CN102565745B - 特高频局部放电传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明的主要目的是提供一种特高频局部放电传感器，以解决特高频局部放电传感器无法检测自身工作状态而导致的测量数据不准确的问题。该特高频局部放电传感器包括：处理单元、自检脉冲生成单元、接收天线、调理电路；处理单元控制自检脉冲生成单元产生检测脉冲信号，并接收经过接收天线和调理电路处理的检测脉冲信号，判断特高频局部放电传感器的工作状态是否正常。采用本发明的特高频局部放电传感器，提高了特高频放电传感器的工作可靠性，为传感器测量数据的准确性提供了保证。
Description
技术领域
本发明涉及电气测量技术领域，特别涉及一种特高频局部放电传感器。
背景技术
局部放电是指高电压绝缘领域的一种现象，绝缘的一部分因为电场集中而引发放电，但放电不贯穿整个绝缘，出现局部放电时产生特高频信号，通过监测300MHz至3000MHz的特高频电磁波信号，就可以得到绝缘的局部放电情况。目前，特高频（UHF）局部放电在线检测技术广泛应用于电力变压器、电力电缆、电力开关等高压电气设备的局部放电的检测与监测，是变电站状态监测的重要组成部分。
目前带有微处理器的特高频局部放电传感器因其集成度高，工作可靠的优点已经逐步取代了传统的模拟传感器，这种传感器将传统模拟传感器与微处理器相结合，集成了信号调理（如模拟滤波、放大、变换）、数字化转换（A/D）、数字滤波、数字信号处理以及通讯接口。但是特高频局部放电传感器随着工作时间的增长，模拟电路部分可能出现自身增益下降或者传感器部件出现故障而导致测量数据不准确的问题。无法及时发现不准确的测量数据有可能导致对高压设备绝缘强度的错误判断而出现严重的事故。
针对现有技术中特高频局部放电传感器无法检测自身工作状态而导致的测量数据不准确的问题，尚没有提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种特高频局部放电传感器，以解决特高频局部放电传感器无法检测自身工作状态而导致的测量数据不准确的问题。
该特高频局部放电传感器包括：自检脉冲生成单元，用于在自检脉冲控制信号的控制下，产生第一检测方波脉冲信号和第二检测方波脉冲信号，并将该两路脉冲信号分别发送至接收天线和调理电路；接收天线，与自检脉冲生成单元连接，用于对第一检测方波脉冲信号进行反射，形成反射脉冲信号；调理电路，与接收天线连接，用于将第二检测方波脉冲信号和反射脉冲信号调理为预定形式的脉冲信号；处理单元，与调理电路和自检脉冲生成单元连接，用于生成自检脉冲控制信号，并根据预定形式的脉冲信号判断特高频局部放电传感器的工作状态。
进一步地，调理电路包括：放大器，与接收天线连接，用于对第二检测方波脉冲信号和反射脉冲信号进行放大处理；检波器，与放大器连接，用于将放大处理后的脉冲信号调理为峰值不变的预定脉宽的脉冲。
进一步地，处理单元包括：自检脉冲控制装置，与自检脉冲生成单元连接，用于生成自检脉冲控制信号；采样装置，与调理电路连接，用于将预定形式的脉冲信号转换为数字信号；数据处理装置，与采样装置连接，用于根据数字信号计算反射脉冲信号和第二检测方波脉冲信号的幅值，根据幅值判断特高频局部放电传感器的工作状态。
进一步地，处理单元在特高频局部放电传感器上电启动时，生成自检脉冲控制信号。
进一步地，处理单元定时生成自检脉冲控制信号，生成自检脉冲控制信号的时间间隔参数保存在传感器配置文件中。
进一步地，该特高频局部传感器还包括通讯单元，与处理单元连接，用于输出特高频局部放电传感器的工作状态。
进一步地，通讯单元还用于，接收后台发出的检测特高频局部放电传感器工作状态的请求，并将该请求发送至处理单元；处理单元还用根据请求生成自检脉冲控制信号。
进一步地，该特高频局部传感器包括多路接收天线和调理电路；处理单元依次发出检测各路接收天线和调理电路的自检脉冲控制信号，然后分别判断各路接收天线和调理电路的工作状态。
进一步地，自检脉冲生成单元包括：高速门电路，与处理单元连接，用于在控制信号的控制下生成第一检测方波脉冲信号；定向耦合器，与高速门电路连接，用于利用第一检测方波脉冲信号耦合出第二检测方波脉冲。
根据本发明的技术方案，特高频局部放电传感器包括：自检脉冲生成单元，用于在自检脉冲控制信号的控制下，产生第一检测方波脉冲信号和第二检测方波脉冲信号，并将该两路脉冲信号分别发送至接收天线和调理电路；接收天线，与自检脉冲生成单元连接，用于对第一检测方波脉冲信号进行反射，形成反射脉冲信号；调理电路，与接收天线连接，用于将第二检测方波脉冲信号和反射脉冲信号调理为预定形式的脉冲信号；处理单元，与调理电路和自检脉冲生成单元连接，用于生成自检脉冲控制信号，并根据预定形式的脉冲信号判断特高频局部放电传感器的工作状态。需要检测特高频局部放电传感器的工作状态是否正常时，传感器利用上述部件发出自检脉冲，并验证检测脉冲通过传感器后的数据是否正确，来判断传感器硬件电路的工作状态，提高了特高频放电传感器的工作可靠性，为传感器测量数据的准确性提供了保证。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的特高频局部放电传感器的示意图；
图2是根据本发明实施例的特高频局部放电传感器的调理电路的示意图；
图3是根据本发明实施例的特高频局部放电传感器的处理单元的示意图；
图4是根据本发明实施例的特高频局部放电传感器的自检脉冲生成单元的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明实施例的特高频局部放电传感器的示意图，如图1所示，特高频局部放电传感器包括：自检脉冲生成单元14，用于在自检脉冲控制信号的控制下，产生第一检测方波脉冲信号和第二检测方波脉冲信号，并将该两路脉冲信号分别发送至接收天线11和调理电路12；接收天线11，与自检脉冲生成单元连接，用于对第一检测方波脉冲信号进行反射，形成反射脉冲信号；调理电路12，与接收天线11连接，用于将第二检测方波脉冲信号和反射脉冲信号调理为预定形式的脉冲信号；处理单元13，与调理电路12和自检脉冲生成单元14连接，用于生成自检脉冲控制信号，并根据预定形式的脉冲信号判断特高频局部放电传感器的工作状态。
在检测局部放电时，特高频局部放电传感器的工作原理是：接收天线11，用于获取局部放电时特高频信号；调理电路12将接收天线11获取的特高频信号进行放大并调理为预定脉宽的脉冲信号；处理单元13，与调理电路12连接，并利用脉冲参数的信息生成局部放电相位（PRPD）谱图数据，并保存上述PRPD谱图数据和传感器的配置文件。
上述特高频局部放电传感器正常工作时，接收天线11和调理电路12的放大增益为预定值，处理单元13按照预定的放大增益处理数据，生成的PRPD谱图数据反映绝缘实际的局部放电情况。当由于硬件老化、损坏等原因，模拟电路的放大增益出现下降，而处理单元13仍按照预定的放大增益处理数据就会导致测量数据的不准确。
特高频局部传感器的接收天线11可以采用现有的特高频接收天线，采用平面等角螺旋形式。
图2是是根据本发明实施例的特高频局部放电传感器的调理电路的示意图，如图2所示，调理电路12包括：放大器121，与接收天线11连接，用于对第二检测方波脉冲信号和反射脉冲信号进行放大处理；检波器123，与放大器121连接，用于将放大处理后的脉冲信号调理为峰值不变的预定脉宽的脉冲。由于测量局部放电时，产生的特高频信号很微弱，所以需要设置放大器121将微弱的特高频信号放大提高测量精度，将脉宽调整为脉宽为100微秒左右的宽脉冲可以降低处理单元13中的模数转换的采样频率。信号调理宽带UHF放大器121和检波器123组成调理电路12的参数可以选定为：带宽为300M～2GHz，放大增益为40dB，动态输入范围为-70～13dBm。为了保证采样数据的精确性，调理电路12还可以设置限幅器、滤波器等电路滤除特高频信号中的干扰。
图3是根据本发明实施例的特高频局部放电传感器的处理单元的示意图，如图3所示，处理单元13可以包括：自检脉冲控制装置135，与自检脉冲生成单元14连接，用于生成自检脉冲控制信号；采样装置131，与调理电路12连接，用于将预定形式的脉冲信号转换为数字信号；数据处理装置133，与采样装置131连接，用于根据数字信号计算反射脉冲信号和第二检测方波脉冲信号的幅值，根据幅值判断特高频局部放电传感器的工作状态。
采样装置131对经过调理的模拟信号进行数字化取样，可以优选采用的ADI的16位、8通道、同步采样、双极性输入的模拟数字转换器AD7606，设计采样率可以设定为200kbps。采样装置131通过一个串行口和数据处理装置133连接，转换后的数据通过直接内存存取（DMA）方式直接读取，可以有效节省处理单元的硬件资源。为实现快速的采集，可以将转换后的数据缓存至动态随机存储器（SDRAM），以保证采集精度。
自检脉冲控制装置135和数据处理装置133可以采用两个独立的MCU，也可以使用一个统一的MCU的不同控制接口来实现。可以优选使用嵌入式微处理器ADSPBF518DSP的处理器芯片，完成局部放电特高频检波信号、反射脉冲信号、第二检测方波脉冲信号的采集控制、局部放电信号的分析处理、反射脉冲信号和第二检测方波脉冲信号的幅值、以及工作状态的判断功能。ADSPBF518DSP处理器具有高达400MHz（800MMACS）的时钟速率，内置116kB的RAM。此外，采样装置131还可以包括存储单元，用于保存测量数据、配置文件、以及传感器工作状态的数据。
根据具体的使用情况不同，特高频传感器工作状态的检测可以有多种方式，包括上电检测、定时检测等。
使用上电检测的方式时，处理单元13在特高频局部放电传感器上电启动时，生成自检脉冲控制信号。
使用定时检测的方式时，处理单元13定时生成自检脉冲控制信号，生成自检脉冲控制信号的时间间隔参数可以保存在传感器配置文件中。
本实施例的特高频局部放电传感器还可以包括：通讯单元，与处理单元13连接，用于测量局部放电时，输出PRPD谱图数据并接收后台的控制命令；进行工作状态检测时，可以输出特高频局部放电传感器的工作状态。
特高频局部放电传感器包括通讯单元时，高频传感器工作状态的检测方式还可以是远程方式，使用这种方式时，通讯单元接收后台发出的检测特高频局部放电传感器工作状态的请求，并将该请求发送至处理单元13；处理单元13还用根据请求生成自检脉冲控制信号。
上述通讯单元可以优选使用网络通讯单元，通过以太网方式接收或发送数据。
在特高频局部传感器包括多路接收天线和调理电路以测量不同位置的局部放电现象时；处理单元13依次发出检测各路接收天线和调理电路的自检脉冲控制信号，然后分别判断各路接收天线和调理电路的工作状态。
图4是根据本发明实施例的特高频局部放电传感器的自检脉冲生成单元14的示意图，如图4所示自检脉冲生成单元14可以包括：高速门电路141，与处理单元13连接，用于在控制信号的控制下生成第一检测方波脉冲信号；定向耦合器143，与高速门电路141连接，用于利用第一检测方波脉冲信号耦合出第二检测方波脉冲。此外，自检脉冲生成单元14也可以使用两个高速门电路来实现生成两路检验方波脉冲的目的。但是使用两个高速门电路输出两路脉冲，不能完全保证两路检验方波脉冲完全一致。因此，优选使用图4的实现方式。
本实施例的特高频局部放电传感器检测自身工作状态的具体工作方式是：处理单元13根据预先设定的检测方式生成自检脉冲控制信号，高速门电路141在控制信号的控制下，产生第一检测方波脉冲信号，定向耦合器143利用第一检测方波脉冲信号耦合出第二检测方波脉冲，将该两路脉冲信号分别发送至接收天线11和调理电路12，接收天线11反射第一检测方波脉冲形成反射脉冲，调理电路12对第二检测方波脉冲和反射脉冲进行放大并调理为预定脉宽的脉冲，处理单元13对调理电路处理后的第二检测方波脉冲和反射脉冲进行AD采样，并计算第二检测方波脉冲和反射脉冲的幅值，根据两路脉冲的幅值判断高频局部放电传感器的工作状态是否正常。
接收天线的阻抗为Z1，调理电路和走线的阻抗为Z2，处理单元13接收到的第二检测方波脉冲的幅度为V1；反射脉冲的幅度为V2，如果调理电路功能正常，则V1应为一个恒定的值；V2的幅度应大约为
如果V1或V2下降幅度超过一定幅度，处理单元13就可以判断智能特高频局部放电传感器模拟电路增益下降，判断传感器出现异常工作状态。
根据本发明的技术方案，特高频局部放电传感器包括：自检脉冲生成单元，用于在自检脉冲控制信号的控制下，产生第一检测方波脉冲信号和第二检测方波脉冲信号，并将该两路脉冲信号分别发送至接收天线和调理电路；接收天线，与自检脉冲生成单元连接，用于对第一检测方波脉冲信号进行反射，形成反射脉冲信号；调理电路，与接收天线连接，用于将第二检测方波脉冲信号和反射脉冲信号调理为预定形式的脉冲信号；处理单元，与调理电路和自检脉冲生成单元连接，用于生成自检脉冲控制信号，并根据预定形式的脉冲信号判断特高频局部放电传感器的工作状态。需要检测特高频局部放电传感器的工作状态是否正常时，传感器利用上述部件发出自检脉冲，并验证检测脉冲通过传感器后的数据是否正确，来判断传感器硬件电路的工作状态，提高了特高频放电传感器的工作可靠性，为传感器测量数据的准确性提供了保证。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种特高频局部放电传感器，其特征在于，包括：
自检脉冲生成单元，用于在自检脉冲控制信号的控制下，产生第一检测方波脉冲信号和第二检测方波脉冲信号，并将该两路脉冲信号分别发送至接收天线和调理电路；
接收天线，与所述自检脉冲生成单元连接，用于对第一检测方波脉冲信号进行反射，形成反射脉冲信号；
调理电路，与接收天线连接，用于将所述第二检测方波脉冲信号和所述反射脉冲信号调理为预定形式的脉冲信号；
处理单元，与所述调理电路和所述自检脉冲生成单元连接，用于生成自检脉冲控制信号，并根据所述预定形式的脉冲信号判断特高频局部放电传感器的工作状态；
其中，所述处理单元包括：自检脉冲控制装置，与所述自检脉冲生成单元连接，用于生成所述自检脉冲控制信号；采样装置，与所述调理电路连接，用于将所述预定形式的脉冲信号转换为数字信号；数据处理装置，与所述采样装置连接，用于根据所述数字信号计算所述反射脉冲信号和所述第二检测方波脉冲信号的幅值，根据所述幅值判断所述特高频局部放电传感器的工作状态。
2.根据权利要求1所述的特高频局部放电传感器，其特征在于，所述调理电路包括：
放大器，与所述接收天线连接，用于对所述第二检测方波脉冲信号和所述反射脉冲信号进行放大处理；
检波器，与所述放大器连接，用于将放大处理后的脉冲信号调理为峰值不变的预定脉宽的脉冲。
3.根据权利要求1所述的特高频局部放电传感器，其特征在于，所述处理单元在特高频局部放电传感器上电启动时，生成所述自检脉冲控制信号。
4.根据权利要求1所述的特高频局部放电传感器，其特征在于，所述处理单元定时生成所述自检脉冲控制信号，所述生成自检脉冲控制信号的时间间隔参数保存在传感器配置文件中。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的特高频局部放电传感器，其特征在于，还包括通讯单元，与所述处理单元连接，用于输出所述特高频局部放电传感器的工作状态。
6.根据权利要求5所述的特高频局部放电传感器，其特征在于，所述通讯单元还用于，接收后台发出的检测特高频局部放电传感器工作状态的请求，并将该请求发送至所述处理单元；
所述处理单元还用于根据所述请求生成自检脉冲控制信号。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的特高频局部放电传感器，其特征在于，包括多路接收天线和调理电路；
所述处理单元依次发出检测各路接收天线和调理电路的自检脉冲控制信号，然后分别判断各路接收天线和调理电路的工作状态。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的特高频局部放电传感器，其特征在于，所述自检脉冲生成单元包括：
高速门电路，与所述处理单元连接，用于在所述自检脉冲控制信号的控制下生成所述第一检测方波脉冲信号；
定向耦合器，与所述高速门电路连接，用于利用所述第一检测方波脉冲信号耦合出所述第二检测方波脉冲信号。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE GRID CORPORATION OF CHINA SONGYUAN POWER SUP Effective date: 20150106 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tang Zhiguo Inventor after: Li Chengrong Inventor after: Wang Caixiong Inventor after: Chang Wenzhi Inventor after: Song Baolei Inventor after: Zhang Liangen Inventor after: Hua Zhenghao Inventor after: Chen Hongtao Inventor before: Tang Zhiguo Inventor before: Li Chengrong Inventor before: Wang Caixiong Inventor before: Chang Wenzhi Inventor before: Song Baolei Inventor before: Zhang Liangen Inventor before: Hua Zhenghao |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: TANG ZHIGUO LI CHENGRONG WANG CAIXIONG CHANG WENZHI SONG BAOLEI ZHANG LIANGEN HUA ZHENGHAO TO: TANG ZHIGUO LI CHENGRONG WANG CAIXIONG CHANG WENZHI SONG BAOLEI ZHANG LIANGEN HUA ZHENGHAO CHEN HONGTAO |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150106 Address after: 102206 Beijing Changping District city Huilongguan Town Road No. 2 Patentee after: North China Electric Power University Patentee after: State Grid Corporation of China Patentee after: SONGYUAN POWER SUPPLY COMPANY, STATE GRID JILIN ELECTRIC POWER CO., LTD. Address before: 102206 Beijing Changping District city Huilongguan Town Road No. 2 Patentee before: North China Electric Power University |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140618 Termination date: 20150301 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |