CN104865511A - 局部放电检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部放电检测装置。其中，该局部放电检测装置包括：传感器组件，包含多个不同工作频段的传感器，用于获取多个处于不同频段的局部放电信号；放大滤波电路组件，与传感器组件相连接，包含多个不同工作频段的放大滤波电路，用于对多个处于不同频段的局部放电信号进行放大滤波；采集电路，与放大滤波电路组件相连接，具有多个同步采集通道，用于对放大滤波后的多个处于不同频段的局部放电信号进行同步采集，得到多个处于不同频段的局部放电输出信号；以及控制器，与采集电路相连接，用于对多个处于不同频段的局部放电输出信号进行分析处理。本发明解决了由于现场干扰的不确定性造成的局部放电检测结果不准确的技术问题。

Description

局部放电检测装置

技术领域

本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种局部放电检测装置。

背景技术

局部放电是表征高压电气设备绝缘性能的重要参数，也是发生绝缘故障较为有效的先兆信息。通过对局部放电进行检测，可以避免事故的发生，并且可为设备的状态检测提供检修依据，因此局部放电的检测一直受到广泛关注。常见的局部放电检测方法包括高频电流法、特高频法、超声波法或者地点波法。局部放电的检测经常会受到干扰的影响，但局部放电信号的频谱特征和干扰噪声有所不同，上述常用的局部放电检测方法各自具有其传感器响应的工作频段，但外部干扰依据噪声来源往往只分布在某些固定的频段，由于现场干扰的不确定性，容易致使上述常用的局部放电检测方法失效，降低了局部放电检测结果准确度。

针对由于现场干扰的不确定性造成的局部放电检测结果不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种局部放电检测装置，以至少解决由于现场干扰的不确定性造成的局部放电检测结果不准确的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种局部放电检测装置，包括：传感器组件，传感器组件中包含多个不同工作频段的传感器，用于获取多个处于不同频段的局部放电信号；放大滤波电路组件，与传感器组件相连接，放大滤波电路组件中包含多个不同工作频段的放大滤波电路，用于对多个处于不同频段的局部放电信号进行放大滤波；采集电路，与放大滤波电路组件相连接，具有多个同步采集通道，用于对放大滤波后的多个处于不同频段的局部放电信号进行同步采集，得到多个处于不同频段的局部放电输出信号；以及控制器，与采集电路相连接，用于对多个处于不同频段的局部放电输出信号进行分析处理。

进一步地，传感器组件包括以下至少任意一种传感器：高频传感器，用于采集高频局部放电信号；特高频传感器，用于采集特高频局部放电信号；超声波传感器，用于采集超声波局部放电信号；以及地电波传感器，用于采集地电波局部放电信号。

进一步地，放大滤波电路组件包括以下至少任意一种电路：高频放大滤波电路，与高频传感器的输出端相连接，用于对高频局部放电信号进行放大滤波；特高频放大滤波电路，与特高频传感器的输出端相连接，用于对特高频局部放电信号进行放大滤波；超声波放大滤波电路，与超声波传感器的输出端相连接，用于对超声波局部放电信号进行放大滤波；以及地电波放大滤波电路，与地电波传感器的输出端相连接，用于对地电波局部放电信号进行放大滤波。

进一步地，多个同步采集通道包括第一采集通道、第二采集通道、第三采集通道以及第四采集通道，其中：第一采集通道，与高频放大滤波电路相连接，用于采集放大滤波后的高频局部放电信号；第二采集通道，与特高频放大滤波电路相连接，用于采集放大滤波后的特高频局部放电信号；第三采集通道，与超声波放大滤波电路相连接，用于采集放大滤波后的超声波局部放电信号；以及第四采集通道，与地电波放大滤波电路相连接，用于采集放大滤波后的地电波局部放电信号。

进一步地，局部放电检测装置还包括：同步装置，与采集电路的外置触发器输入通道相连接，用于提供局部放电信号在工频周期中的放电相位值。

进一步地，高频放大滤波电路包括：输入缓冲器和可编程滤波器，其中，输入缓冲器的增益为6dB或者12dB，其中，当输入缓冲器的增益为6dB时，高频放大滤波电路的增益可调范围为-6dB～45dB；当输入缓冲器的增益为12dB时，高频放大滤波电路的增益可调范围为1dB～51dB，可编程滤波器的带宽为0.5dB，通过串行编程接口在1MHz～30MHz范围内编程。

进一步地，特高频放大滤波电路包括：可变增益放大器、低通滤波器以及高通滤波器，其中，可变增益放大器的增益范围为-23dB～40dB，低通滤波器具有530MHz、800MHz、1500MHz三个频段，高通滤波器具有180MHz、395MHz、755MHz三个频段。

进一步地，超声波放大滤波电路包括：可编程放大器、可编程低通滤波器以及可编程高通滤波器，其中，可编程放大器的增益为0dB、12dB、24dB或者30dB，可编程低通滤波器器的-1dB带宽频率为150kHz、300kHz或者900kHz，可编程高通滤波器的-1dB带宽频率为15kHz、45kHz或者90kHz。

进一步地，地电波放大滤波电路包括：数控增益放大器和可编程低通滤波器，其中，数控增益放大器的增益为最大值时，地电波放大滤波电路的增益范围为-6dB～66dB，数控增益放大器的增益为最小值时，地电波放大滤波电路的增益范围为-36dB～36dB，可编程低通滤波器的的带宽为0.5dB，通过串行编程接口在1MHz～63MHz范围内编程。

进一步地，控制器包括：数据采集模块，用于采集多个处于不同频段的局部放电输出信号；脉冲检测模块，用于提取多个处于不同频段的局部放电输出信号的脉冲波形；脉冲参数计算模块，用于计算多个处于不同频段的局部放电输出信号的脉冲波形的参数；以及相位谱图生成模块，用于根据参数生成相位谱图。

在本发明实施例中，通过对局部放电从四种不同检测方法及其相应的工作频段进行测量分析，并利用单个脉冲的同步触发锁定技术，既可以有效综合地对局部放电测量加以相互验证，又可以对特定频段和耦合方式的干扰加以鉴别抑制，达到了提升局部放电检测的有效度的技术效果，进而解决了由于现场干扰的不确定性造成的局部放电检测结果不准确的技术问题。

附图说明

此处所说明的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局部放电检测装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的高频放大滤波电路的功能结构示意图；

图3是根据本发明实施例的特高频放大滤波电路的功能结构示意图；

图4是根据本发明实施例的超声波放大滤波电路的功能结构示意图；

图5是根据本发明实施例的地电波放大滤波电路的功能结构示意图；

图6是根据本发明实施例的局部放电检测装置的结构连接示意图；

图7a是根据本发明实施例的四通道高速采集卡的正面接口示意图；

图7b是根据本发明实施例的四通道高速采集卡的背面接口示意图；以及

图8是根据本发明实施例的局放脉冲信号同步采集分析软件流程框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种局部放电检测装置。

图1是根据本发明实施例的局部放电检测装置的示意图，如图1所示，该局部放电检测装置包括：传感器组件10，放大滤波电路组件20，采集电路30和控制器40。

传感器组件10中包含多个不同工作频段的传感器，用于获取多个处于不同频段的局部放电信号。可选地，该实施例中的传感器组件包括以下至少任意一种传感器：高频传感器，用于采集高频局部放电信号；特高频传感器，用于采集特高频局部放电信号；超声波传感器，用于采集超声波局部放电信号；以及地电波传感器，用于采集地电波局部放电信号。其中，高频传感器为HFCT传感器，特高频传感器为UHF传感器，超声波传感器为AE传感器，地电波传感器为TEV传感器，相应地，其分别依据高频电流法、特高频法、超声波法、地电波法来检测局部放电信号。

HFCT传感器利用变压器磁芯感应耦合的方式将局部放电产生的高频脉冲电流转化成电压信号，传感器的耦合效率用“传输阻抗Z_r”表示，HFCT传感器的响应频段在100kHz-50MHz。

UHF传感器利用超宽带天线设计将局部放电产生的电磁波脉冲转化成电压信号，传感器的耦合效率用“等效高度H_e”表示，UHF传感器的响应频段在300MHz-3GHz。

AE传感器利用压电晶体薄膜材料将局部放电产生的超声波脉冲转化成电压信号，AE传感器的响应频段一般在20kHz-500kHz。

TEV传感器利用电容耦合方式将局部放电产生的电磁波脉冲转化成暂态的对地电压信号，TEV传感器的响应频段一般在100kHz-300MHz。

放大滤波电路组件20与传感器组件10相连接，放大滤波电路组件中包含多个不同工作频段的放大滤波电路，用于对多个处于不同频段的局部放电信号进行放大滤波。

可选地，该实施例中的放大滤波电路组件包括以下至少任意一种电路：高频放大滤波电路，与高频传感器的输出端相连接，用于对高频局部放电信号进行放大滤波；特高频放大滤波电路，与特高频传感器的输出端相连接，用于对特高频局部放电信号进行放大滤波；超声波放大滤波电路，与超声波传感器的输出端相连接，用于对超声波局部放电信号进行放大滤波；以及地电波放大滤波电路，与地电波传感器的输出端相连接，用于对地电波局部放电信号进行放大滤波。上述的每一种电路都具有特定的多滤波频段和一定增益的放大档位。

图2是根据本发明实施例的高频放大滤波电路的功能结构示意图，如图2所示，高频放大滤波电路包括：输入缓冲器、可编程滤波器、可变增益放大器和输出缓冲器四个功能模块。输入缓冲器具有400Ω差分输入阻抗，增益可设置为6dB或12dB；可编程滤波器是6极点巴特沃兹低通滤波器，0.5dB带宽可通过串行编程接口(SPI)在1MHz至30MHz范围内进行编程，步进为1MHz；可变增益放大器由一个50dB分接衰减器和一个固定增益放大器组成，具有线性dB单调增益响应特性；输出缓冲器具有20Ω的低阻抗，可用于驱动采集卡通道的ADC输入。

图3是根据本发明实施例的特高频放大滤波电路的功能结构示意图，如图3所示，特高频放大滤波电路包括：数控衰减器、可变增益放大器、固定增益放大器、低通滤波器组和高通滤波器组。数控衰减器具有在0dB～-31.5dB范围内的SPI可编程控制，步进精度0.5dB；可变增益放大器具有在-13.5dB～18dB范围内的SPI可编程控制，步进精度0.5dB；固定增益放大器具有22dB的固定增益。低通滤波器组具有530MHz/800MHz/1500MHz三个SPI可编程选择频段，且可被旁路；高通滤波器组具有180MHz/395MHz/755MHz三个SPI可编程选择频段，也可被旁路。

图4是根据本发明实施例的超声波放大滤波电路的功能结构示意图，如图4所示，超声波放大滤波电路包括：可编程放大器、可编程低通滤波器和可编程高通滤波器三个功能模块。可编程放大器的增益可设置为0dB/12dB/24dB/30dB；可编程低通滤波器的-1dB带宽频率可设置为150kHz/300kHz/900kHz；可编程高通滤波器的-1dB带宽频率可设置为15kHz/45kHz/90kHz，且高通滤波器可被旁路。以上编程控制皆由SPI设置。

图5是根据本发明实施例的地电波放大滤波电路的功能结构示意图，如图5所示，地电波放大滤波电路包括：输入可变增益放大器、可编程滤波器、两级可变增益放大器和输出缓冲器四个功能模块。输入可变增益放大器具有400Ω差分输入阻抗，由一个24dB分接衰减器和一个数控增益放大器组成，前者具有线性dB单调增益响应特性，后者经由SPI可在9dB/12dB/15dB之间可选。可编程滤波器是6极点巴特沃兹低通滤波器，0.5dB带宽可通过串行编程接口(SPI)在1MHz至63MHz范围内进行编程，步进为1MHz；可编程滤波器还可被旁路设置，这样±1dB的平坦增益带宽可以达到300MHz。级联的可变增益放大器结构与输入级的类似，也是由一个24dB分接衰减器和一个数控增益放大器组成，不过数控增益可在12dB/15dB/18dB/21dB之间可选。输出缓冲器具有10Ω的低阻抗，可用于驱动采集电路通道的ADC输入。

采集电路30与放大滤波电路组件20相连接，具有多个同步采集通道，用于对放大滤波后的多个处于不同频段的局部放电信号进行同步采集，得到多个处于不同频段的局部放电输出信号。其中，多个同步采集通道包括第一采集通道、第二采集通道、第三采集通道以及第四采集通道

可选地，该实施例的局部放电检测装置还包括同步装置50，与采集电路的外置触发器输入通道相连接，用于提供局部放电信号在工频周期中的放电相位值。图6是根据本发明实施例的局部放电检测装置的结构连接示意图，如图6所示，HFCT传感器101经由高频放大滤波电路201接入第一采集通道A，第一采集通道A与高频放大滤波电路201相连接，用于采集放大滤波后的高频局部放电信号，作为高频电流法的局放检测；UHF传感器102经由特高频放大滤波电路202接入第二采集通道B，第二采集通道B与特高频放大滤波电路202相连接，用于采集放大滤波后的特高频局部放电信号，作为特高频法的局放检测；AE传感器103经由超声波放大滤波203电路接入第三采集通道C，第三采集通道与超声波放大滤波电路203相连接，用于采集放大滤波后的超声波局部放电信号C作为超声波法的局放检测；TEV传感器104经由地电波放大滤波电路204接入第四采集通道D，第四采集通道D与地电波放大滤波电路204相连接，用于采集放大滤波后的地电波局部放电信号，作为地电波法的局放检测。采集电路30通过USB接口与控制器40连接进入局放脉冲信号同步采集分析软件中，同时，同步装置50接入采集电路30的外置触发器输入端口。

该实施例中的采集电路30优选为四通道高速采集卡，具备四个同步采集通道，模拟带宽(-3dB)最低要求60MHz，实时采样速率每采集通道125MS/S，板载缓存容量每采集通道至少8MB，具有外置触发器输入通道。图7a是根据本发明实施例的四通道高速采集卡的正面接口示意图，图7b是根据本发明实施例的四通道高速采集卡的背面接口示意图，如图7a和图7b所示，接口连接方式为：高频放大滤波电路201的输出端口接入采集卡的输入通道A，特高频放大滤波电路202的输出端口接入采集卡的输入通道B，超声波放大滤波电路203的输出端口接入采集卡的输入通道C，地电波放大滤波电路204的输出端口接入采集卡的输入通道D。同时，将同步装置50接入外置触发器的输入端口③，使用高速USB电缆将USB 2.0端口⑥连接到控制器40，将5V电池通过直流电缆连接到采集卡背面的直流电源插孔⑤，将系统接地线连接到地线接线柱⑦上，以避免由电脑电源对测量造成的干扰噪声。其它未使用的端口还有：探棒补偿输出①、LED指示灯②(当采集卡已连接但未工作时红色闪烁，当采集卡采集数据时绿色闪烁)、信号发生器输出④。

控制器40与采集电路30相连接，用于对多个处于不同频段的局部放电输出信号进行分析处理。控制器40采用Windows操作系统，内含有局放脉冲信号同步采集分析软件，局放脉冲信号同步采集分析软件采用模块化设计，具体包括：

数据采集模块，用于采集多个处于不同频段的局部放电输出信号，数据采集模块利用多通道的外部触发功能分别对高频局部放电信号、特高频局部放电信号、超声波局部放电信号、地电波局部放电信号进行实时同步的数字化采集。

脉冲检测模块，用于提取多个处于不同频段的局部放电输出信号的脉冲波形。脉冲检测模块内置了峰值检测、数字滤波、小波分析三种数字信号处理算法对采集数据进行分析，提取局放脉冲波形并抑制其它干扰波形。

波形和频谱图形显示模块，同时显示四个信号通道上的单个局放脉冲波形，并通过功率谱计算得出局放脉冲在频谱域中的特征分布，以此展现由不同方法测出的性质不同的局部放电脉冲信号的多频段特性。

脉冲参数计算模块，用于计算多个处于不同频段的局部放电输出信号的脉冲波形的参数。脉冲参数计算模块对单个脉冲进行参数测量，基本参数包括a).脉冲峰值；b).脉冲极性；c).同步相位值。更多的脉冲参数诸如：d).脉冲上升时间；e).脉冲持续时间；f).等效中心频率；g).等效带宽等作为预留的扩展参数，将上述参数作为单脉冲的特征参数的结构体，连续测量的脉冲序列就生成了结构体数组。

相位谱图生成模块，用于根据参数生成相位谱图。相位谱图生成模块包括PRPS相位谱图生成模块和PRPD相位谱图生成模块，从上述结构体数组中提取出来单个工频相位周期Ti内的放电量Qi和放电相位Φi组成周期序列，生成PRPS相位谱图。同样地，以特定统计周期内(例如1s/2s/10s)累积的放电量Q和放电相位Φ以及放电次数N生成PRPD相位谱图。

局放数据存储模块，将上述的PRPS相位谱图和PRPD相位谱图按照二进制编码格式保存成*.pdu型式的局放谱图数据文件。

图8是根据本发明实施例的局放脉冲信号同步采集分析软件流程框图，如图8所示，该实施例的局放脉冲信号同步采集分析软件首先打开采集卡(即四通道高速采集卡)，设置四个采集输入通道、采样时钟、内部和外部的触发函数以及预触发选项，然后控制采集卡配置选项，开始采集，将采集到的数据进行数据缓存，数据传输，同步数据处理，最后将处理后的数据进行存储。

同步装置50，与采集电路40的外置触发器输入通道相连接，用于提供局部放电信号在工频周期中的放电相位值。在交流电压下进行局部放电测量，外同步提供局放脉冲在工频电压周期中的放电相位值，分析放电图谱中局部放电与交流电压的相位相关性。

本发明实施例的局部放电检测装置通过对局部放电从四种不同检测方法及其相应的工作频段进行测量分析，并利用单个脉冲的同步触发锁定技术，既可以有效综合地对局部放电测量加以相互验证，又可以对特定频段和耦合方式的干扰加以鉴别抑制，最终提升局部放电检测的有效度。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种局部放电检测装置，其特征在于，包括：

传感器组件，所述传感器组件中包含多个不同工作频段的传感器，用于获取多个处于不同频段的局部放电信号；

放大滤波电路组件，与所述传感器组件相连接，所述放大滤波电路组件中包含多个不同工作频段的放大滤波电路，用于对所述多个处于不同频段的局部放电信号进行放大滤波；

采集电路，与所述放大滤波电路组件相连接，具有多个同步采集通道，用于对放大滤波后的多个处于不同频段的局部放电信号进行同步采集，得到多个处于不同频段的局部放电输出信号；以及

控制器，与所述采集电路相连接，用于对所述多个处于不同频段的局部放电输出信号进行分析处理。

2.根据权利要求1所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述传感器组件包括以下至少任意一种传感器：

高频传感器，用于采集高频局部放电信号；

特高频传感器，用于采集特高频局部放电信号；

超声波传感器，用于采集超声波局部放电信号；以及

地电波传感器，用于采集地电波局部放电信号。

3.根据权利要求2所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述放大滤波电路组件包括以下至少任意一种电路：

高频放大滤波电路，与所述高频传感器的输出端相连接，用于对所述高频局部放电信号进行放大滤波；

特高频放大滤波电路，与所述特高频传感器的输出端相连接，用于对所述特高频局部放电信号进行放大滤波；

超声波放大滤波电路，与所述超声波传感器的输出端相连接，用于对所述超声波局部放电信号进行放大滤波；以及

地电波放大滤波电路，与所述地电波传感器的输出端相连接，用于对所述地电波局部放电信号进行放大滤波。

4.根据权利要求3所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述多个同步采集通道包括第一采集通道、第二采集通道、第三采集通道以及第四采集通道，其中：

所述第一采集通道，与所述高频放大滤波电路相连接，用于采集放大滤波后的高频局部放电信号；

所述第二采集通道，与所述特高频放大滤波电路相连接，用于采集放大滤波后的特高频局部放电信号；

所述第三采集通道，与所述超声波放大滤波电路相连接，用于采集放大滤波后的超声波局部放电信号；以及

所述第四采集通道，与所述地电波放大滤波电路相连接，用于采集放大滤波后的地电波局部放电信号。

5.根据权利要求4所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述局部放电检测装置还包括：

同步装置，与所述采集电路的外置触发器输入通道相连接，用于提供局部放电信号在工频周期中的放电相位值。

6.根据权利要求3所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述高频放大滤波电路包括：输入缓冲器和可编程滤波器，其中，

所述输入缓冲器的增益为6dB或者12dB，其中，当所述输入缓冲器的增益为6dB时，所述高频放大滤波电路的增益可调范围为-6dB～45dB；当所述输入缓冲器的增益为12dB时，所述高频放大滤波电路的增益可调范围为1dB～51dB，

所述可编程滤波器的带宽为0.5dB，通过串行编程接口在1MHz～30MHz范围内编程。

7.根据权利要求3所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述特高频放大滤波电路包括：可变增益放大器、低通滤波器以及高通滤波器，其中，

所述可变增益放大器的增益范围为-23dB～40dB，

所述低通滤波器具有530MHz、800MHz、1500MHz三个频段，

所述高通滤波器具有180MHz、395MHz、755MHz三个频段。

8.根据权利要求3所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述超声波放大滤波电路包括：可编程放大器、可编程低通滤波器以及可编程高通滤波器，其中，

所述可编程放大器的增益为0dB、12dB、24dB或者30dB，

所述可编程低通滤波器器的-1dB带宽频率为150kHz、300kHz或者900kHz，

所述可编程高通滤波器的-1dB带宽频率为15kHz、45kHz或者90kHz。

9.根据权利要求3所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述地电波放大滤波电路包括：数控增益放大器和可编程低通滤波器，其中，

所述数控增益放大器的增益为最大值时，所述地电波放大滤波电路的增益范围为-6dB～66dB，所述数控增益放大器的增益为最小值时，所述地电波放大滤波电路的增益范围为-36dB～36dB，

所述可编程低通滤波器的的带宽为0.5dB，通过串行编程接口在1MHz～63MHz范围内编程。

10.根据权利要求1所述的局部放电检测装置，其特征在于，所述控制器包括：

数据采集模块，用于采集所述多个处于不同频段的局部放电输出信号；

脉冲检测模块，用于提取所述多个处于不同频段的局部放电输出信号的脉冲波形；

脉冲参数计算模块，用于计算所述多个处于不同频段的局部放电输出信号的脉冲波形的参数；以及

相位谱图生成模块，用于根据所述参数生成相位谱图。