CN104849626A - 一种高压电力设备的工频信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种高压电力设备的工频信号采集装置，包括：耦合传感器、信号处理电路、高速比较电路、数字信号处理电路和电源电路组成。所述的耦合传感器的输出连接到所述的信号处理电路，所述的信号处理电路的输出连接到所述的高速比较电路，所述的高速比较电路的输出连接到所述的数字信号处理电路，所述的电源电路分别连接到信号处理电路、高速比较电路和数字信号处理电路。本发明提供的采集装置实现的工频信号采集的动态范围大于80db，相位分辨率小于0.0018度，时间分辨率小于100纳秒。本发明主要应用于高压电力设备的局部放电测量时的精确工频相位信号的采集和局部放电的位置的定位。

Description

一种高压电力设备的工频信号采集装置

技术领域

本发明专利涉及一种工频信号的采集装置，具体是指在高压电力设备的局部放电检测时的工频信号的采集装置，属检测技术领域。

背景技术

随着国家发展需求，电力电网的运营安全的要求越来越高，对于电力设备的安全保障和自动化要求越来越高，而交联聚乙烯电缆作为城区内的电力骨干网的重要组成部分，对其性能的状态检测要求加强，因此对电缆的局部放电信号的放电量、放电类型和位置定位的要求也在提高。

在局部放电检测时，由于对放电类型、放电位置和放电量的检测要求，对单次放电时所处的工频信号的检测精度有着比较高的要求，因此在局部放电检测时，都需要同时对被测电缆中传输的工频信号进行检测，工频信号的分辨率和精度越高，则对高压电力设备的局部放电检测时的放电类型的识别和放电位置的确认有更好的效果。

本发明专利提供一种在高压电力设备中提取工频信号的采集装置，该装置可在不破坏设备本体的方式和影响电路运行安全的情况下进行施工和检测，该方法能有效提高工频信号的输入幅值范围和相位分辨率，提高局部放电检测的灵敏度和放电位置定位的准确度，减少外部环境和周围干扰信号对工频信号采集的影响。

提高工频信号的相位采集的分辨率和精度将具有非常重要的意义，因为在同一套电力设备中，需要通过不同的局部放电检测装置对同一局部放电点进行检测，而通过高分辨率的工频同步信号的相位信息，能够通过对比多个局部放电检测装置对同一个局部放电的放电相位的关系，确认该局部放电距离多个局部放电检测装置的距离关系，从而能够确认局部放电在高压电力设备中的放电位置信息。

专利内容

本发明专利可有效克服在高压电力设备中的局部放电的工频信号的相位检测精度低和局部放电位置定位不精确的不足之处，提供一种可有效提取高压电力设备的工频信号的装置。

本发明专利的上述目的是通过如下技术方案实行的：

本发明专利所述的耦合传感器，其工作原理为利用电磁耦合方式的罗戈夫斯基(Rogowski)线圈，其结构包括开口软体空心线圈、卡扣和同轴电缆输出线。利用所述的耦合互感器套接在高压电缆上，高压电力设备的本体为一次线圈，罗氏开口软体空心线圈为二次线圈。

本发明专利所述的信号处理电路主要由两级高速精密运算放大器，模拟开关，精密电阻组成，前级运算放大器采用反相比例放大电路，耦合传感器通过精密采样电阻连接到前级运算放大器的反相输入端通，前级运算放大器的输出端连接耦合电容的一端，耦合电容另一端连接到泄流电阻和后级运算放大器的同相输入端，后级运算放大器的反相输入端接模拟开关输出，模拟开关输入接精密电阻，精密电阻接后级运算放大器输出端，模拟开关由可编程逻辑器件进行控制，工频电压信号处理电路的动态范围大于80db。

本发明专利所述的高速比较电路为双极性电源供电，误差电压小于5mV，轨至轨输出的比较电路及其附属电路组成，

本发明专利所述的数字信号处理电路由高速时钟电路和可编程逻辑器件组成，其中高速时钟电路和可编程逻辑器件的运行频率为100MHz，完成对本发明专利所述的信号处理电路的模拟开关接口增益控制和高速比较电路的输出的CMOS3.3V电平的数字信号进行采集。

本发明专利所述的电源电路前级采用交流转直流的开关电源电路，将高压电力设备可提供的交流220V电源转换为直流+5V电源，同时采用电荷泵芯片的电源电路将直流+5V转换为直流-5V电源，从而形成正负双极性直流电源给信号处理电路和高速比较电路进行供电。

通过本发明专利所实现的工频信号采集的过零点的相位分辨率小于0.0018度，时间分辨率小于100纳秒。

本发明专利可解决在不破坏高压电力设备的本体结构和运行安全的情况下，提取工频信号给局部放电检测设备作为同步相位信号使用。以耦合传感器为前端信号感应设备，具备可快速拆装，无二次开路高压危险的优点，而其后端的电路设计合理高效，当高压电力设备处于不同负载情况下时能够动态调整内部增益关系，使其能够自适应高压电力设备在不同负载情况下的工频信号的采集，运用该装置，给高压电力设备的局部放电测量的同步相位信号的采集提供了一种合理途径，并能够提高在高压电力设备中的局部放电检测系统的局部放电位置的定位能力。

附图说明

图1是本发明专利的原理框图；

图中各标号为：1、耦合传感器；2、信号处理电路；3、高速比较电路；4、数字信号处理电路；5、电源电路。

图2是本发明专利的电路示意图；

图中各标号为：U1、+5V电源电路；U2、第一运算放大器；U3、-5V电源电路；U2、第二运算放大器；U3、4选1选通开关；U4、高速比较电路；U5、数字信号处理电路；C1、隔直电容；R1、电流采样电阻；R2、电流反馈电阻；R3、泄流电阻；R4～R7、档位电阻；R8、电压反馈电阻。

具体实施方式

参见图1，本专利所述的工频信号采集装置由耦合传感器、信号处理电路、高速比较电路和数字信号处理电路组成。所述的耦合传感器输出连接到所述的信号处理电路，所述的信号处理电路输出连接到高速比较电路，所述的高速比较电路连接到数字信号处理电路，所述的电源电路在电路板中分别连接到信号处理电路、高速比较电路和数字信号处理电路。

参见图2，U1为+5V开关电源芯片，其输入为交流220V电源，输出为电路提供+5V电源，U3为电荷泵芯片，其输入为+5V电源，输出为-5V电源，S1为耦合传感器，S1的输出连接到信号处理电路的输入端口，其中U2为运算放大器，R1为采样电阻，R2为U2的反馈电阻，C2为高通隔直电容，R3为泄放电阻，U4为运算放大器，R4至R7为量程档位电阻，R8为U4的反馈电阻，SW1为多路模拟选通开关，U5为高速比较电路，U6为数字信号处理电路，当输入信号变化时，U2的输出信号超过范围，U6调整SW1的选通位置，使高速比较电路的输入电压范围在转换电压要求范围内。

数字信号处理电路使用100Mhz的时钟电路提供的时钟源，再根据选通的模拟开关的位置和高速比较电路输出的数字信号，将采集到工频信号的过零点的位置和同步波形的频率值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明专利的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明专利进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明专利各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种高压电力设备的工频信号采集装置，用于高压电力设备的局部放电测量时的工频信号的采集，其特征在于：1)耦合传感器，其用途是检测高压电力设备中的工频信号，2)信号处理电路，其用途是连接特征1所述的传感器检测的信号进行转换和放大的处理，3)高速比较电路，其用途是将所述特征2所输出的信号进行比较过零时刻后输出数字脉冲波形，4)数字信号处理电路，其用途是接收特征3所输出的数字脉冲波形并计算出高压电力设备的工频信号的频率值和相位值，5)电源电路，其用途是给信号处理电路和高速比较电路提供正负双路电源，并提供正电源给数字信号处理电路。

2.根据权利要求1所述的高压电力设备的工频信号采集装置，其特征为：所述的耦合传感器采用开口型的电磁耦合方式的电流互感器。

3.根据权利要求1所述的高压电力设备的工频信号采集装置，其特征为：所述的电源电路为+5V和-5V输出的直流双极性电源电路。

4.根据权利要求1所述的高压电力设备的工频信号采集装置，其特征为：所述的信号处理电路前级采用反相比例放大电路，后级采用增益系数可调整的同相比例放大电路，其增益电路的动态范围大于80db。

5.根据权利要求1所述的高压电力设备的工频信号采集装置，其特征为：高速比较电路采用双电源供电，误差电压小于5mV，轨至轨输出的过零比较电路，比较电路的输出信号为CMOS3.3V电平的数字信号。

6.根据权利要求1所述的高压电力设备的工频信号采集装置，其特征为：数字信号处理电路由100Mhz的时钟电路和可编程逻辑器件组成。

7.根据权利要求1所述的高压电力设备的工频信号采集装置，本专利实现工频信号采集的相位分辨率小于0.0018度，时间分辨率小于100纳秒。

8.根据权利要求2-6任一项所述的高压电力设备的工频信号采集装置，其应用用途为高压电力设备的局部放电检测时的工频相位信号的采集和局部放电点的位置定位。