滤波、极性鉴别、小波分析等。但这些方法在现场有时效果并不显著，因此需要发展新的干扰抑制方法。

试验研究表明，仪器检测到的电力设备内部放电所产生的超声信号基本不受外部电磁干扰的影响，但超声信号难以用仪器进行定量测量，因此长期以来超声信号基本作为放电定位的一种方法。但从干扰抑制的角度来看，超声信号可以作为一种识别内部放电的有效判据。

发明内容

本装置发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、功能完备、成本低廉、可有效抑制干扰、测量准确可靠的基于超声辅助的局部放电带电检测装置。

实现本发明的技术方案是：

一种基于超声辅助的局部放电带电检测装置，其特征在于：由传感器电路、信号调理单元、数据采集卡、工控机组成，传感器电路耦合局部放电脉冲电流信号及超声信号并与信号调理单元的模拟信号输入端相连接，信号调理单元的输出端连接数据采集卡的输入端，信号调理单元的触发信号输出连接数据采集卡的触发端，工控机的I/O卡连接信号调理单元，数据采集卡通过其PCI插槽连接工控机，信号调理单元及数据采集卡通道为4～8通道且每个通道既可连接电信号传感器，也可连接声信号传感器，系统带宽为40k～1MHz，触发方式为外触发或者任意通道触发。

而且，所述的传感器为用于耦合局部放电脉冲电流的穿心式高频电流传感器，或者用于耦合局部放电超声波信号的压电陶瓷式超声传感器。

而且，所述的穿心式高频电流传感器的频带为40k～1MHz，所述的压电陶瓷式传感器响应频带在20k～200kHz。

本发明的优点和积极效果是：

1.本发明融合了声、电信号检测技术，采用了基于超声信号检测的局部放电干扰抑制方法，原理简单，效果明显。

2.使用该装置可带电检测电力变压器、GIS等电力设备的局部放电水平。

3.本发明结构简单，功能完备，成本低廉，检测准确。

附图说明

图1是本发明局部放电检测仪内部电气联系图；

图2是本发明的穿心式高频电流传感器电路结构示意图；

图3是本发明的超声传感器压电陶瓷晶片电路结构示意图；

图4是本发明的局部放电检测仪外部接线图；

图5是本发明的超声辅助判别实测信号图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。需要说明的是：本实施例是陈述性的，而不是限定性的。

本检测装置的外形为一长方体结构(装置的外形图没有给出)，在后面板上设置有8路模拟信号输入通道，一路外部触发信号输入通道，8路数字信号输出通道；上面板为一可随意调整角度的LCD液晶显示屏。它体积不大于600×400×400mm，重量不大于20Kg，便于携带，可以方便进行电力设备局部放电信号的移动式检测。

本检测仪箱体内的控制电路组成为：传感器电路、信号调理单元、数据采集卡、工控机组成。本检测装置可同时采集多路高频电流传感器信号和多路超声波传感器信号，并对其进行综合判断处理：当装置检测到脉冲电流信号并伴随有超声信号、且时延对应时，则判断为内部放电信号；当仅有脉冲电流信号或仅有超声信号时，则根据检测到的信号波形特征判断其是否为内部放电。本检测装置可采用两种传感器，一种为用于耦合局部放电脉冲电流的穿心式高频电流传感器(见图2)，另一种为耦合局部放电超声波信号的压电陶瓷超声传感器(见图3)；穿心式高频电流传感器的电路由电阻R和电容C组成，并耦合变压器的局部放电信号，本穿心式高频电流传感器为罗高夫斯基线圈结构，其频率响应范围在40k～1MHz，内径尺寸大小在10mm～400mm之间；压电陶瓷超声传感器选择的是国产AE压电陶瓷晶片(以下简称为晶片)做为换能器，晶片材料是锆钛酸铅，响应频带为20k～200kHz。

传感器电路与信号调理单元的模拟信号输入端相连接，该信号调理单元为BYTM-2型信号调理模块，在本实施例中为8个模拟信号输入端和8个输出端，其8个输出端连接数据采集卡的两个输入端，该数据采集卡为8通道高速数据采集卡，信号调理单元的触发信号输出连接数据采集卡的触发端，采集相位信息并触发相位。数据采集卡连接工控机的PCI插槽，该工控机为天钻9002A系列工控机，工控机的I/O卡连接信号调理单元，信号调理单元、工控机采用220V交流电源。

上述各个电气部件的连接为唯一连接，因此没有叙述具体的管脚位置连接及连接方式。

本发明的工作原理为：传感器耦合到的信号输入到检测仪的模拟信号输入通道，由信号调理单元进行程控放大、衰减、滤波等处理，该信号调理单元采用西安交大博源电气有限公司生产的BYTM-2型信号调理模块，它滤波范围为20k～2MHz，程控放大衰减倍数为0.1、1、5、10、50、100六档，信号范围为0～10V，输出信号范围在0～10V之间，程控倍数控制数据由一体化工作站输入。此外，信号调理单元还可以输入变压器所带的电压互感器二次信号，以对局部放电信号进行触发采集。

调理后的信号被一体化工作站所带的数据采集单元采集，该单元采用8通道高速数据采集卡，该采集卡与工控机通过PCI插槽相连接，它的两个信号输入端、一个触发输入端均与信号调理单元的信号输出端、触发输出端相连，该卡数据采样速度为10MS/s，模拟输入带宽为2MHz。

(以上所有的模拟信号联系均靠两端带有BNC接头的屏蔽信号电缆连接，由工控机的I/O卡发给信号调理单元的程控倍数控制数据由68根并行数据线连接。)

采集后的信号由工控机进行干扰抑制、数据分析和显示。干扰抑制包括超声辅助鉴别、幅值鉴别、自适应数字滤波、阈值设置等功能，数据分析和显示包括局部放电超声信号、脉冲电流信号显示等，分析后的局部放电数据可以通过网卡和网线向外部监视或控制系统传送。

当封闭式气体绝缘组合电器(GIS)带电运行时，传感器耦合到局放信号，并经过信号调理单元放大滤波，经工控机进行数据采集、处理与分析，采用超声辅助判断方法、数字滤波等干扰抑制措施。

图5为超声辅助判别实测信号图，图中显示了超声信号幅值很高，并且有比较明显的波头，符合超声信号的特征；脉冲电流信号幅值较高，持续时间约5μs，符合放电信号的特征，并且分别超前超声信号3个通道20μs、50μs、150μs之间，符合电信号超前声信号的特征，因此判断为GIS内部放电。

Claims (3)

1.一种基于超声辅助的局部放电带电检测装置，其特征在于：由传感器电路、信号调理单元、数据采集卡、工控机组成，传感器电路耦合局部放电脉冲电流信号及超声信号并与信号调理单元的模拟信号输入端相连接，信号调理单元的输出端连接数据采集卡的输入端，信号调理单元的触发信号输出连接数据采集卡的触发端，工控机的I/O卡连接信号调理单元，数据采集卡通过其PCI插槽连接工控机，信号调理单元及数据采集卡通道为4～8通道且每个通道既可连接电信号传感器，也可连接声信号传感器，系统带宽为40k～1MHz，触发方式为外触发或者任意通道触发。

2.根据权利要求1所述的基于超声辅助的局部放电带电检测装置，其特征在于：所述的传感器为用于耦合局部放电脉冲电流的穿心式高频电流传感器，或者用于耦合局部放电超声波信号的压电陶瓷式超声传感器。

3.根据权利要求2所述的基于超声辅助的局部放电带电检测装置，其特征在于：所述的穿心式高频电流传感器的频带为40k～1MHz，所述的压电陶瓷式传感器响应频带在20k～200kHz。

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