CN105527549A - 局部放电数据采集电路及检测系统 - Google Patents

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CN105527549A CN201510883451.9A CN201510883451A CN105527549A CN 105527549 A CN105527549 A CN 105527549A CN 201510883451 A CN201510883451 A CN 201510883451A CN 105527549 A CN105527549 A CN 105527549A
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张秀宏
龚伟
罗贤峰
但炳木
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Abstract

本发明提供一种局部放电数据采集电路及检测系统，适于采集局放信号输入到局部放电检测系统，包括：采集单元，适于采集电压工频信号，将电压工频信号进行电气隔离，生成流信号；转换处理单元，适于将电流信号转换为电压信号，与校正电压信号比较，生成相应地脉冲信号，将脉冲信号依次滤波、限幅处理，输出局放信号；校正信号单元，其输出端与转换处理单元的输入端相连，适于向转换处理单元提供校正电压信号；补偿单元，其输出端与转换处理单元的输入端相连，适于将对比较输出的局放信号进行补偿。通过实时修正局部放电检测设备，避免环境变化、运行时长变化等因素导致的测量误差，从而极大的提高每次测量的数据准度。

Description

局部放电数据采集电路及检测系统
技术领域
本发明属于电力电缆绝缘检测领域，特别是涉及一种应用于超高频局部放电数据采集电路及检测系统。
背景技术
近年来，城市电网中大量采用电力电缆输配电。电缆已成为城市内传输电力的主导产品。由于电缆的绝缘材料特性，电缆的制造工艺、施工技术等原因导致电力电缆的运行过程当中可能会产生各种绝缘缺陷导致局部放电。当它使用到一定年限后局部放电继续发展到一定程度导致绝缘击穿而造成电网严重事故。因而对交联聚乙烯电缆绝缘缺陷局部放电检测方法的研究就显得尤为迫切，及时、准确地检测到电缆绝缘隐患，就可以及时采取必要的应对措施，减少突发事故等带来的经济损失具有十分重要的现实意义。
局部放电，简称局放，是电力电缆运行中的一个较大的安全隐患，是电缆绝缘劣化的征兆，也是造成绝缘劣化的重要原因之一。因此对电力电缆进行局部放电信号检测和定位研究有着重要的意义和经济价值。IEC及世界各国都制定了相关的局部放电信号测试标准，通过对局部放电信号的检测及时发现绝缘系统中的薄弱环节，找出故障原因，保证电力电缆质量，保障电力系统安全可靠运行。
现有的超高频局部放电检测系统用于实现对高压输配电变电站中GIS、变压器等设备的局部放电情况的监测。当设备中出现局部放电现象时，会产生特高频信号，通过局放传感器的检测，将高频信号进行模数转换和分析运算，在局放信号采集单元中，将采集到的放电脉冲信号叠加至检测线路的工频相位上，得到对应的局放脉冲相位图谱，以分析导致局放发生设备缺陷种类。因此，采集工频信号是非常关键的，然而，现有的大型变电站基本设置在户外，导致检测系统也被安置在户外，不可避免的存在电磁干扰，导致了采集工频信号的不稳定。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种局部放电数据采集电路及检测系统，用于解决现有技术中在户外监视设备时，因存在电磁干扰，导致采集工频信号不稳定的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种局部放电数据采集电路，适于采集局放信号输入到局部放电检测系统，至少包括：
采集单元，适于采集电压工频信号，将所述电压工频信号进行电气隔离，生成对应地电流信号；
转换处理单元，其输入端与所述采集单元的输出端相连，适于将电流信号转换为电压信号，与校正电压信号比较，生成相应地脉冲信号，将所述脉冲信号依次滤波、限幅处理，输出对应地局放信号；
校正信号单元，其输出端与所述转换处理单元的输入端相连，适于向所述转换处理单元提供校正电压信号；
补偿单元，其输出端与所述转换处理单元的输入端相连，适于将对比较输出的局放信号进行补偿。
优选地，所述采集单元包括电压互感器与采样电阻，所述采样电阻连接所述电压互感器，所述采样电阻适于将额定电压转换为电流信号，输出至所述电压互感器。
优选地，所述采样电阻为四个阻值均为100K欧姆的电阻。
优选地，所述电压互感器连接在四个电阻的中间端。
优选地，所述转换处理单元包括第一滤波电路、第二滤波电路、比较器、保护电路和取样电阻，所述采集单元的输出端通过所述取样电阻连接所述第一滤波电路的输入端，所述第一滤波电路的输出端连接所述比较器的输入端，所述比较器的输出端连接所述第二滤波电路输入端，所述第二滤波电路输出端连接所述保护电路的输入端，所述保护电路的输出端输出局放信号。
优选地，所述第一滤波电路与所述第二滤波电路均为RC滤波器。
优选的，所述保护电路为两个反向并联连接的二极管。
优选的，所述校正信号单元包括电压跟随器与运算放大器，所述电压跟随器的输出端连接所述运算放大器输入端，所述运算放大器的输出端连接所述转换处理单元的输入端。
优选地，所述补偿单元为保存采集标准电压工频信号与校正电压信号对比结果的数据，根据该数据对局放信号特征量进行补偿、修正。
本发明的另一目的在于提供一种采用局部放电数据采集电路的局部放电检测设备。
如上所述，本发明的局部放电数据采集电路及检测系统，具有以下有益效果：
通过将采集的电压工频信号进行电气隔离，生成采样的电流信号，提高了有效的抗电磁干扰能力；将采样的电流信号与校正电压信号比较，生成相应地脉冲信号，将所述脉冲信号依次滤波、限幅处理，输出对应地局放信号，通过二极管进行脉冲幅度限制，有效防止电磁干扰耦合到线路上损坏采集器的触发脉冲输入端。局部放电检测设备安装在在户外，通过该采集电路极大提高了采集工频信号的抗干扰能力，在输出设置补偿单元，通过实时修正局部放电检测设备，避免环境变化、运行时长变化等因素导致的测量误差，从而极大的提高每次测量的数据准度。
附图说明
图1显示为本发明的局部放电数据采集电路结构框图；
图2显示为本发明的局部放电数据采集电路的电路图。
元件标号说明：
1采集单元
2转换处理单元
3校正信号单元
4补偿单元
R1～R12电阻
C1～C2电容
D1～D2二极管
D3肖特基二极管
T1运算放大器
T2比较器
TV1电压互感
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，为本发明提供一种局部放电数据采集电路结构框图，包括：
采集单元1，适于采集电压工频信号，将所述电压工频信号进行电气隔离，生成对应地电流信号；
转换处理单元2，其输入端与所述采集单元的输出端相连，适于将电流信号转换为电压信号，与校正电压信号比较，生成相应地脉冲信号，将所述脉冲信号依次滤波、限幅处理，输出对应地局放信号；
校正信号单元3，其输出端与所述转换处理单元的输入端相连，适于向所述转换处理单元提供校正电压信号；
补偿单元4，其输出端与所述转换处理单元的输入端相连，适于将对比较输出的局放信号进行补偿。
在本实施例中，通过将采集的电压工频信号进行电气隔离，生成采样的电流信号，提高了有效的抗电磁干扰能力；将采样的电流信号与校正电压信号比较，生成相应地脉冲信号，将所述脉冲信号依次滤波、限幅处理，输出对应地局放信号，通过二极管进行脉冲幅度限制，有效防止电磁干扰耦合到线路上损坏采集器的触发脉冲输入端。局部放电检测设备安装在在户外，通过该采集电路极大提高了采集工频信号的抗干扰能力，在输出设置补偿单元，通过实时修正局部放电检测设备，避免环境变化、运行时长变化等因素导致的测量误差，从而极大的提高每次测量的数据准度。
如图2所示，为本发明提供一种局部放电数据采集电路的电路图，具体如下：
所述采集单元1包括电压互感器与采样电阻，所述采样电阻连接所述电压互感器，所述采样电阻适于将额定电压转换为电流信号，输出至所述电压互感器。
所述采样电阻为四个阻值均为100K欧姆的电阻，通过串联该四个电阻R1～R4，可将220V电压信号转换成小电流信号，输入至电压互感器TV1，其中，串联大电阻增加了输入阻抗，对于前端连接的高压电压互感而言，降低了负载功率，较大的电阻不仅可减少雷击时浪涌冲击对于后端电路的影响。
所述电压互感器TV1连接在四个电阻的中间端，通过内部电磁感应将前端电流信号转换为后端电流信号用于采集信号，从而是实现电气隔离，有效的增加了抗电磁脉冲的干扰。
预设单元3包括电压跟随器与运算放大器T1，所述电压跟随器的输出端连接所述运算放大器输入端，所述运算放大器的输出端连接所述转换处理单元2的输入端。
在本实施例中，所述电压跟随器的芯片为TL431芯片产生的电压为1.5V电压基准，其中，电阻R8、R9、R10、R11、R12与肖特基二极管D3组成电压跟随器，通过运放电路组成的电压跟随器增加了其驱动能力，提高了信号的基准电压。
所述转换处理单元2包括第一滤波电路、第二滤波电路、比较器T2、保护电路和取样电阻，所述采集单元1的输出端通过所述取样电阻R5连接所述第一滤波电路的输入端，所述第一滤波电路的输出端连接所述比较器的输入端，所述比较器的输出端连接所述第二滤波电路输入端，所述第二滤波电路输出端连接所述保护电路的输入端，所述保护电路的输出端输出局放信号。
所述第一滤波电路与所述第二滤波电路均为RC滤波器。
所述保护电路为两个反向并联连接的二极管D1和D2。
在本实施例中，所述电流信号通过取样电阻R5转换为电压信号，将该电压信号通过第一滤波电路(RC滤波器)滤波，其中，包括第六电阻R6与第一电容组C1成RC滤波器，将转换的电压(正弦波)信号与预设电压相比较，输出方波信号；将该方波信号通过第二滤波电路(RC滤波器)滤波，即第七电阻R7与第二电容C2组成的低通滤波器，对输入的方波进行滤波，并且第七电阻R7也有限流作用；避免当后端出现短路故障时，不会损坏比较器输出端；同时，在工频方波信号输入端到局部放电采集模块进行局放信号采集的触发前，使用保护电路，即两个二极管D1、D2进行脉冲幅值限制，以防止电磁干扰耦合到线路上，从而损坏采集器的触发脉冲输入端，而输出的工频方波信号的0～3.3V。
所述补偿单元4为保存采集标准电压工频信号与校正电压信号对比结果的数据，根据该数据对局放信号特征量进行补偿、修正。
在本实施例中，所述补偿单元存储的标准电压工频信号与校正电压信号对比结果的数据，所述补偿单元安装于存储设备中，可为ROM、SD、RAM或其它任意的存储介质。
本发明还包括采用局部放电数据采集电路的局部放电检测设备。
综上所述，本发明通过将采集的电压工频信号进行电气隔离，生成采样的电流信号，提高了有效的抗电磁干扰能力；将采样的电流信号与校正电压信号比较，生成相应地脉冲信号，将所述脉冲信号依次滤波、限幅处理，输出对应地局放信号，通过二极管进行脉冲幅度限制，有效防止电磁干扰耦合到线路上损坏采集器的触发脉冲输入端。局部放电检测设备安装在在户外，通过该采集电路极大提高了采集工频信号的抗干扰能力，在输出设置补偿单元，通过实时修正局部放电检测设备，避免环境变化、运行时长变化等因素导致的测量误差，从而极大的提高每次测量的数据准度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种局部放电数据采集电路，适于采集局放信号输入到局部放电检测系统，其特征在于，至少包括：
采集单元，适于采集电压工频信号，将所述电压工频信号进行电气隔离，生成对应地电流信号；
转换处理单元，其输入端与所述采集单元的输出端相连，适于将电流信号转换为电压信号，与校正电压信号比较，生成相应地脉冲信号，将所述脉冲信号依次滤波、限幅处理，输出对应地局放信号；
校正信号单元，其输出端与所述转换处理单元的输入端相连，适于向所述转换处理单元提供校正电压信号；
补偿单元，其输出端与所述转换处理单元的输入端相连，适于将对比较输出的局放信号进行补偿。
2.根据权利要求1所述的局部放电数据采集电路，其特征在于，所述采集单元包括电压互感器与采样电阻，所述采样电阻连接所述电压互感器，所述采样电阻适于将额定电压转换为电流信号，输出至所述电压互感器。
3.根据权利要求2所述的局部放电数据采集电路，其特征在于，所述采样电阻为四个阻值均为100K欧姆的电阻。
4.根据权利要求3所述的局部放电数据采集电路，其特征在于，所述电压互感器连接在四个电阻的中间端。
5.根据权利要求1所述的局部放电数据采集电路，其特征在于，所述转换处理单元包括第一滤波电路、第二滤波电路、比较器、保护电路和取样电阻，所述采集单元的输出端通过所述取样电阻连接所述第一滤波电路的输入端，所述第一滤波电路的输出端连接所述比较器的输入端，所述比较器的输出端连接所述第二滤波电路输入端，所述第二滤波电路输出端连接所述保护电路的输入端，所述保护电路的输出端输出局放信号。
6.根据权利要求5所述的局部放电数据采集电路，其特征在于，所述第一滤波电路与所述第二滤波电路均为RC滤波器。
7.根据权利要求5所述的局部放电数据采集电路，其特征在于，所述保护电路为两个反向并联连接的二极管。
8.根据权利要求1所述的局部放电数据采集电路，其特征在于，所述校正信号单元包括电压跟随器与运算放大器，所述电压跟随器的输出端连接所述运算放大器输入端，所述运算放大器的输出端连接所述转换处理单元的输入端。
9.根据权利要求1所述的局部放电数据采集电路，其特征在于，所述补偿单元为保存采集标准电压工频信号与校正电压信号对比结果的数据，根据该数据对局放信号特征量进行补偿、修正。
10.一种局部放电检测系统，其特征在于，包括上述任一项权利要求所述的局部放电数据采集电路。
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