CN104407276A - 一种用于实验室局部放电试验的信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于实验室局部放电试验的信号采集装置，属于电气设备测试技术领域。本装置的缺陷模拟装置中设有高压端电极、绝缘介质和接地端平板电极，超声测量探头和超高频测量探头置于缺陷模拟装置的一侧，第一、第二和第三信号处理单元的与超声测量探头、超高频测量探头和罗戈夫斯基线圈相连，同时与第一、第二和第三GPS发射模块相连，GPS接收模块、计算机和高速摄影仪依次相连，高速摄影仪置于缺陷模拟装置的另一侧。本装置对局部放电的超声、超高频、脉冲电流三种信号进行实时同步采集，实现了对局部放电的超声、超高频、电、影像多重信号的实时同步采集。

Description

一种用于实验室局部放电试验的信号采集装置

技术领域

本发明涉及一种用于实验室局部放电试验的信号采集装置，更具体涉及局部放电多重信号的采集装置，属于电气设备测试技术领域。

背景技术

变压器内部的绝缘系统长期运行过程由于受到电腐蚀、热老化、机械应力、受潮等作用，可能引起内部绝缘介质的微小缺陷，产生局部放电。设备内部局部放电会随设备运行时间增长及缺陷加剧不断发展，因而局部放电信号中往往蕴含绝缘介质性能下降，缺陷恶化等多方面渐变过程信息。为此，制造厂和运行单位都很重视设备绝缘内部局部放电的检测，局部放电成为高电压绝缘领域的一个研究热点。实验室常通过典型电极模型模拟变压器内部缺陷，对其施加电压使之产生局部放电，进而研究局部放电的特征及机理。局部放电剧烈程度相较于击穿很小，其放电信号极易受到各种干扰，因此其测量技术成为业内的一个研究热点。目前较常见的测量方法有脉冲电流法、超高频测量、超声测量等测量方法，每种方法均有其各自的优缺点。此外，还常对放电过程进行摄影，记录放电的光现象。但是，针对不同的电极模型、电压类型、试验环境等条件，所适用的测量方法也不尽相同，由于放电过程十分短暂，对其影像捕捉也常需要用到复杂而昂贵的摄影设备和触发机制。目前用到的局部放电测量系统受环境影像较大，采集到的信号种类单一，不利于对局部放电信号的全面深入分析。

发明内容和实例

本发明的目的是提出一种用于实验室局部放电试验的信号采集装置，采用多种传感器对局部放电的信号进行实时同步采集，通过全球定位系统(以下简称GPS)统一各通道信号时间，避免各通道电缆之间的电磁干扰以及复杂的电路布线，通过对三种信号的逻辑运算控制实现对高速摄像仪的及时、准确、可靠触发，实现了对局部放电的超声、超高频、电、影像多重信号的实时同步采集。

本发明提出的用于实验室局部放电试验的信号采集装置，包括缺陷模拟装置、超声测量探头、超高频测量探头、罗戈夫斯基线圈、第一信号处理单元、第二信号处理单元、第三信号处理单元、第一GPS发射模块、第二GPS发射模块、第三GPS发射模块、GPS接收模块、计算机和高速摄影仪；所述的缺陷模拟装置中设有高压端电极、绝缘介质和接地端平板电极，绝缘介质置于高压端电极和接地端平板电极之间，所述的高压端电极与局部放电试验回路的高压端相连，所述的接地端平板电极与局部放电试验回路的接地点相连；所述的罗戈夫斯基线圈连接在缺陷模拟装置与接地点之间；所述的超声测量探头和超高频测量探头分别置于缺陷模拟装置的一侧，所述的第一信号处理单元、第二信号处理单元和第三信号处理单元的信号输入端分别通过信号线与超声测量探头、超高频测量探头和罗戈夫斯基线圈相连，第一信号处理单元、第二信号处理单元和第三信号处理单元的信号输出端分别与第一GPS发射模块、第二GPS发射模块和第三GPS发射模块相连；所述的GPS接收模块、计算机和高速摄影仪依次相连，高速摄影仪置于缺陷模拟装置的另一侧。

本发明提出的用于实验室局部放电试验的信号采集装置，其优点是：

本发明的信号采集装置对局部放电的超声、超高频、脉冲电流三种信号进行实时同步采集，通过GPS通讯模块避免了各通道电缆之间的电磁干扰以及复杂的电路布线，通过对三种信号的逻辑运算控制实现对高速摄像仪的及时、准确、可靠触发，从而得到时钟统一的包括超声、超高频、电、图像信号在内局部放电全过程信息。根据测试的环境和需求，可对采集信号的传感器进行选择，满足了大多数局部放电信号测试的需求。实现了对局部放电的超声、超高频、电、影像多重信号的实时同步采集。

附图说明

图1是本发明提出的用于实验室局部放电试验的信号采集装置的结构框图。

图2是图1所示的信号采集装置中信号采集部分的电路原理图。

图1和图2中，1是高压端，2是缺陷模拟装置，2-1是高压端电极，2-2是绝缘介质，2-3是接地端平板电极，3是接地点，4是超声测量探头，5是超高频测量探头，6是罗戈夫斯基线圈，7是第一信号处理单元，8是第二信号处理单元，9是第三信号处理单元，10是第一GPS发射模块，11是第二GPS发射模块，12是第三GPS发射模块，13是GPS接收模块，14是计算机，15是高速摄影仪。

具体实施方式

本发明提出的用于实验室局部放电试验的信号采集装置，其结构框图如图1所示，包括缺陷模拟装置2、超声测量探头4、超高频测量探头5、罗戈夫斯基线圈6、第一信号处理单元7、第二信号处理单元8、第三信号处理单元9、第一GPS发射模块10、第二GPS发射模块11、第三GPS发射模块12、GPS接收模块13、计算机14和高速摄影仪15。缺陷模拟装置2中设有高压端电极2-1、绝缘介质2-2和接地端平板电极2-3，绝缘介质2-2置于高压端电极2-1和接地端平板电极2-3之间。高压端电极2-1与局部放电试验回路的高压端1相连，接地端平板电极2-3与局部放电试验回路的接地点3相连。罗戈夫斯基线圈6连接在缺陷模拟装置2与接地点3之间。超声测量探头4和超高频测量探头5分别置于缺陷模拟装置2的一侧，第一信号处理单元7、第二信号处理单元8和第三信号处理单元9的信号输入端分别通过信号线与超声测量探头4、超高频测量探头5和罗戈夫斯基线圈6相连，第一信号处理单元7、第二信号处理单元8和第三信号处理单元9的信号输出端分别与第一GPS发射模块10、第二GPS发射模块11和第三GPS发射模块12相连。GPS接收模块13、计算机14和高速摄影仪15依次相连，高速摄影仪15置于缺陷模拟装置2的另一侧。

本发明的信号采集装置中，第一信号处理单元7、第二信号处理单元8和第三信号处理单元8的电路原理图如图2所示，包括过压保护电路、带通滤波器、峰值保持电路和A/D转换单元，过压保护电路、带通滤波器、峰值保持电路和A/D转换单元依次相连。

以下结合附图，详细介绍本发明装置的工作原理：

如图1所示，局部放电试验的高压端1接到试验回路的高压电源。缺陷模拟装置2用于模拟电力设备中的各种类型的缺陷，例如局部放电缺陷，缺陷模拟装置2中的高压端电极，可以根据模拟缺陷的种类进行选择，可以选择球形、针尖、柱形等多种形状，缘介质2-2可以根据模拟缺陷的材料进行选择，可以采用绝缘纸板、环氧树脂板、聚酰亚胺板等，2-3是接地端平板电极，与地回路相连。其中的超声测量探头4，用于采集局部放电发生时的超声信号；超高频测量探头5用于采集局部放电放生时的超高频探头；罗戈夫斯基线圈6用于采集局部放电发生时的脉冲电流信号。第一信号处理单元7用于对超声测量探头4采集到的局部放电超声信号进行滤波、A/D转换等处理，并传送至第一GPS发射模块10，将处理后的局部放电超声信号发送至GPS接收模块13；第二信号处理单元8用于对超高频测量探头5采集到的局部放电超高频信号进行滤波、A/D转换等处理，并传送至第二GPS发射模块11，将处理后的局部放电超高频信号发送至GPS接收模块13；第三信号处理单元9用于对罗戈夫斯基线圈6采集到的局部放电脉冲电流信号进行滤波、A/D转换等处理，并传送至第三GPS发射模块12，将处理后的局部放电脉冲电流信号发送至GPS接收模块13。GPS接收模块13接收来自10、11、12的局部放电信号，并传送至PC机14对局部放电信号进行处理分析，当超声、超高频、电信号均检测到局部放电时，对高速摄影仪15发出拍摄指令，高速摄影仪采集局部放电的影像信号。

本发明装置中的信号处理单元的电路原理图如图2如图2所示，4(5,6)采集到局部放电超声(超高频、脉冲电流)信号后，将信号传入第一(第二，第三)信号处理单元7(8，9)，通过过电压保护电路，限制信号的最大幅值，防止电磁暂态过程产生的大幅值脉冲损坏电路元件，然后信号经过带通滤波器滤除干扰信号，再经过峰值保持电路与A/D转换单元，转换为数字信号，传送至第一(第二，第三)GPS发射模块10(11,12)。

本发明装置中使用的高压端电极模型2-1和接地端平板电极2-3采用不锈钢根据试验需求加工而成，绝缘介质2-2根据试验需求进行选择裁剪。

本发明装置中使用的超声测量探头4，超高频测量探头5和罗戈夫斯基线圈6是保定天威新域科技发展有限公司提供的型号为TWPD-2622的测量探头。

本发明装置中使用的第一(第二、第三)信号处理单元7(8,9)自行选择电子元器件进行搭建，其中过压保护电路采用TVS瞬变电压抑制器，带通滤波器频带为20kHz-20MHz，采用低通和高通电路串联得到，峰值保持电路采用集成运放和二级管搭建，A/D转换单元选用安杰科技的DAQ8B2G。

本发明装置中使用的第一(第二、第三)GPS发射模块10(11,12)及GPS接收模块13采用长江智动科技制造公司提供的型号为CJMCU-ublox MAX-7C的GPS模块。

本发明装置中使用PC主机14采用联想公司提供的型号为扬天A8000k-11台式电脑，内部安装保定天威公司研发的局部放电处理软件。

本发明装置中使用高速摄影仪15采用索尼公司提供的型号为NEX-FS700CK FS700RH4K RAW的高速摄影仪。

本发明的用于采集局部放电多重信号的装置，以模拟油浸式变压器内部局部放电为例，其工作过程为：高压端电极模型2-1采用不锈钢加工而成，模拟油浸式变压器内部的稍不均匀场结构，绝缘介质2-2采用绝缘油纸，在高压端1施加交流电压，逐步升高电压幅值，当达到模拟缺陷装置2的局部放电起始电压时，其内部会发生局部放电。采用超声测量探头4、超高频测量探头5、罗戈夫斯基线圈6分别对局部放电试验模型产生的局部放电信号进行实时同步采集，三者通过电缆与信号处理单元7、8、9连接。通过信号处理单元7、8、9对局部放电信号进行限幅、滤波、模/数转化处理，处理得到的信号通过电缆接在对应的GPS发射模块10、11、12。通过GPS通讯模块10、11、12统一各通道信号时间，并将其发射到GPS接收模块13，避免了各通道电缆之间的电磁干扰以及复杂的电路布线。PC主机14获得GPS接收模块13的信号，并对超声、超高频、脉冲电流的局部放电信号进行处理分析，当超声、超高频、脉冲电流信号均检测到局部放电时，通过逻辑“与”运算控制实现对高速摄像仪的及时、准确、可靠触发，从而得到时钟统一的包括超声、超高频、电、图像信号在内局部放电全过程信息。根据测试的环境和需求，可对采集信号的传感器进行选择，满足了大多数局部放电信号测试的需求。

Claims (2)

1.一种用于实验室局部放电试验的信号采集装置，其特征在于该信号采集装置包括缺陷模拟装置、超声测量探头、超高频测量探头、罗戈夫斯基线圈、第一信号处理单元、第二信号处理单元、第三信号处理单元、第一GPS发射模块、第二GPS发射模块、第三GPS发射模块、GPS接收模块、计算机和高速摄影仪；所述的缺陷模拟装置中设有高压端电极、绝缘介质和接地端平板电极，绝缘介质置于高压端电极和接地端平板电极之间，所述的高压端电极与局部放电试验回路的高压端相连，所述的接地端平板电极与局部放电试验回路的接地点相连；所述的罗戈夫斯基线圈连接在缺陷模拟装置与接地点之间；所述的超声测量探头和超高频测量探头分别置于缺陷模拟装置的一侧，所述的第一信号处理单元、第二信号处理单元和第三信号处理单元的信号输入端分别通过信号线与超声测量探头、超高频测量探头和罗戈夫斯基线圈相连，第一信号处理单元、第二信号处理单元和第三信号处理单元的信号输出端分别与第一GPS发射模块、第二GPS发射模块和第三GPS发射模块相连；所述的GPS接收模块、计算机和高速摄影仪依次相连，高速摄影仪置于缺陷模拟装置的另一侧。

2.如权利要求1所述的信号采集装置，其特征在于其中所述的第一信号处理单元、第二信号处理单元和第三信号处理单元，包括过压保护电路、带通滤波器、峰值保持电路和A/D转换单元，所述的过压保护电路、带通滤波器、峰值保持电路和A/D转换单元依次相连。