CN105807192A - 一种检测气体绝缘变电站局部放电的传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测气体绝缘变电站局部放电的传感器，包括探头‑天线、局部放电信号处理单元、参考信号处理单元及锁相放大单元。本发明通过探头‑天线采集气体绝缘变电站运行现场的局部放电信号，经局部放电信号处理单元进行放大、滤波及降频后输出局部放电通道信号到锁相放大单元，与探头‑天线采集的工频信号经参考信号处理单元输出的参考通道信号进行相关运算，获得直流分量的气体绝缘变电站局部放电信号，从而将深埋于大量不相关噪声中的微弱局部放电信号检测出来，使传感器具有宽频带、低噪声、高灵敏度及大动态范围的检测功能，进而提高气体绝缘变电站局部放电系统的性能。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种检测气体绝缘变电站局部放电的传感器。
背景技术
随着SF6气体绝缘组合电器（GasInsulatedSubstation,GIS）在电力系统中重要性的提高，其是否正常运转已经影响到整个电力系统的安全和稳定。为保证气体绝缘变电站长期可靠运行，对气体绝缘变电站进行在线监测能让我们及时了解和掌握气体绝缘变电站的运行状态。其中，超高频传感检测法由于具有高灵敏度等诸多优点被广泛应用于对气体绝缘变电站局部放电的在线监测中。超高频传感器作为超高频传感检测法中的重要部件，其性能将直接影响监测结果，但由于气体绝缘变电站运行现场电磁干扰问题，当前的超高频传感器普遍存在抗电磁干扰能力差，灵敏度低等问题，导致对气体绝缘变电站局部放电信号捕捉不准确。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种检测气体绝缘变电站局部放电的传感器，该传感器应用锁相放大技术，能够提取出淹没于大量噪声中的局部放电信号，使传感器具有宽频带、低噪声、高灵敏度及大动态范围的检测功能，进而提高气体绝缘变电站局部放电系统的性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种检测气体绝缘变电站局部放电的传感器，其特征在于，包括探头-天线、局部放电信号处理单元、参考信号处理单元和锁相放大单元；
所述探头-天线分别与局部放电信号处理单元输入端和参考信号处理单元输入端电连接，用于将工频信号及气体绝缘变电站内部局部放电信号引出；
所述局部放电信号处理单元用于接收探头-天线引出的气体绝缘变电站内部局部放电信号，并对其进行放大、滤波及降频后输出局部放电通道信号到锁相放大单元；
所述参考信号处理单元用于接收探头-天线引出的工频信号，并对其进行移相、方波驱动后输出参考通道信号到锁相放大单元；
所述锁相放大单元输入端分别与局部放电信号处理单元输出端和参考信号处理单元输出端电连接，用于对局部放电通道信号和参考通道信号进行相关运算，获得直流分量的气体绝缘变电站局部放电信号。
特别地，所述参考信号处理单元包括移相单元及方波驱动单元，所述移相单元输入端与探头-天线电连接，输出端与方波驱动单元输入端电连接，用于对探头-天线输出的交流电信号进行移相处理，保证局部放电通道信号和参考通道信号相位相同；所述方波驱动单元输出端与锁相放大单元输入端电连接，用于将移相后的交流电信号转变成方波，生成参考通道信号，输出到锁相放大单元。
特别地，所述方波驱动单元将移相后的交流电信号转变成占空比为50％的方波。
特别地，所述移相单元采用RC移相电路。
特别地，所述探头-天线采用外置探头-天线。
本发明提出的检测气体绝缘变电站局部放电的传感器，探头-天线采集工频信号及气体绝缘变电站运行现场的局部放电信号，经局部放电信号处理单元进行放大、滤波及降频后输出局部放电通道信号到锁相放大单元，与探头-天线采集的工频信号经参考信号处理单元输出的参考通道信号进行相关运算，获得直流分量的气体绝缘变电站局部放电信号，输出到外接计算机，从而将深埋于大量不相关噪声中的微弱局部放电信号检测出来，使传感器具有宽频带、低噪声、高灵敏度及大动态范围的检测功能，进而提高气体绝缘变电站局部放电系统的性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的检测气体绝缘变电站局部放电超高频传感器结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参照图1所示，图1是本发明实施例提供的检测气体绝缘变电站局部放电的传感器结构框图。
本实施例中检测气体绝缘变电站局部放电的传感器具体包括：探头-天线101、局部放电信号处理单元102、参考信号处理单元103和锁相放大单元104。
所述探头-天线101输出端与局部放电信号处理单元102、参考信号处理单元103电连接，分别采集气体绝缘变电站运行现场的局部放电信号输出到局部放电信号处理单元102和采集特定频率的工频信号输出到参考信号处理单元103。超高频传感法采用的探头-天线有两类，一类安装于气体绝缘变电站内部，另一类采用外部探头-天线，本实施例中采用外部探头-天线，它不改变气体绝缘变电站内部电场分布，不影响系统的密封性，同时移动方便，能够完成对气体绝缘变电站运行现场的局部放电信号的采集。
所述局部放电信号处理单元102具体包括放大单元1021、滤波单元1022和微波检波单元1023。所述放大单元1021输入端与探头-天线101电连接，输出端与滤波单元1022输入端电连接；所述滤波单元1022输出端与微波检波单元1023输入端电连接；所述微波检波单元1023输出端与锁相放大单元104输入端电连接。
基于气体绝缘变电站的特殊结构，因故障产生的超高频脉冲电磁波的频域十分丰富（300MHZ-3GHZ），且微弱的脉冲信号被淹没在大量的噪声中，为了便于对微弱的脉冲局部放电信号进行相关的检波处理，必须对其进行适当的放大，本实施例中，所述放大单元1021对探头-天线101输出的局部放电信号进行放大，并将放大后的信号输出到滤波单元1022。其中，采用放大器芯片型号为PC8211。
气体绝缘变电站运行现场，干扰源多且干扰信号幅值大，存在局部放电信号提取难度大的问题，本实施例中，所述滤波单元1022对放大后的局部放电信号进行滤波，将空气中大量的电晕等干扰信号滤出，并将滤波后的信号输出到微波检波单元1023，便于后面的检波处理。为了能够与天线-探头101结合起来使用，有效去除低频干扰，滤波单元1022采用高通滤波器。
气体绝缘变电站放电类型通常是有局部放电信号的峰值和时域工频相位所决定的。为了获得局部放电信号的峰值和时域工频信息，采集装置需要具有很高的采样率，并且需要记录大量的数据，但是巨大的数据量极难实时处理。本实施例中，所述微波检波单元1023对滤波后的局部放电信号进行检波处理，从高频载波信号中取出低频的调制信号，将超高频传感器输出信号的超高频成分滤除，而仅保留信号的幅值和相位信息，大大减少了数据量的处理工作，最终输出低频的包络局部放电信号，形成局部放电通道信号，输出到锁相放大单元104。所述微波检波单元1023包括由AD8XXX系列器件组成的微波检波电路、AD8009组成的放大电路以及峰值检波电路。
所述参考信号处理单元103包括移相单元1031及方波驱动单元1032，所述移相单元1031输入端与探头-天线101电连接，输出端与方波驱动单元1032输入端电连接；所述方波驱动单元1032输出端与锁相放大单元104输入端电连接。
根据锁相放大单元104的要求，局部放电通道信号与参考通道信号的方波应当同步。本实施例中，移相单元1031获取探头-天线101输出的特定工频信号，保证局部放电通道信号与参考通道信号的方波同步，当方波频率与局部放电通道信号的相位存在微小的不同步时，移相单元1031对方波信号进行移相处理，保证两路信号同频同步的要求。本实施例中移相单元采用RC移相电路。
根据锁相放大单元104的要求，参考通道信号可以是正弦波、也可以是方波，为防止参考通道信号的幅度漂移影响锁相放大器的输出精度，本实施例中参考通道信号采用占空比为50％的方波信号。所述方波驱动单元1032将移相后的交流电信号转变成方波，生成参考通道信号，输出到锁相放大单元104。
所述锁相放大单元104包括模拟乘法器1041及低通滤波器1042，所述模拟乘法器1041的输入端与微波检波单元1023及方波驱动单元1032电连接，输出端与低通滤波器1042输入端电连接；所述低通滤波器1042输出端外接计算机。
锁相放大单元检测微弱信号的实质是采用了互相关原理，利用参考信号与输入的有用信号具有相关性，而参考信号与噪声互不相关，通过相敏检波及低通滤波完成互相关的运算，从而达到抑制噪声的目的。本实施例中，将两路通道信号：一路为气体绝缘变电站局部放电通道信号，一路为参考通道信号送入模拟乘法器1041进行乘法运算，把待测气体绝缘变电站局部通道信号中与参考通道信号同步的那部分信号检测出来，之后通过后面带有积分功能的低通滤波器1042将交流信号滤除，获得直流分量的气体绝缘变电站局部放电信号，输出到外接计算机。
本发明的技术方案通过探头-天线采集工频信号及气体绝缘变电站运行现场的局部放电信号，经局部放电信号处理单元进行放大、滤波及降频后输出局部放电通道信号到锁相放大单元，与探头-天线采集的特定工频信号经参考信号处理单元输出的参考通道信号进行相关运算，获得直流分量的气体绝缘变电站局部放电信号，输出到外接计算机，从而将深埋于大量不相关噪声中的微弱局部放电信号检测出来，使传感器具有宽频带、低噪声、高灵敏度及大动态范围的检测功能，进而提高气体绝缘变电站局部放电系统的性能。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (5)
1.一种检测气体绝缘变电站局部放电的传感器，其特征在于，包括探头-天线、局部放电信号处理单元、参考信号处理单元和锁相放大单元；
所述探头-天线分别与局部放电信号处理单元输入端和参考信号处理单元输入端电连接，用于将工频信号及气体绝缘变电站内部局部放电信号引出；
所述局部放电信号处理单元用于接收探头-天线引出的气体绝缘变电站内部局部放电信号，并对其进行放大、滤波及降频后输出局部放电通道信号到锁相放大单元；
所述参考信号处理单元用于接收探头-天线引出的工频信号，并对其进行移相、方波驱动后输出参考通道信号到锁相放大单元；
所述锁相放大单元输入端分别与局部放电信号处理单元输出端和参考信号处理单元输出端电连接，用于对局部放电通道信号和参考通道信号进行相关运算，获得直流分量的气体绝缘变电站局部放电信号。
2.根据权利要求1所述的检测气体绝缘变电站局部放电的传感器，其特征在于，所述参考信号处理单元包括移相单元及方波驱动单元，所述移相单元输入端与探头-天线电连接，输出端与方波驱动单元输入端电连接，用于对探头-天线输出的交流电信号进行移相处理，保证局部放电通道信号和参考通道信号相位相同；所述方波驱动单元输出端与锁相放大单元输入端电连接，用于将移相后的交流电信号转变成方波，生成参考通道信号，输出到锁相放大单元。
3.根据权利要求2所述的检测气体绝缘变电站局部放电的传感器，其特征在于，所述方波驱动单元将移相后的交流电信号转变成占空比为50％的方波。
4.根据权利要求2所述的检测气体绝缘变电站局部放电的传感器，其特征在于，所述移相单元采用RC移相电路。
5.根据权利要求1所述的检测气体绝缘变电站局部放电的传感器，其特征在于，所述探头-天线采用外置探头-天线。
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