CN104685366B - 具有同步的局部放电检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种局部放电采集系统(500),包括:‑同步信号传感器设备(200),包括:传感器模块(202),构造成远程检测由与电气对象(101)操作相关联的交流电压生成的第一同步电磁信号(SES1)并且提供对应的第一检测到的电信号(Ssyn1);发送设备(203,204),构造成辐射与所述第一检测到的电信号(Ssyn1)相关的第二同步电磁信号(SES2);‑局部放电检测装置(400),包括:接收设备(700),构造成接收所述第二同步电磁信号(SES2)并且生成对应的接收到的电信号(Ssynw3),该电信号代表所述交流电压的至少定时参数;接收设备(700)和发送设备(203,204)配置为建立定义确定性传输延迟的无线通信链路。

Description

具有同步的局部放电检测系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及配置为检测要在局部放电检测系统中采用的同步信号的传感器设备。

背景技术

[0002] 局部放电检测尤其用于识别和测量电气部件和装置中的局部放电,这些电气部件 和装置诸如:中、高或超高压电缆、电缆接头、架空线路绝缘体、中和高压配电箱、利用GIS (Gas Insulated Switchgear,气体绝缘开关设备)的尚和超高压电缆。

[0003] 术语“局部放电”是要指示,当电气部件具有各种类型的缺陷时,在电气部件的电 介质(绝缘)材料中发生的电荷的不期望重组,这最终导致电介质破坏。在这里,脉冲电流在 电介质材料的部分中生成并且造成电磁波传播通过相关电力系统的电力或接地电缆,并且 辐射通过各种周围介质(电介质材料、金属、空气等等)。

[0004] 为了对AC (交流)电气部件执行局部放电测量,具有相位参考信号(即在相位和频 率上与给电气部件供电的AC电压同步的信号)是重要的。

[0005] 除其它的之外,文档WO-A-2009-150627描述了小型、完全绝缘并自供电的局部放 电检测设备,该设备允许以最高的安全性执行测量,而不需要直接连接到所检查的系统。该 设备包括适于充当电场传感器并且包括与第二导体合作的第一平面导体(即地平面)的宽 带天线,其中第二导体的剖面在一个点或一条线处朝着第一平面导体靠拢。这种局部放电 检测设备还可以检测同步信号,这种同步信号是通过拾取放电发生部件的供电电压获得 的。

[0006] 文档W0-A-2000-77535公开了用于在延长的时间段远程监视到设施和来自设施的 净电力和电流流动的量值和方向的装置。该装置包括用于检测和测量从所监视的线路发出 的磁场的设备,以及用于检测同步到从电力线路发出的电力系统频率(通常是电场)的信号 的另一设备。

[0007] 文档JP-A-6-11534公开了一种包括在电力电缆处提供的螺线管线圈检测部分的 局部放电测量系统,其中电力电缆铺设在地下检修井内的管道中,输出信号被局部放电检 测部分检测,接着检测信号被检测信号发送部分发送到检修井盖的天线。DC调节电源通过 用于接收电源的变压器从电缆接收电力。电缆的所施加的电压相位信息在移动电话的电波 上从提供有电压变压器的发送终端侧变电站发送。在检修井盖附近提供的局部电压和所施 加电压相位接收设备被提供有无线电信号接收部分和电话信号接收天线,获得所测试的电 力电缆的局部放电信号以及所施加的电压相位信息信号,接着利用所施加的电压相位作为 参数分析局部放电脉冲。

发明内容

[0008] 申请人体会到同步信号检测装置对于让局部放电检测参考给所测电气对象供电 的电压的相位是必需的。在一些情况下,由与局部放电装置直接关联的装置进行的同步检 测是困难或不可能的,因为,在适合于局部放电检测的位置,信号可能被屏蔽(例如被电气 对象覆盖物)或者很弱,或者由于各种原因而不会被有效检测。

[0009]申请人发现,倘若局部放电检测装置的接收设备与同步信号的发送设备之间的传 输延迟被肯定地评估并且在局部放电测量中考虑,在与局部放电检测位置不同的位置中检 测同步信号是方便的。

[0010]申请人注意到,由文档JP-A-6-11534描述的装置不允许对同步信号的准确检测, 并且由移动电话检测并随后发送的同步信号不代表可靠的参考信号。

[0011]申请人发现,定义确定性传输延迟的无线通信链路可以向包括局部放电检测装置 和配置为远程检测同步信号的传感器设备的局部放电采集系统提供安全可靠的同步信号 检测。

[0012] 根据第一方面,本发明涉及用于检查电气对象操作的局部放电采集系统,所述系 统包括:

[0013] -同步信号传感器设备,包括:

[0014] 传感器模块,构造成远程检测由与电气对象操作相关联的交流电压生成的第一同 步电磁信号并且提供对应的第一检测到的电信号;

[0015] 发送设备,构造成辐射与所述第一检测到的电信号相关的第二同步电磁信号;及

[0016] -部分放电检测装置,包括:

[0017] 接收设备,构造成接收所述第二同步电磁信号并且生成对应接收到的电信号,该 电信号代表所述交流电压的至少一个定时参数;

[0018] 接收设备和发送设备配置为建立定义确定性传输延迟的无线通信链路。

[0019] 优选地,接收设备和发送设备构造成使得所述无线通信链路是以下链路之一:无 线电链路、红外链路。

[0020] 更优选地,所述无线通信链路是短距离链路。

[0021] 在短距离链路的情况下,接收设备和发送设备构造成使得所述短距离链路基于以 下技术之一:WiFi技术、ZigBee技术、蓝牙技术。根据另一个实施例,所述短距_链路是基于 IMS (即工业科学和医疗)的。另选地,接收设备和发送设备构造成使得所述无线通信链路基 于以下无线电链路之一:振幅调制AM无线电链路、频率调制FM无线电链路、短波SW无线电链 路。

[0022]优选地,接收设备和发送设备构造成使得确定性传输延迟包括低于100US的等待 时间。

[0023]有利地,接收设备和发送设备构造成使得所述无线电链路基于采用实时和非缓冲 流的连续通量传输。

[0024]优选地,其中接收设备和发送设备配置为根据扩频码技术并根据频移键控调制来 操作。

[0025] 根据特定实施例,检测系统还包括:

[0026]-另一同步信号传感器设备,包括:

[0027]另一传感器模块,构造成远程检测由与另一电气对象操作相关联的另一交流电压 生成的另一第一同步电磁信号并且提供对应的另一第一检测到的电佞号;

[0028]第一发送-接收设备,构造成辐射与所述另一第一检测到的电信号相关的另一第 二同步电磁信号;

[0029] -另一局部放电检测装置,包括:

[0030] 第二发送-接收设备,构造成接收所述另一第二同步电磁信号并且生成对应的另 一接收到的电信号,该电信号代表所述另一交流电压的至少另一定时参数;

[0031] 其中所述第一发送-接收设备和所述第二发送-接收设备当中至少一个配置为作 为网状网络的中间节点操作,该网状网络还包括建立所述无线通信链路以便发送和接收所 述第二同步电磁信号的发送设备和接收设备。

[0032] 优选地,所述局部放电检测装置还包括:

[0033] 控制模块,构造成在检测系统的配置步骤中评估所述确定性传输延迟;

[0034] 处理单元,构造成使接收到的电信号的相位移动所述经评估的确定性传输延迟, 从而产生被移动的接收到的电信号。 _35] 有利地,局部放电检测装置还包括:

[0036]检测模块,配置为接收与电气部件的局部放电相关联的电磁信号并且生成第一放 电电信号;

[0037] 数模转换器,构造成从所述第一放电电信号产生代表所述电磁信号的多个对应的 样本;

[0038] 存储器,配置为存储所述多个样本中的被选样本;

[0039] 显示设备,配置为显示对应于所述被选样本并且与被移动的接收的电信号同步的 放电趋势。

[0040] 优选地,发送设备具有提取模块,该提取模块配置为提取由第一检测到的电信号 携带的定时参数并且基于所述第一检测到的电信号生成合成信号。

[0041] 有利地,提取模块包括:

[0042] 测量模块,用于测量所述定时参数;

[0043] 生成模块,从所述定时参数合成具有方波形状的合成信号。

[0044] 在生成合成信号的情况下,发送设备还优选地包括:配置为在合成信号的每个上 升边缘生成消息的消息发生器。

[0045] 根据实施例,所述传感器模块还包括:

[0046] 传感器模块输出;

[0047] 第一传感器设备,构造成远程检测第一同步电磁信号并且在第一输出上提供对应 的第一电压信号;

[0048] 至少第二传感器设备,构造成远程检测第一同步电磁信号并且在第二输出上提供 第二电压信号;

[0049] 选择模块,通过选择性地将第一输出和第二输出连接到所述传感器模块输出,选 择第一传感器设备或者所述至少第二传感器设备。

[0050] 优选地,所述第一传感器设备包括以下传感器当中至少一个:电容性传感器、磁传 感器和光传感器。有利地,光传感器配置为拾取由交流电压馈送的光源所生成的发光信号 并且在第三输出上生成第三电压信号。

[0051] 根据第二方面,本发明涉及用于检查电气对象操作的局部放电采集方法,所述方 法包括:

[0052] 远程检测由与电气对象操作相关联的交流电压生成的第一同步电磁信号并且提 供对应的第一检测到的电信号;

[0053] 提供配置为处理所述第一检测到的电信号的发送设备;

[0054]由发送设备辐射与所述第一检测到的电信号相关的第二同步电磁信号;

[0055] 提供包括接收设备的局部放电检测装置;

[0056] 在接收设备和发送设备之间建立与确定性传输延迟相关联的无线通信链路;

[0057] 在所述接收设备处接收第二同步电磁信号并且生成对应接收到的电信号,该电信 号代表所述交流电压的至少定时参数。

[0058] 在本描述和权利要求中,“构造成远程检测由源产生的电磁信号的传感器设备”指 检测是无线且不接触地执行的,即没有电线或电缆连接源和传感器设备并且没有物理接 触。

[0059] 在本描述和权利要求中,“通信链路的传输延迟”指规定数据位花多长时间从一个 端点跨通信链路行进到另一个端点的时间。传输延迟包括几个贡献:处理延迟、传播延迟和 等待时间。处理延迟是检测(通过数字处理算法)、编码和调制信号所需的时间。传播延迟是 信号在传播介质上到达其目的地的时间。等待时间是在从发送器到接收器的路径中信号所 经历的时间偏移(固定的或可变的)。它通常(但不是排除其它地)与缓冲和路由相关联。

[0060] 在本描述和权利要求中,“通信链路的确定性传输延迟”指传输延迟可以被评估, 作为例子是在配置步骤中被评估,并且这个被评估的传输延迟基本上对于在所述通信链路 上执行的每个通信会话都相同。

[0061] 在本描述和权利要求中,“定向天线”指在一些方向中比在其它方向中更有效地辐 射或接收电磁波的天线。特别地,“定向天线”指具有大于OdB的前/后比(Front/Back ratio)的天线,优选地是大于ldB。以分贝表示的前/后参数是和辐射模式的主波瓣关联的 增益参数与和辐射模式的相反波瓣关联的增益参数之比。天线的增益参数是由天线从位于 天线的波束轴上的远场源产生的功率与由假想的无损各向同性天线产生的功率之比,其中 假想的无损各向同性天线对于来自所有方向的信号同等地灵敏。

[0062] 在本描述和权利要求中,参考天线,“信号的接收方向”或“信号的进入方向”指假 设信号来自其的方向。

[0063] 在本描述和权利要求中,天线的“有效面积”指天线有多有效地在每个进入的方向 接收电磁波的测量。天线的有效面积依赖于表征天线行为的另一参数,该参数是天线的方 向性。在本描述中,术语“有效面积”和“方向性”都将用作表征天线从特定进入方向接收功 率的能力的另选参数。

[0064]对于本描述和权利要求,除非另外指出,否则表示量、数量、百分比等的所有数字 都应当被理解为在所有情况下都可以通过术语“大约”来修改。而且,所有范围都包括所公 开的最大值和最小值点的任意组合并且包括其间的任何中间范围,这些可能或者可能没有 在本文中具体地列举。

附图说明

[0065] 从参考所包括的附图在以下作为例子给出的对优选实施例及其另选方法的描述, 更多特性和优点将变得更加明晰,其中:

[0066]图1示出了电气装置的例子以及包括同步信号传感器设备和局部放电检测装置的 局部放电采集系统的实施例;

[0067]图2示出了具有传感器模块、信号处理模块、定时信息提取模块、发送模块和第一 天线设备的同步信号传感器设备的实施例;

[0068] 图3示出了包括模数转换器、参数测量模块和可选的信号生成模块的提取模块的 第一实施例;

[0069]图4示出了包括模数转换器、过零检测器、带通滤波器和信号数字锁相环模块的提 取模块的第二实施例;

[0070]图5示出了在图2中说明的并且配置为采用直接序列扩频技术的发送模块的特定 实施例;

[0071]图6示出了包括第一天线、第二天线、差值模块、接收天线、接收模块及采集和分析 设备的局部放电检测装置的第一实施例;

[0072] 图7示出了图6的局部放电检测装置的接收模块的例子;

[0073] 图8示出了第一天线的第一辐射图和第二天线的第二辐射图;

[0074] 图9示意性地示出了可被所述差值模块采用的有源电子部件;

[0075] 图10示意性地示出了可被所述差值模块采用的中心抽头初级电压变压器;

[0076] 图11是采用运算放大器的差值模块的实施例;

[0077] 图12示意性地示出了局部放电检测装置的第二实施例,作为图6第一实施例的另 选方案,并且包括包含带通滤波器和第一放大器的局部放电分支以及包含低通滤波器和第 二放大器的同步分支;

[0078] 图13说明了图6和12中所示的采集和分析设备的实施例;

[0079] 图14A和14B示出了根据图6的局部放电采集系统的特定实施例的两个不同视图;

[0080] 图15示出了在局部放电采集系统的操作中所涉及的信号趋势的例子。

具体实施方式

[0081] 在以下描述中,当在不同的图中绘出时,相同的数字符号用于相似的示例性元件。 图1示出了电气装置100的例子以及包括同步信号传感器设备200和局部放电检测装置400 的局部放电采集系统500的特定实施例。局部放电采集系统500是可被用来检测、测量和/或 分析由电气源(就像电气装置100本身)生成的局部放电的电子装置。

[0082] 电气装置100可以包括任何种类的电气部件、设备、装置或系统,诸如像:中或高压 电缆、电缆接头、架空线路绝缘体、中或高压配电箱、中或高压终端、利用GIS(气体绝缘开关 设备)的高和超高压电缆、电动马达或发电机、或者中或高压变压器。

[0083] 具体地,电气装置100包括第一电气设备101,诸如像如图1中所示的中或高压终端 (MV/HV终端),该终端通过第一电气电缆1〇2利用AC (交流)电压来馈送。MV/HV终端101适于 产生并辐射由AC电压生成并与其同步的第一电磁信号Sesu通常,AC电压具有包括在1Hz到 大约1000Hz之间的频率。

[0084] 根据所描述的实施例,电气装置100还包括第二电气设备103,诸如像连接第一电 气电缆102与第二电气电缆104的电缆接头或交联键接头。电缆接头1〇3可以产生局部放电 电磁脉冲信号Sd。

[0085] 也参考图2,同步信号传感器设备200是便携式的并且包括外壳2〇1 (图1),该外壳 具有传感器模块202、发送模块2〇3 (TX)和第一天线设备204。传感器模块202构造成远程检 测第一电磁信号SES1并在电气端子213上提供对应的第一同步电信号Ssynl。

[0086] 特别地,通过表述“由源产生的电磁信号的远程检测”指检测是无线且不接触地执 行的,即没有连接源和传感器设备的电线或电缆,并且没有物理接触。作为例子,远程检测 可以在离信号源lcm到10ra的距离处执行。

[0087] 图1还示出了包括接收模块700、第二天线设备702和检测模块800的局部放电检测 装置400的例子。

[0088] 据观察,同步信号传感器设备200的发送模块203和局部放电检测装置400的接收 模块700构造成根据通信技术建立定义确定性传输延迟的无线通信链路。这种无线通信链 路被用来尤其是发送与第一同步电信号Ssynl相关并且因此对应于第一电磁信号SES1的信 号。更特别地,发送模块203和接收模块700构造成建立点到点连接。

[0089] 通信链路的传输延迟是指定数据位花多长时间从一个端点行进通过到另一个端 点的时间。传输延迟包括几个贡献:处理延迟、传播延迟和等待时间。处理延迟是检测(通过 数字处理算法)、编码和调制信号所需的时间。传播延迟是信号在传播介质上到达其目的地 的时间。等待时间是在从发送器到接收器的路径中信号所经历的时间偏移(固定的或可变 的),并且通常可以(但不是排除其它地)与缓冲和路由步骤相关联。特别地,在发送模块203 和接收模块700之间建立的通信链路示出低于1 〇〇us的等待时间。

[0090] 据观察,优选地,对于对应于第一同步电信号Ssynl的信号,可以在无线通信链路上 避免纠错技术的使用。但是,示出基本上可忽略的传输延迟(即低于100US的延迟)的纠错技 术可以被采用。对于对应于第一同步电信号Ssynl的信号,错误检测算法可以在无线通信链 路上被采用,以消除被破坏的数据/消息。错误检测算法造成确定性延迟,这可以作为对传 输延迟的贡献而被评估。

[0091] 根据特定的实施例,发送模块203构造成在短距离无线电技术中并且依赖于所述 第一同步电信号33#生成传输电信号Ste。“短距离无线电技术”定义具有以下特性的无线电 链路:

[0092] -无线电链路具有大约lkm的最大操作范围;

[0093] -采用低功率传输Pt,g卩,Pt< 1W。

[0094] 优选地,所采用的短无线电链路在为特定目的分配并且通常是免费使用(无执照) 的频带操作,所述频带诸如像ISM (工业、科学和医疗)频带。

[0095] 根据另一实施例,无线通信链路可以基于红外技术并且可以是以下短距离技术之 一:WiFi技术(标准IEEE802.15.4)、ZigBee技术(IEEE802.15.4)或者蓝牙技术。

[0096] 可以采用的可基于非短距离的无线电链路技术的例子是:振幅调制技术、频率调 制技术和短波技术。

[0097] 参考无线通信链路的其它方面,同步信号传感器设备200和接收模块700优选地构 造成使得所述无线通信链路基于采用实时和非缓冲流的连续通量传输。在连续通量传输 中,信息不是以数据单位(即数据包)来格式化的,而是连续地发送。实时和非缓冲流技术对 传输延迟引入了确定性贡献,因为没有不可预测的数据存储或数据累积被执行。

[0098] 作为例子,采用实时和非缓冲流的连续通量传输不同于时分多路复用方案、分组 交换技术,并且不同于非确定性分组/电路交换方案。

[0099] 以下描述参考短距离无线电技术的特定情况。第一天线设备204配置为接收所述 传输电信号ste并且辐射对应的第二同步电磁信号SES2。

[0100] 同步信号传感器设备200可以在印制电路板中实现。回过头来参考传感器模块 202,它包括允许第一电磁信号SES1的远程检测的单个传感器设备或多个可选择的传感器设 备,诸如电容性传感器(例如,板或线)和磁传感器(例如线圈)。除了检测第一电磁信号SES1 的传感器设备之外或者作为另选,可以使用适于远程检测由AC电压在周围介质中引起的发 光或声学现象并将其转换成电信号的间接传感器设备。作为例子,这些间接传感器设备可 以配置为检测:来自电气装置100的一个或多个对象的光或振动,诸如像光可以从气体放电 灯检测到,或者蜂音(hum)和振动可以从铁磁或压电材料检测到。

[0101] 参考图2的特定实施例,传感器模块202具有以下传感器当中至少一个:电容性传 感器205、磁传感器206和光传感器207。

[0102] 电容性传感器205可以通过保持在高阻抗的电线217或者优选地通过金属板218实 现。金属板218几何形状上比本地电压参考(接地端子)更多地暴露给电场。与第一电磁信号 Sesi关联的电场可以在金属板218中在第一端子209上感应出第一电压信号Svi,其小于AC电 压并且瞬时地与AC电压成比例。根据特定实施例,金属板218实现为印制电路板底层中的大 铜垫或者实现为连接到电路的独立分开的导电板,优选地具有等于或大于70x50mm的维度。 优选地,与金属板218相比,电路板上的接地迹线区域保持尽可能小,或者较少暴露给电场 (通过几何设计或适当屏蔽),使得感应出的电压对于这二者不相等并且因此可以测出小的 电压差。铺设在与集成了金属板218的一侧相对的一侧上的印制电路板的电路层可以寄存 (host)接地迹线和更多电子部件,该电路层通过设计较少暴露给电场。

[0103] 磁传感器206可以是线圈,被设计成拾取与第一电磁信号SES1关联并由在HV/MV终 端101或第二电缆104中流动的AC电流生成的磁通量,并且在第二端子210上提供与其成比 例的第二电压信号SV2。磁传感器206的线圈可以作为螺线管沿着特定的轴缠绕,从而提供良 好的方向性。在操作中,磁传感器206提供与由流经该部件的电流生成的、经过其的磁通量 的导数成比例的电压差,即第二电压信号SV2。根据例子,磁传感器206的线圈包括缠绕成螺 线管的大约20至50匝铜线,优选地是围绕具有杆形状的铁磁芯(优选地是大约4至10cm长)。 可以使用其它类型的磁传感器,诸如霍尔效应传感器。

[0104] 光传感器207包括光敏检测器211 (具有由极化电阻器Rp概要表示的合适的极化电 路)并且配置为拾取由AC电压馈送的灯和指示器(图中未示出)生成的发光信号并且在第三 终端212上生成第三电压信号SV3。由这些灯和指示器和第三电压信号SV3生成的发光通量与 AC电压同步并同相,但是它们与该AC电压不成比例并且关于其具有加倍的频率。发光通量 与和AC电压相关联的电场的平方成比例,使得光在每个周期中发射两次,从而显示出等于 AC电压的频率两倍的频率。据观察,如果检测到振动,则频率加倍效应也发生。

[0105] 根据例子,光敏检测器211是可以检测来自通常在MV/HV面板上发现的霓虹灯指示 灯的发光信号的光敏二极管或光敏晶体管。据观察,电容性传感器205可以提供在AC电压之 上基本不显示相位误差的第一电压信号SV1。特别地,如果不可以使用电容性传感器205 (这 会发生在坑或者严重接地或屏蔽的位置),则可以采用磁传感器206和光传感器207。磁传感 器206也可以被方便地用来检查线路(诸如第一电缆102)是通电还是未通电(S卩,电流是否 在流动)。

[0106] 根据所描述的特定实施例,传感器模块202包括开关模块208,开关模块208构造成 选择性地将第一端子209、第二端子210和第三端子212连接到电气端子213,使得将第一电 压信号Sn、第二电压信号SvdP第三电压信号SV3当中的一个信号选作第一同步电信号Ssynl。 开关模块208可以是模拟多路复用器或者可以包括多个模拟开关214-216。特别地,开关丰旲 块208包括构造成将第一端子209连接到电气端子213/将第一端子209从电气端子213断开 的第一开关214,构造成将第二端子210连接到电气端子213/将第二端子210从电气端子213 断开的第二开关215,构造成将第三端子212连接到电气端子213/将第三端子212从电气端 子213断开的第三开关216。第一开关214、第二开关215和第三开关216可以分别通过第一控 制信号SC1、第二控制信号SC2和第三控制信号SG3来切换。第一开关214、第二开关215和第三 开关216当中每一个可以包括分别由第一控制信号SC1、第二控制信号SC2和第三控制信号SC3 控制的一个或多个晶体管。

[0107] 特别地,同步信号传感器设备200还包括连接在电气端子213和发送模块203之间 并且包括提取模块251 (EXT-MOD)以及作为例子的电子处理模块253的信号处理模块250。提 取模块251 (EXT-MOD)示出连接到发送模块203的输入端口的输出252并且配置为提取由第 一同步电信号Ssynl携带并要提供给发送模块203的定时信息。电子处理模块253配置为执行 第一同步电信号Ssynl的噪声滤波和/或放大并且在提取模块251的第一输入端子17上提供 处理后的同步电信号SsynlAF。

[0108] 特别地,电子处理模块253包括可选的输入低通滤波模块50、放大器模块27以及可 选的输出低通滤波器29。

[0109] 根据例子,输入低通滤波模块50包括连接在电气端子213和第一节点51之间的第 一电阻器R1,以及连接在第一节点51和接地端子GND之间的第一电容器C1。放大器模块27 (诸如高增益缓冲放大器)具有连接到第一节点51的输入和连接到第二低通滤波器模块29 的第一输出端子28。

[0110]高增益缓冲放大器27还具有用于供应电压VI的第一供电端子30和连接到接地端 子GND的第二供电端子31。作为例子,高增益缓冲放大器27是仪表电压放大器并且具有大于 1000的增益。而且,高增益缓冲放大器27示出输入-输出阻抗彡IMOhm并且可以具有低于 1kHz的整体带宽。作为例子,低通滤波器模块29包括连接在第一输出端子28和第二节点34 之间的第二电阻器R2,以及连接在第二节点34和接地端子GND之间的第二电容器C2。第二节 点34连接到提取模块251的第一输入端子17。第一低通滤波器5〇和第二低通滤波器29配置 为截断高于大约1kHz的频率,以便降低噪声。 提取模块251可以实现为模拟电路或数字电路,尤其是通过软件实现。根据期望的 行为和性能,可以使用不同的定时提取算法。图3通过功能模块示出了可以由在计算机(诸 如微控制器)上执行的软件实现并且包括模数转换器26〇 (A/D)、参数测量模块261 (P-M)和 可选的信号生成模块263 (SIG-GEN)的提取模块251的特定例子。

[01^2]数转换器260 (A/D)配置为接收模拟信号(S卩,处理后的同步电信号&amp;7„^)并且执 行采样、量化和编码操作,从而通过第一总线262向参数测量模块261的第一输出提供数字 信号SsynlD。参数测量模块配置为跟踪数字信号的上升和/或下降边缘并且通过计数两个 事件(诸如到后续的下降或上升边缘)之间的时钟脉冲来测量其周期T。参数测量模块261允 许生成第二同步电信号Ssyn2,其可以是携带诸如数字信号SsynlD的周期T和相位的测出的定 时信息的消息。第二同步电信号Ssyn2可以被发送到输出252。

[0113] 可选的生成模块263 (SIG-GEN)配置为在第二总线264上接收与第二同步电信号 Ssyn2相关联的、代表定时信息的消息,并且生成合成的第二同步电信号Ssynw2,该电信号具有 示出周期T并且作为例子的等于T/2的占空比的方波形式。

[0114] 据观察,合成的第二同步电信号Ssynw2的生成允许获得稳定且干净的信号,因为检 测到的第一同步电信号Ssynl可能会受例如噪声、随机过渡、不正确占空比或熄灭间隔 (black-out interval)的影响。通过配置生成模块263使得利用低通行为更新由第二同步 电信号Ssyn2的测量模块261检测的周期和占空比,第一同步电信号Ssynl的这种不期望的行为 可以在合成的第二同步电信号Ssynw2中很容易地被消除,其中低通行为固有地滤波掉暂时性 噪声和不稳定的输入信号。

[0115] 值得注意的是,如果选择光传感器207,则由第二同步电信号Ssyn2携带的或者与合 成的第二同步电信号Ssynw2相关联的周期和占空比是通过用2乘以由参数测量模块261测出 的周期获得的。而且,已经注意到,图3的实施例实现起来不复杂并且不需要精确的调谐。 [0116]图4通过功能模块示出了作为例子的可以由在微控制器上执行的软件实现并且包 括模数转换器260 (A/D)、过零检测器270 (Z-C)、带通滤波器271 (B-P-F)和信号数字锁相环 模块272 (DPLL)的提取模块251的另选实施例。图4的例子参考其中合成的第二同步电信号 Ssynw2在输出252上提供的情况。还参考其中示出了所描述信号的一些趋势的例子的图15。

[0117] 数转换器260 (A/D)配置为通过第三总线273向过零检测器270的输入提供对应的 数字信号SsinlD。过零检测器270构造成接收数字信号SsinlD并且检测数字信号SsinlD的符号从 负值朝正值变化以及反过来的瞬间点,从而确定上升和/或下降边缘。特别地,过零检测器 270可以在第四总线274上提供代表脉冲串Rsl和Rs2的数字信号Ssin2D,在脉冲串中每个脉冲 都位于过零瞬间中,从而基本上具有第一同步电信号Ssynl的周期T。带通滤波器271配置为 执行带通滤波,以便从脉冲串去除噪声或者其它不想要的成分并且通过第五总线275将滤 波后的数字信号Ssin2DF发送到DPLL模块272APLL模块272配置为生成锁定到由带通滤波器 271提供的脉冲串并且具有示出周期T和等于T/2的占空比的方波形式的合成的第二同步电 /[曰〒T Ssynw2 0

[0118] 由图3或图4中表示的提取模块251对第二同步电信号Ssyn2或合成的第二同步电信 号Ssynw2的生成也可以通过硬件数字电路或通过模拟电子电路来执行,作为例子,这些电路 实现图4中全部或一些的模块。

[0119] 回过头来参考发送模块203 (图2),它配置为生成并发送传输电信号Ste (其例子在 图15中示出),作为例子,该电信号从合成的第二同步电信号Ssynw2开始。根据例子,发送模块 203是编程为在合成的第二同步电信号Ssynw2的每个上升边缘发送包含由合成的第二同步电 信号Ss胃2携带的定时信息的短消息的无线电发送器。该短消息可以是简单的信标或者包含 诸如同步信号传感器设备200的标识和由图3参数测量模块261 (P-M)测出的合成的第一同 步电信号Ssy„w2的频率(即,周期T的倒数)之类的数字信息的实时消息。

[0120] 因此,代表合成的第一同步电信号Ssynw2的频率的数据包括在与传输电信号Ste关 联的消息的有效载荷中。

[0121] 图5示意性地示出了配置为采用直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)技术的发送模块203的特定实施例。图5的发送模块2〇3包括:消息发生器 285 (MSG-GEN)、扩频码发生器(DSSS-G) 28〇、乘法器281、调制器(MOD) 282、载波发生器 (CARR-G) 283以及频率转换器284。

[0122] 消息发生器285配置为接收合成的第一同步电信号Ssynw2并且产生对应的传输消息 Msgl。特别地,编码器消息发生器285构造成在合成的第二同步电信号Ssynw2的每个上升边缘 产生包含由合成的第二同步电信号Ssynw2携带的定时信息的消息。以比原始信号频率高得多 的频率,直接序列扩频传输用1和-1值的伪随机序列乘以所发送的数据。特别地,扩频码发 生器(DSSS-G) 280配置为生成伪随机序列。乘法器281允许用该伪随机序列乘以第一消息 Msgl,以生成第一调制的信号Sdsss。作为例子,伪随机序列可以根据所给出的码中的一种生 成:Barker码、Go Id码、Manchester码、或者标准 IEEE802 • 15 • 4的码。

[0123] 调制器282配置为对第一调制的信号Sdsss进行调制,从而产生第二调制的信号 Sfsk。特别地,调制器282配置为执行频率调制,诸如像频移键控(FSK)或高斯频移键控 (GFSK)调制。值得注意的是,DSSS技术和FSK或GFSK调制允许实现良好的噪声抗扰度和可预 测的定时。作为例子,可以采用利用在868MHz的载波、50kHz的频移以及200kHz的带宽的 GFSK调制。

[0124] 载波发生器283构造成生成载波信号SGR并且频率转换器284配置为用载波信号SCR 乘以第二调制的信号SFSK,从而产生要供应给第一天线设备204的传输信号Ste。特别地,载波 信号SCR的载波频率是无线电频率并且可以选作ISM频带之一 (433、868、2400MHz),优选地是 868MHz频带,因为其具有较低的噪声和良好的测距(ranging)性能。工业科学和医疗(ISM) 无线电频带是国际上为用于除通信之外的工业科学和医疗目的的射频(RF)能力的使用所 保留的无线电频带(无线电频谱的部分)。

[0125] 根据特定的实施例,同步信号传感器设备200还具有发光设备或其它适合向用户 指示同步信号传感器设备200的有效状态的显示设备(未示出),并且其传感器选自磁传感 器206、光传感器207和电容性传感器205。作为例子,LED (发光二极管)可以用作发光设备。 同步信号传感器设备200优选地包括一个或多个电池,以便向同步信号传感器设备200中所 包括的设备供应电能。另选地,同步信号传感器设备200可以由作为例子的连接到局部放电 检测装置400的电缆供电。

[0126] 据观察,如以上己经描述过的,根据另一个实施例,发送模块203可以构造成操作 红外频率(405THz-300GHz),以建立与局部放电检测装置400的红外短距离链路。以上提到 的无线电短距离链路的定义适用于红外短距离链路。

[0127]如以上指示的,红外短距离技术可以在这种情况下采用,第一天线204和第二天线 702用合适的构造成将电信号转换成光信号以及反之亦然的对应的光学收发器代替。

[0128]图6示出了包括检测模块8〇0、分析设备3〇〇和连接到第二天线设备7〇2的接收模块 700 (其具有另一外壳701)的例子的局部放电检测装置400的第一示例。

[0129] 作为例子,第一天线设备204和第二天线设备7〇2可以是以下天线之一:偶极子(尤 其是由导体电线片段制成的)、或者鞭状天线、集成在电路印制板中的天线。

[0130] 第二天线设备702构造成拾取第二同步电信号Ses2并且向接收模块700提供接收到 的电信号Sre。

[0131]图7示出了可以被用来从图5的发送模块203接收信号的接收模块700的例子。这个 接收模块7〇〇包括:接收器载波发生器7〇3 (RX-CARR-G)、接收器频率转换器704、解调器705 (DEM)、接收器同步器模块706 (RX-SINC)、接收扩频码发生器707 (RX-DSSS-G)、接收器乘法 器708以及解码器发生器710 (Dec-Gen)。

[0132] 接收器载波发生器703配置为生成对应的载波信号SCR。而且,接收器载波发生器 703和接收器频率转换器704构造成将接收到的电信号Sre转换为基带信号SBB。作为例子,解 调器705 (DEM)构造成作为FSK解调器或GFSK解调器操作,从而提供解调的信号SDEM。接收器 同步器模块706配置为向接收扩频码发生器707 (RX-DSSS-G)提供同步信号Stt,其中接收扩 频码发生器707和接收器乘法器708—起允许将接收到的信号解扩频,从而获得第二消息 Msg2,其中Msg2是第一消息Msgl的接收版本。解码器发生器710从第二消息Msg2开始产生合 成的第三同步电信号Ssynw3,该电信号代表AC电压的定时信息,诸如周期和相位,并且优选地 是对应于合成的第二同步电信号Ssynw2的方波。解码器发生器710可以构造成执行米用DPPL 的方波合成,如参考图4所描述的。

[0133] 接收模块700连接到检测模块800,或者如图6中所示地通过电缆结构709连接到采 集和分析设备300,其中电缆结构709包括携带合成的第三同步电信号Ssynw3和作为例子的被 用来向接收模块700供应电能的电缆的传输线路。

[0134] 还观察到,发送模块203可以具有另一与接收模块700类似的接收模块,以便作为 例子从局部放电检测装置400接收配置或控制信号。而且,接收模块700还可以具有另一与 发送模块203类似的发送模块,以便向同步信号传感器设备200发送配置或控制信号。

[0135] 回过头来参考图6,将描述局部放电采集装置400的特定实施例。局部放电采集装 置400配置为放在第二电气设备103附近,以便根据无线和不接触的模式接收与由第二电气 设备103发射的局部放电脉冲对应的放电电磁信号Sd。还观察到,可能干扰对应于局部放电 脉冲的电磁信号的检测的电磁噪声信号Sn会在采用局部放电采集装置400的区域中存在。

[0136] 要被检测的放电信号Sd可以是具有包括在0.1MHz到100MHz范围内的频率的电磁 波脉冲。噪声信号Sn通常具有包括在相同范围0.1MHz到100MHz内的频率。

[0137] 根据例子,局部放电检测装置400 (为了简明,下文中也称为“检测装置”)包括第一 天线1和第二天线2,作为例子,它们都安装在共享支撑结构3上。第一天线1配置为接收放电 信号Sd,但也会接收不期望的电磁噪声信号Sn。

[0138] 更具体而言,参考辐射的第一组进入方向,第一天线1构造成示出具有第一一个或 多个值第一有效面积Aeffi。特别地,第一组进入方向对应于放电信号Sd的进入 方向。

[0139] 第二天线2配置为接收在采用局部放电采集装置400的区域中存在的电磁噪声信 号8„。在一些情况下,第二天线2也可以接收放电信号Sd。但是,第二天线2构造成对于所述第 一组进入辐射方向示出具有第二一个或多个值Aeff2-dri的第二有效面积Aeff2,其中值 Aeff2-drl小于第一天线1的所述第一值Aeffl—drl:

[0140] Aeffi-dri>Aeff2-dri (1)

[0141] 特别地,第一值Aeffi-耐至少是第二值Aeff2-drl的十倍。

[0142] 用于第一组进入辐射方向的关系(1)意味着第一天线1比第二天线对放电信号Sd 更灵敏。

[0143] 参考第二组辐射进入方向,第一天线1示出具有第三一个或多个值Aeffi-紀的第一 有效面积Aeffi并且第二天线2示出具有第四一个或多个值Aeff2-dr2的第二有效面积Aeff2。 特别地,第二组进入方向对应于电磁噪声信号sn的进入方向。

[0144] 根据特定实施例,参考第二组进入方向,局部放电检测装置400配置为使得以下关 系对第一和第二天线1和2有效:

[0145] Ae f f 2-r 2 ^ Ae f f l-dr2 ⑵

[0146] 根据关系⑵,第四值Aeff2-dr2等于或大于第三值Aoff卜dr2。特别地,第四值 Aeff2_dr2至少是第三值Aeffpdr2的十倍。用于第二组进入辐射方向的关系(2)意味着第二天 线2与第一天线1相比对电磁噪声信号Sn同等地或者更灵敏。

[0147] 根据第一示例,第一天线1和/或第二天线2是定向天线。特别地,第一天线1和第二 天线2示出不同的三维辐射模式。特别地,局部放电检测装置400以这样一种方式设计,使得 第一天线1可以提供对放电信号Sd的灵敏和准确的检测,因此设计第一天线1以便获得以下 效果,即第一有效面积Aeffi对第一组进入方向示出最大值。

[0148] 而且,局部放电检测装置400以这样一种方式设计,使得第二天线2可以提供对噪 声信号Sn的检测,因此设计第二天线2以便获得以下效果,即第二有效面积Aeff2对第二组进 入方向示出最大值。

[0149] 优选地,第一天线1具有其前/后参数包括在3和30dB之间的方向性;更优选地,前/ 后参数包括在6dB和10dB之间。第二天线2具有其前/后参数比第一天线的前/后参数更大的 方向性,并且优选地,前/后参数包括在10和30dB之间;更优选地,第二天线2的前/后参数包 括在11和20dB之间。

[0150] 作为例子,第一天线1可以是以下天线之一:小贴片天线、环形天线、偶极子和超宽 带天线。可以用作第一天线1的特定球面天线将在下文中描述。

[0151]作为例子,第二天线2可以是贴片天线、环形天线、偶极子、超宽带天线或者类似于 第一天线1的球面天线。根据图6中表示的第一个实施例,部分放电检测装置400还包括具有 通过第一传导性线路5连接到第一天线1的第二输出端子6的第二输入端子4和通过第二传 导性线路8连接到第二天线2的第三输出端子9的第三输入端子7的差值模块600。

[0152] 而且,第一天线1配置为接收放电信号Sd和不想要的噪声信号Sn并且将它们转换成 在第一传导性线路5上可用的第一接收到的电信号Sinl (例如电流)。第二天线2配置为接收 噪声信号Sn还有放电信号Sd的一部分并且将它们转换成在第二传导性线路8上可用的第二 接收到的电信号Sin2 (例如另一电流)。

[0153]图8作为例子示出了第一天线1的第一辐射图RD1和第二天线2的第二辐射图RD2, 在第一天线和第二天线2定位成为检测而操作时可以是这样。特别地,图8示出了第一天线1 的第一辐射模式的垂直部分和第二天线2的第二辐射模式的另一垂直部分。垂直部分是垂 直平面(例如与地表面垂直的平面)与相应模式之间的部分。如对本领域技术人员很清楚 的,天线的辐射图基本上与同一天线的接收图基本相同。根据图8所示的例子,关于参考平 面(例如,与地表面平行),第一图RD1基本上位于第一半空间内,而第二图RD2基本上位于相 对的半空间内。

[0154]特别地,第一天线1的第一辐射模式和第二天线2的第二辐射模式基本上不彼此重 叠,并且特别地,第一天线1对于位于第一半空间内的进入方向(朝着预期的局部放电源取 向)示出接收增益的最大值。第二天线2对于位于与第一半空间相对的第二半空间内的进入 方向示出接收增益的最大值。

[0155]优选地,第一天线1作为例子布置在支撑结构3上,从而让第一辐射模式的接收功 率的至少90%包括在第一半空间内,并且第二天线2作为例子布置在支撑结构3上,从而让 第二辐射模式的接收功率的至少90%包括在与第一半空间相对的第二半空间内。作为例 子,第一天线1和第二天线2都示出20dB的前/后参数,并且特别地,它们在不同的、并且优选 地是相反的方向中取向。

[0156]图1的差值模块600配置为生成差值输出信号S—t,该信号代表第一接收到的电信 号SinjP第二接收到的电信号sin2之间的差值。差值模块600具有用于差值输出信号Scmt的第 四输出端子10。

[0157]根据图9中所示的例子,差值模块600可以包括有源电子设备,诸如运算放大器11 或者另一种类型的适于生成差值输出信号S〇ut的分立电子有源部件。下文中将描述采用运 算放大器11的差值模块600的特定实施例。

[0158]根据图10中所示的另一个例子,差值模块600可以包括适于生成差值输出信号S〇ut 的无源电子设备,诸如电力变压器12。电力变压器12是高频变压器。根据图10中所示的例 子,处于中心抽头配置的高频变压器12包括具有适于分别接收第一接收到的电信号S—和 第二接收到的电信号5^2的两个端子的第一绕组13以及连接到电气接地端子GND的中心端 子15。高频变压器12的第二绕组14与第一绕组13相互耦合并且具有用于差值输出信号 的差值信号端子40和连接到电气地的接地端子GND。

[0159] 根据另一实施例,参考差值模块600,它还可以构造成合适地处理第一接收到的电 信号SinjP第二接收到的电信号Sin2,并且因此它还可以包括放在运算放大器11或电气变压 器12前面的高通滤波模块和可选的均衡模块。

[0160]图11参考在采用运算放大器11的情况下的差值模块600的例子。差值模块600包括 具有连接到第二输入端子4的相应输入的第一高通滤波模块19。作为例子,第一高通滤波模 块19可以包括与第三电阻器R3串联连接的第三电容器C3。高通滤波模块19的输出连接到可 选的第一均衡模块20,其中模块20还经第三节点25连接到运算放大器11的非倒相端子“+”。 第三节点25连接到还连接到接地端子GND的另一电阻器R。

[0161]图11的差值模块600还包括具有连接到第三输入端子7的相应输入的第二高通滤 波模块21。作为例子,第二高通滤波模块21可以包括与第四电阻器R4串联连接的第四电容 器C4。第一和第二高通滤波模块19和21构造成对由第一天线1和第二天线2接收到的并且与 在较低的频率分别来自第一和第二接收到的电信号SindPSin2的第二同步电磁信号SES2对应 的信号进行滤波。

[0162] 第二高通滤波模块21的输出连接到还经第四节点26连接到运算放大器11的倒相 端子的可选的第二均衡模块22。运算放大器11具有:用于供电电压VI的第二供电端子 32、连接到接地端子GND的第三供电端子33以及用于差值输出信号Scun的第五输出端子24, 其中S〇ut可以是输出电压Venn。第五输出端子24通过输出电阻器连接到第四输出端子1〇。

[0163] 输出电压Vout由施加到非倒相端子“+’’和倒相端子的电压差乘以运算放大器11 的增益因子A。。给出。特别地,运算放大器11配置为示出至少包括第一天线1的带宽(诸如像 范围从0• 1MHz到100MHz的带宽)的带宽。运算放大器11可以包括一个或多个差分放大器,每 个差分放大器都通过差分配置中的晶体管对来实现。多个放大级可以包括在运算放大器11 中,以达到希望的放大器增益。第三电阻器R3、第四电阻器R4和反馈电阻器Rf示出相应的电 阻值,这些值可以被选择,以设计运算放大器11的增益因子Aop并分别匹配第一天线1和第二 天线2的阻抗。

[0164] 根据特定的实施例,运算放大器11处于非倒相负反馈配置中并且反馈电阻器心连 接在第五输出端子24和第四节点26之间,第四节点26又连接到倒相端子负反馈配置允 许获得差值模块600的可预测行为。第一均衡器20和第二均衡器21可以被用来补偿第一天 线1和第二天线2的频率响应的可能的差值。

[0165] 在操作中,第一天线丨与第二天线2同时被采用。第一天线1根据其有效面积图拾取 放电信号Sd、噪声信号8„贡献和供电电磁信号Ssup并且生成第一接收到的电信号Sinl。第二天 线2根据相应的有效面积图拾取噪声信号3„和放电信号Sd的部分并且生成第二接收到的电 信号Sin2。第二天线2也可以拾取供电电磁信号Ssup。

[0166] 第一接收到的电信号Sinl和第二接收到的电信号Sin2馈送到差值模块600。参考例 如图11的实施例,第一接收到的电信号SinjP第二接收到的电信号Sin2分别被第一高通滤波 模块19和第二高通滤波模块21滤波。可选的第一和第二均衡模块20和22对第一接收到的电 信号SinjP第二接收到的电信号Sin2作用,以均衡第一和第二天线1和2的频率响应差值并且 获得第一输入信号&amp;和第二输入信号S2。

[0167] 值得注意的是,由于以上所描述的关于第一天线1和第二天线2的有效面积的条 件,第一输入信号31携带比第二输入信号S2所携带放电信号Sd贡献更大的放电信号Sd贡献, 其中第二输入信号S2基本上代表噪声3„贡献。

[0168] 第一输入信号Si馈送到运算放大器11的非倒相端子“+”并且第二输入信号S2馈送 到其倒相端子“-”。运算放大器11执行第一输入信号Si与第二输入信号&amp;之间的差值,以生 成输出差值信号S〇ut,其中噪声贡献被减小或者基本上去除。运算放大器11允许从第一输入 信号Si减去在第二输入信号S2中存在的噪声贡献。

[0169] 据观察,根据另一实施例,局部放电检测装置400不包括第二天线和差值模块600, 因为不执行噪声信号Sn的检测。

[0170] 特别地,图12示意性地示出了检测模块800的例子,作为图11所示检测模块的另 选,并且包括局部放电分支,其中局部放电分支包括具有连接到第二输出端子6的输入和连 接到第一放大器802的输出的带通滤波器801 (B-P),其中第一放大器802具有连接到第三输 出端子10的相应输出端子。

[0171] 带通滤波器801设计成将在天线1处接收到的另一检测到的同步信号SsynW第一接 收到的电信号Sinl解耦合。第一放大器802可以是高增益和高阻抗的放大器。在这种情况下, 在图12中用符号指示第一接收到的电信号Sinl的放大和滤波的版本。

[0172] 图12的检测模块800还包括同步分支,该同步分支包括连接在第一天线1和第二放 大器804之间的低通滤波器803 (作为例子,在1kHz的频率)。低通滤波器S03允许滤波第一接 收到的电信号Sinl并且向第二放大器804发送另一检测到的同步信号Ssyn。第二放大器S04可 以是高增益且高阻抗的放大器。可以提供配置为执行噪声滤波的可选的另一低通滤波器 805,以便向采集和分析设备300产生处理后的同步信号35^1。另一检测到的同步信号Ssyn和 检测到的处理后的同步信号Swav具有基本上正弦趋势。

[0173] 采集和分析设备300可以包括在还包含局部放电检测装置400的外罩中或者可以 包括在单独的外罩中。图13示意性地示出了采集和分析设备300的实施例,包括可选的宽带 可编程放大器71,该放大器71具有连接到检测模块800的第三输出端子10的输入和连接到 另一模数转换器72 (ADC)的相应输出。采集和分析设备300还包括诸如现场可编程门阵列 (FPGA)的控制模块73,该模块构造成控制宽带可编程放大器71并且从另一模数转换器72接 收数据。宽带可编程放大器71可以编程为通过由控制模块73提供的偏移量信号Soff和增益 信号Sga赋予差值输出信号Sc^域者图12的输出信号Scmt)偏移量值和放大增益值,从而产生 经放大的输出信号Sa()Ut。

[0174] 作为例子,宽带可编程放大器71允许从大约-5dB到+40dB的连续增益变化。另一模 数转换器72构造成被控制模块73生成的时钟信号CK同步并且生成要发送到控制模块73的 转换后的数据DTA。作为例子,另一模数转换器72能够以8位的分辨率每秒转换250兆样本。 这种采样频率允许以4ns的时间分辨率采集差值电信号S〇ut。据观察,大部分局部放电脉冲 通常都比0.5us长,采集和分析设备300允许采集脉冲波形并且利用包括在100和200个之间 的多个样本来表示脉冲波形。

[0175] 采集和分析设备300还具有用于离开接收模块700的合成的第三同步电信号Ssynw3 的第一输入端口301和用于离开另一低通滤波器805 (如果提供的话)的处理后的同步信号 Swavi的第二输入端口 302。开关303构造成选择性地将第一输入端口 301或第二输入端口 302 连接到触发设备304 (诸如Schmitt触发器)的输入。Schmitt触发器304构造成提供方波信号 Ssynw并且因此它允许修改通常具有正弦波形的处理后的同步信号Swavl。但是,Schmitt触发 器304基本上不改变示出方波波形的合成的第三同步电信号Ssynw3。

[0176] 特别地,控制模块73包括诸如微处理器的处理单元74 (PU)、诸如RAM (随机存取存 储器)的存储器75 〇〇和同步逻辑模块76 (SINL)。更特别地,存储器75可以是环形缓冲区。处 理单元74连接到提供时钟信号的定时模块87 (TM)。

[0177] 同步逻辑模块76配置为接收方波信号Ssynw并且从其提取所携带的定时信息,诸如 AC电压的周期和相位,并且将这些信息传送到处理单元74。

[0178] 为了考虑并补偿与在同步信号传感器设备200和局部放电检测装置400之间建立 的无线通信链路相关联的确定性传输延迟,方波信号Ssynw可以偏移指定的相位角;方波信 号Ssynw的这种相移可以由同步逻辑模块76或者由处理单元74对如从方波信号Ssynw提取出的 相位参数执行。

[0179] 而且,输入/输出端口 77允许将由处理单元74生成的输出命令Comm以偏移量信号 Sf和增益信号Sga的形式传送到宽带可编程放大器71。控制模块73还具有触发器模块78 (TRLM)和配置为在处理单元74的控制下生成在存储器75中写新数据和读取存储在存储器 75中的数据必需的地址的地址生成模块79 (ADD-GEN)。

[0180] 触发器模块78配置为,只对离开宽带可编程放大器71的放大的输出信号S_t的选 定的值——诸如像只对振幅(即绝对值)大于阈值水平的正或负脉冲,触发对放大的输出信 号Sa_的样本的存储。触发器逻辑模块78可以是包括一个或多个比较器的逻辑模块,以比 较由模数转换器提供的样本的值与一个或多个阈值。

[0181] 而且,控制模块73包括主控接口模块8〇 (INTF),从而允许数据传送到配置为通过 有线或无线连接线路BD与另一处理器82 (作为例子,在采集系统500外部)交换数据/命令的 收发器81 (TR),诸如像USB/以太网收发器。外部处理器配置为执行处理对所接收数据的分 析,从而允许例如放电脉冲行为在显示器上的表示或者用于后续处理和咨询的存储。特别 地,另一处理器82允许显示和分析局部放电脉冲波形和参数,其可以是通过使用合成的第 三同步电信号Ssy™3被相位参考并且根据确定性传输延迟被适当补偿的。

[0182] 控制模块73还可以具有连接到处理单元了4的提取模块83 (例如,协处理器C0-P), 该提取模块配置为执行提取,特别是脉冲特征从存储在存储器79中的数据的实时提取。由 协处理器提取的可能脉冲特征的例子是:峰值和极性、相位、能量、持续时间和Weibull参数 的粗略估计。

[0183] 还参考图15,在操作中,同步信号传感器设备200可以放在第一电气设备101附近, 以便通过使用电容性传感器205、磁传感器206和光传感器2〇7当中的一个传感器来远程检 测第一电磁信号SeS1,从而生成第一同步电信号Ssynl。处理模块250滤波并放大第一同步电 信号Ssynl从而生成处理后的同步电信号SsynlAF。提取模块251提取由第一同步电信号Ssynl携 带的定时信息并且将第二同步电信号Ssyn2或合成的第二同步电信号Ssynw2发送到发送模块 203。

[0184] 作为例子,发送模块203处理合成的第二同步电信号Ssynw2,从而福射传输电信号 Ste 〇

[0185] 局部放电采集装置400的接收模块700接收电信号Ste并且执行接收处理,从而提供 要馈送到采集和分析设备300的合成的第三同步电信号Ssynw3。

[0186] 而且,局部放电采集装置400检测局部放电信号Sd,并且,如果采用图6的实施例, 则提供差值输出信号Sc>ut,如果采用图12的实施例,则提供输出信号S〇ut。接着,代表所检测 到的局部放电信号Sd的(差值)输出信号S〇ut供应给采集和分析设备300。参考采集和分析设 备300的操作,控制模块73执行配置步骤和采集步骤。在配置步骤中,建立采集参数,诸如宽 带可编程放大器71的增益、触发器逻辑模块78的阈值以及开关303的选择位置。而且,在配 置步骤中,由无线通信链路生成的为正的时间偏移量的传输延迟被测量并存储。

[0187] 在采集步骤中,处理单元74、触发器逻辑模块78和地址生成模块79管理对应于差 值输出信号S〇ut的数据在存储器75中的存储。当触发器逻辑模块78检测到触发器事件时(作 为例子,由模数转换器72提供的样本值高于阈值),停止更多数据的采集。处理单元74从同 步逻辑模块76和定时模块87收集定时信息并且将对应的定时信息连同存储在存储器75中 的对应于所采集的输出信号S™t的数据一起发送到外部处理器82。

[0188]局部放电采集装置400还可以包括一个或多个电池,用于给上述模块供应电压。 [0189]图14A和14B示出了图6的局部放电采集系统400的优选实施例的两个不同视图(没 有示出接收模块700),其由本申请人实现并且包括第一天线1、第二天线2和支撑结构3的特 定实施例。更具体而言,第一天线1是定向天线,并且特别地为包括第一天线导体90和充当 地平面的平面导体91的宽带非共振天线。第一天线导体90相对于平面导体91电隔离并且它 们操作第一天线1的极子。特别地,第一天线导体90是球面形状并且包括导电材料的中空的 球,导电材料诸如像金属或聚合物材料。作为例子,球面形状的第一天线导体90示出了包括 在3和30cm之间、优选地包括在5和20cm之间的直径。

[0190]第一天线导体90由固定在支撑结构3上的绝缘支撑93支撑,根据所产生的例子,支 撑结构3是包括与差值模块600及采集和分析设备300对应的电子电路的印制电路板(PCB)。 地平面91放在支撑结构3的面向天线导体90的第一侧上并且实现为金属层压板。

[0191]根据所产生的例子,第二天线2包括相应的地平面以及第二天线导体94,该相应的 地平面可以是与第一天线1相同的地平面91。第二天线导体94是带电的小天线,设计成获得 与第一天线导体9〇相似的电特性并且在感兴趣的频带中是非共振的。特别地,第二天线导 体94可以是小的偶极子、环形或螺旋形天线。在图9A和9B所表示的实施例中,第二天线导体 M是在支撑结构3的与第一侧相对的第二侧中实现的贴片天线。根据例子,贴片天线94实现 为覆盖支撑结构3的1 /4和1 /2之间的铜区域,该铜区域还充当印制电路板3——当1.6mm厚 的FR4层压板用来制作印制电路板3时。这提供了与第一天线导体⑽相似的电特性。印制电 路板3在两侧都具有电气端子,以接触第一天线导体90和第二天线导体94。

[0192]图14A和14B中所示的实施例允许非常紧凑和健壮的实现,确保适当的互补辐射模 式并且它不影响第一天线导体9〇的频率响应,从而不使接收到的局部放电脉冲Sd失真。由 于地平面91的存在,第一天线1和第二天线2的辐射模式是定向的,如图4中所绘出的,从而 朝着相对的半空间延伸。这分别为第一天线1和第二天线2的环境噪声Sn以及为局部放电信 号Sd提供暴露和灵敏性,这示出了良好的性能。

[0193] 根据更多实施例,第一天线导体9〇还可以具有另一二维或三维形状,诸如平面形 状,例如:三角形形状、尖角形状或者盘形状。第一天线导体90可以与专利申请W0-A-2009-150627中所描述的天线类似。

[0194] 参考局部放电检测装置400的另一实施例,第一天线1和/或第二天线2可以在便携 式外壳701的外部,该外壳包括局部放电检测装置400,并且第一天线1和/或第二天线2分别 通过是对应电缆的第一连接线路5和第二连接线路9连接到差值模块600。根据这个实施例, 第一天线1和第二天线2当中至少一个优选地是定向天线。

[0195] 优选地,第一天线1容纳在包括局部放电检测装置400的外壳中,如图1中所绘出 的,而第二天线2在局部放电检测装置400的外部并且可以被移动以便合适地取向。根据这 种优选实施例,第二天线2是定向天线,作为例子,其具有图8中所示的第二福射图RD2。

[0196] 根据这种优选实施例,局部放电检测装置400定位成使第一天线1朝着电气对象 100取向,以便接收局部放电信号Sd,从而示出用于局部放电信号Sd的进入方向的第一接收 有效面积。

[0197] 可移动的第二天线2取向成使得接收电磁噪声信号5„并且示出用于局部放电信号 Sd的进入方向的第二接收有效面积,这个面积小于所述第一接收有效面积。第一天线1取向 成比第二天线2对局部放电信号Sd更灵敏。第二天线2取向成比第一天线1对电磁噪声信号8„ 更灵敏。移动第二天线2的可能性允许,与由第一天线1接收的局部放电信号Sd的功率量相 比,减小由第二天线2接收的局部放电信号Sd的功率量。由第一天线1和第二天线2生成的电 信号的处理与以上参考图6的局部放电检测装置400所描述的类似。

[0198] 根据局部放电检测系统500的另一个实施例,与同步信号传感器设备200类似的多 个同步信号传感器设备和与局部放电检测装置400类似的多个局部放电检测装置可以配置 为作为网状网络操作。特别地,每个同步信号传感器设备200和每个局部放电检测装置400 构造成是适于不仅捕捉并散布其自己检测到的数据而且还充当用于其它节点的中继的网 络节点,从而在网络中协作以传播与同步信号相关的信号。

[0199] 与网状网络的节点对关联的传输延迟的值,还包括传输延迟,可以在网络配置步 骤中被评估,并且这些被评估的值可以被适当地用来时移在端点节点接收到的同步信号。

[0200] 值得注意的是,与在同步信号传感器设备200和局部放电检测装置400之间建立的 通信链路关联的确定性传输延迟示出了允许获得在分析和显示局部放电信号中使用的可 靠同步信息的优点。

[0201]还观察到,同步信号传感器设备2〇0不需要连接到电气对象101并且从局部放电检 测装置400完全自治:这示出了不需要切断向电气对象101供电的第一电缆的优点。

[0202]而且,对操作人员获得了非常高程度的安全性,因为不存在操作人员与所测试的 第二电气设备103和与同步信号传感器设备200的流电(galvanic)连接。

[0203] 局部放电采集系统500允许操作人员在难以或者不可能利用常规技术获得适当同 步信号的地方(部件、车间的部分(Part of a plant)或者长电缆接头)执行测量。此外,即 使在电容性耦合器在测试区域中不存在时,同步信号传感器设备200也能够感测AC电压,从 而允许获得具有与通过已知传感器(当没有电容性耦合器存在时所传统使用的传感器)获 得的信号相比减小的或者不存在相位误差的信号,其中己知传感器示出依赖于线路负载的 相位。

Claims (19)

1.一种局部放电采集系统(500),包括: _同步信号传感器设备(200),包括: 传感器模块(202),构造成远程检测由与电气对象(101)操作相关联的交流电压生成的 第一同步电磁信号(SES1)并且提供对应的第一检测到的电信号(Ssynl);所述第一同步电磁 信号(Sesi)与所述交流电压同步; 发送设备(203,204),构造成辐射与所述第一检测到的电信号(Ssynl)相关的第二同步电 磁信号(SES2); -局部放电检测装置(400),包括: 接收设备(700),构造成接收所述第二同步电磁信号(SEs2)并且生成对应的接收到的电 信号(Ssynw3),该电信号代表所述交流电压的至少定时参数;接收设备(700)和发送设备 (203,204)配置为建立定义确定性传输延迟的无线通信链路。
2. 如权利要求1所述的局部放电采集系统,其中接收设备(700)和发送设备(203,204) 构造成使得所述无线通信链路是以下链路之一:无线电链路、红外链路。
3. 如权利要求2所述的局部放电采集系统,其中接收设备(700)和发送设备(203,204) 构造成使得所述无线通信链路是短距离链路。
4.如权利要求3所述的局部放电采集系统,其中接收设备(700)和发送设备(203,204) 构造成使得所述短距离链路基于以下技术之一:WiFi技术、ZigBee技术、蓝牙技术。
5.如权利要求3所述的局部放电采集系统,其中接收设备(700)和发送设备(203,204) 构造成使得所述无线通信链路在頂S即工业科学和医疗频带内操作。
6.如权利要求1所述的局部放电采集系统,其中接收设备(700)和发送设备(203,204) 构造成使得所述无线通信链路基于以下无线电链路之一:振幅调制AM无线电链路、频率调 制FM无线电链路、短波SW无线电链路。
7. 如权利要求1所述的局部放电采集系统,其中接收设备(700)和发送设备(203,204) 构造成使得确定性传输延迟包括低于100ns的等待时间。
8. 如权利要求1所述的局部放电采集系统,其中接收设备(700)和发送设备(203,204) 构造成使得所述无线通信链路基于采用实时和非缓冲流的连续通量传输。
9. 如权利要求1所述的局部放电采集系统,其中接收设备(700)和发送设备(203,204) 配置为根据扩频码技术并根据频移键控调制来操作。
10. 如权利要求1所述的局部放电采集系统,还包括: -另一同步信号传感器设备,包括: 另一传感器模块,构造成远程检测由与另一电气对象操作相关联的另一交流电压生成 的另一第一同步电磁信号(SES1)并且提供对应的另一第一检测到的电信号(Ssynl); 第一发送-接收设备,构造成辐射与所述另一第一检测到的电信号(Ssynl)相关的另一第 二同步电磁信号(SES2); -另一局部放电检测装置,包括: 第二发送-接收设备,构造成接收所述另一第二同步电磁信号(Ses2)并且生成对应的另 一接收到的电信号(sre),该电信号代表所述另一交流电压的至少另一定时参数; 其中所述第一发送-接收设备和所述第二发送-接收设备当中至少一个配置为作为网 状网络的中间节点操作,该网状网络还包括发送设备和接收设备,以建立发送和接收所述 第二同步电磁信号(SES2)的所述无线通信链路。
11. 如权利要求1所述的局部放电采集系统,其中所述局部放电检测装(400)置还包括: 控制模块(73),构造成在检测系统的配置步骤中评估所述确定性传输延迟; 处理单元(74),构造成使接收到的电信号(Ssynw3)的相位移动经评估的确定性传输延 迟,从而产生被移动的接收到的电信号。
12. 如权利要求11所述的局部放电采集系统,其中所述局部放电检测装置包括: 检测模块(800),配置为接收与电气部件的局部放电相关联的电磁信号(Sd)并且生成第 一放电电信号(Sout); 数模转换器(72),构造成从所述第一放电电信号(Sout)产生代表电磁信号(Sd)的对应的 多个样本; 存储器(75),配置为存储所述多个样本中的被选样本; 显示设备(82),配置为显示对应于所述被选样本并且与被移动的接收的电信号同步的 放电趋势。
13. 如权利要求1所述的局部放电采集系统,其中所述发送设备(203,204)具有: 提取模块(251),配置为提取由第一检测到的电信号(Ssynl)携带的定时参数并且基于所 述第一检测到的电信号(Ssynl)生成合成信号(Ssynw2)。
14. 如权利要求13所述的局部放电采集系统,其中所述提取模块(251)包括: 测量模块(261),用于测量所述定时参数; 生成模块(263),从所述定时参数合成具有方波形状的合成信号(Ssynw2)。
15. 如权利要求14所述的局部放电采集系统,其中所述发送设备(203,204)还包括: 消息发生器,配置为在合成信号(Ssy™2)的每个上升边缘生成消息。
16. 如权利要求1所述的局部放电采集系统,其中所述传感器模块(202)还包括: 传感器模块输出(213); 第一传感器设备(205),构造成远程检测第一同步电磁信号(SES1)并且在第一输出 (209) 上提供对应的第一电压信号(Svi); 至少第二传感器设备(206),构造成远程检测第一同步电磁信号(SES1)并且在第二输出 (210) 上提供第二电压信号(Sv2); 选择模块(208),通过选择性地将第一输出(209)和第二输出(210)连接到所述传感器 模块输出(213),选择第一传感器设备或者至少第二传感器设备。
17. 如权利要求16所述的局部放电采集系统,其中所述第一传感器设备包括以下传感 器当中至少一个:电容性传感器(205)、磁传感器(206)和光传感器(207)。
18. 如权利要求17所述的局部放电采集系统,其中光传感器(207)配置为拾取由交流电 压馈送的光源所生成的发光信号并且在第三输出(212)上生成第三电压信号(SV3)。
19. 一种局部放电采集方法,包括: 远程检测由与电气对象(101)操作相关联的交流电压生成的第一同步电磁信号(SES1) 并且提供对应的第一检测到的电信号(Ssynl);所述第一同步电磁信号(SES1)与所述交流电 压同步; 提供配置为处理所述第一检测到的电信号(Ssynl)的发送设备(203,204); 由发送设备辐射与所述第一检测到的电信号(Ssynl)相关的第二同步电磁信号(SES2); 提供包括接收设备(700)的局部放电检测装置(400) ; ^ 在接收设备(7〇〇)和发送设备(203,204)之间建立与确定性传鈿延迟相夫联的无线L 信链路; 在所述接收设备(7〇〇)接收第二同步电磁信号(SES2)并且生成对应的接收到的电信号 (Ssynw3),该电信号代表所述交流电压的至少定时参数。
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