CN105929315B - 一种特高频局部放电检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特高频局部放电检测电路，属于特高频局部放电检测领域，其包括采集终端MCU和与采集终端MCU相通信的特高频局放信号调理电路；所述特高频局放信号调理电路包括特高频天线、指数渐变式微带平衡器、频率响应负反馈的平衡放大器和比较电路；所述特高频天线接入指数渐变式微带平衡器，所述指数渐变式微带平衡器的输出经频率响应负反馈的平衡放大器接入比较电路，所述比较电路的输出接入采集终端MCU。本发明结构简单，使用方便，安全可靠，能够极大地消除干扰信号对检测值的影响，尤其对于650MHz‑1920MHz局部放电特高频信号的检测能显著提升测量的准确度，能够精确检测特高频局部放电信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种特高频局部放电检测电路，属于特高频局部放电检测领域。
背景技术
电力设备绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高，当局部放电在很小的范围内发生时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于1ns，并激发频率高达数GHz的电磁波。特高频局部放电检测（Ultra-High-Frequency，简称UHF）法于20世纪80年代初期由英国中央电力局（CEGB）实验室提出，其基本原理是通过特高频传感器对电力设备中局部放电时产生的特高频电磁（300MHz≤f≤3GHz）信号进行检测，从而获得局部放电的相关信息，实现局部放电监测。由于现场的晕干扰主要集中在300MHz频段以下，因此特高频法能有效地避开现场的电晕等干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等优点。
目前，现有技术中特高频局部放电检测电路存在很多显著的缺点，例如结构复杂，需要无失真地采集有用信号，数据量极大，数据处理难度很高，而远距离传送特高频信号，其时延与信号畸形对测量的准确性和可靠性都会产生很大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种设计简单、安全稳定，且能够精确检测特高频局部放电信号的特高频局部放电检测电路。
本发明所采用的技术方案如下：
一种特高频局部放电检测电路，其包括采集终端MCU和与采集终端MCU相通信的特高频局放信号调理电路；所述特高频局放信号调理电路包括特高频天线、指数渐变式微带平衡器、频率响应负反馈的平衡放大器和比较电路；所述特高频天线接入指数渐变式微带平衡器，所述指数渐变式微带平衡器的输出经频率响应负反馈的平衡放大器接入比较电路，所述比较电路的输出接入采集终端MCU。
进一步的，所述比较电路包括场效应晶体管Q11-场效应晶体管Q19、电阻R10、电容C10和二极管D12；所述场效应晶体管Q11的源极与场效应晶体管Q12的源极连接，所述场效应晶体管Q13的源极与场效应晶体管Q14的源极连接，所述场效应晶体管Q11的漏极分别连接场效应晶体管Q13的源极和所述场效应晶体管Q14的源极，所述场效应晶体管Q15的栅极连接场效应晶体管Q16的栅极，所述场效应晶体管Q15的漏极连接场效应晶体管Q13的漏极，且所述场效应晶体管Q15的栅极接其漏极，所述场效应晶体管Q15的源极接地，所述场效应晶体管Q16的漏极连接场效应晶体管Q14的漏极，所述场效应晶体管Q16的源极接地，所述场效应晶体管Q19的栅极连接场效应晶体管Q14的漏极，所述场效应晶体管Q19的栅极分别连接场效应晶体管Q18的漏极和场效应晶体管Q16的漏极，所述场效应晶体管Q19的源极接地，所述场效应晶体管Q17的栅极分别连接场效应晶体管Q12的漏极和场效应晶体管Q19的漏极，所述场效应晶体管Q17的源极接地，所述场效应晶体管Q12的漏极依次经电容C10和电阻R10接地，所述二极管D12并联在串联后的电容C10和电阻R10两端，所述二极管D12的负极接场效应晶体管Q12的漏极。
进一步的，本发明还包括宽频脉冲电流传感器和噪声传感器，所述宽频脉冲电流传感器卡装于电力设备接地线上，所述宽频脉冲电流传感器和噪声传感器均接入采集终端MCU。
进一步的，所述特高频天线为工作于650MHz-1920MHz的等角平面螺旋天线或阿基米德平面螺旋天线。
进一步的，频率响应负反馈的所述平衡放大器通过电阻R10引入负反馈并将平衡放大器输出端口的信号耦合回到其输入端口并与其输入信号反向叠加。
进一步的，频率响应负反馈的所述平衡放大器的通带频率为650MHz -1920MHz。
进一步的，所述采集终端MCU每次采集至少一个工频周期的局部放电信号。
本发明的有益效果如下：本发明的电路结构简单，使用方便，安全可靠，本电路能够极大地消除干扰信号对检测值的影响，尤其对于650MHz-1920MHz局部放电特高频信号的检测能显著提升测量的准确度，能够精确检测特高频局部放电信号。
特高频天线连接有指数渐变式微带平衡器，其能够增强能量传输效果，指数渐变式微带平衡器连接有频率响应负反馈的平衡放大器，使得放大电路稳定，增益的平坦性较好。平衡放大器通过电阻引入负反馈将其输出端口的信号耦合回到输入端口并与其输入信号反向叠加，抵消部分输入信号即可以得到平坦的增益响应，可以很好地扩展频宽。采集终端MCU保证每次采集至少一个工频周期的局部放电信号，用于实现对特高频信号的调理、采集和存储控制，进行局部放电信号处理、运算和特征参数提取，负责与上位机通讯，为进一步的模式识别和局放点定位做准备。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图。
图2为实施例中比较电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合图1-图2和实施例对本发明做进一步的描述。
如图1-图2所示，本实施例包括采集终端MCU和与采集终端MCU相通信的特高频局放信号调理电路；所述特高频局放信号调理电路包括特高频天线、指数渐变式微带平衡器、频率响应负反馈的平衡放大器和比较电路；所述特高频天线接入指数渐变式微带平衡器，所述指数渐变式微带平衡器的输出经频率响应负反馈的平衡放大器接入比较电路，所述比较电路的输出接入采集终端MCU。
进一步的，所述比较电路包括场效应晶体管Q11-场效应晶体管Q19、电阻R10、电容C10和二极管D12；所述场效应晶体管Q11的源极与场效应晶体管Q12的源极连接，所述场效应晶体管Q13的源极与场效应晶体管Q14的源极连接，所述场效应晶体管Q11的漏极分别连接场效应晶体管Q13的源极和所述场效应晶体管Q14的源极，所述场效应晶体管Q15的栅极连接场效应晶体管Q16的栅极，所述场效应晶体管Q15的漏极连接场效应晶体管Q13的漏极，且所述场效应晶体管Q15的栅极接其漏极，所述场效应晶体管Q15的源极接地，所述场效应晶体管Q16的漏极连接场效应晶体管Q14的漏极，所述场效应晶体管Q16的源极接地，所述场效应晶体管Q19的栅极连接场效应晶体管Q14的漏极，所述场效应晶体管Q19的栅极分别连接场效应晶体管Q18的漏极和场效应晶体管Q16的漏极，所述场效应晶体管Q19的源极接地，所述场效应晶体管Q17的栅极分别连接场效应晶体管Q12的漏极和场效应晶体管Q19的漏极，所述场效应晶体管Q17的源极接地，所述场效应晶体管Q12的漏极依次经电容C10和电阻R10接地，所述二极管D12并联在串联后的电容C10和电阻R10两端，所述二极管D12的负极接场效应晶体管Q12的漏极。
优选地，本实施例还包括宽频脉冲电流传感器和噪声传感器，所述宽频脉冲电流传感器卡装于电力设备接地线上，所述宽频脉冲电流传感器和噪声传感器均接入采集终端MCU。
优选地，所述特高频天线为工作于650MHz-1920MHz的等角平面螺旋天线或阿基米德平面螺旋天线。
优选地，频率响应负反馈的所述平衡放大器通过电阻R10引入负反馈并将平衡放大器输出端口的信号耦合回到其输入端口并与其输入信号反向叠加。
优选地，频率响应负反馈的所述平衡放大器的通带频率为650MHz -1920MHz。
优选地，所述采集终端MCU每次采集至少一个工频周期的局部放电信号。
优选地，电力变压器局部放电信号是高频脉冲信号，且信号从局部放电源沿变压器绕组传播到特高频传感器的过程中会产生很大的衰减和振荡，特高频分量主要集中在信号的波头部分，一般持续时间为几十纳秒到几百纳秒。特高频局放信号调理电路使用能实现带宽650MHz—1920MHz的局部放电特高频信号检测的特高频传感器，具有良好的频率响应特性。
优选地，特高频传感器采用宽频脉冲电流传感器，卡装于设备接地线上，所述电流传感器从接地线上耦合电力设备内部局部放电产生的行波电流信号；所述噪声传感器耦合空间的各类UHF的干扰信号。
优选地，所述电流传感器耦合的信号经高频低损耗同轴电缆馈至采集终端MCU，进行信号的AD变换、采集；所述噪声传感器耦合的空间UHF信号通过RF同轴电缆接至采集终端MCU内部的信号调理器，进行信号滤波、放大、检波等调理。
优选地，检波后的信号传输至采集终端MCU进行AD变换、采集，经过数字化采样的原始数据通过USB接口上传至上位机，上位机安装有专用局部放电分析处理软件，对采集终端上传的数据进行进一步处理，主要包括信号相位、峰值统计、聚类分析、抗干扰放电谱提取和生成。
优选地，本实施例还包括混频器，利用混频器对其进行混频滤波，在不改变防电信号特征条件下实现降频变换，以采用较低采样速率的A/D转换器将其数字化后，分析处理提取放电信号相关特征参数。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种特高频局部放电检测电路，其特征在于：其包括采集终端MCU和与采集终端MCU相通信的特高频局放信号调理电路；所述特高频局放信号调理电路包括特高频天线、指数渐变式微带平衡器、频率响应负反馈的平衡放大器和比较电路；所述特高频天线接入指数渐变式微带平衡器，所述指数渐变式微带平衡器的输出经频率响应负反馈的平衡放大器接入比较电路，所述比较电路的输出接入采集终端MCU；
所述比较电路包括场效应晶体管Q11-场效应晶体管Q19、电阻R10、电容C10和二极管D12；所述场效应晶体管Q11的源极与场效应晶体管Q12的源极连接，所述场效应晶体管Q13的源极与场效应晶体管Q14的源极连接，所述场效应晶体管Q11的漏极分别连接场效应晶体管Q13的源极和所述场效应晶体管Q14的源极，所述场效应晶体管Q15的栅极连接场效应晶体管Q16的栅极，所述场效应晶体管Q15的漏极连接场效应晶体管Q13的漏极，且所述场效应晶体管Q15的栅极接其漏极，所述场效应晶体管Q15的源极接地，所述场效应晶体管Q16的漏极连接场效应晶体管Q14的漏极，所述场效应晶体管Q16的源极接地，所述场效应晶体管Q19的栅极连接场效应晶体管Q14的漏极，所述场效应晶体管Q19的栅极分别连接场效应晶体管Q18的漏极和场效应晶体管Q16的漏极，所述场效应晶体管Q19的源极接地，所述场效应晶体管Q17的栅极分别连接场效应晶体管Q12的漏极和场效应晶体管Q19的漏极，所述场效应晶体管Q17的源极接地，所述场效应晶体管Q12的漏极依次经电容C10和电阻R10接地，所述二极管D12并联在串联后的电容C10和电阻R10两端，所述二极管D12的负极接场效应晶体管Q12的漏极；
频率响应负反馈的所述平衡放大器通过电阻R10引入负反馈并将平衡放大器输出端口的信号耦合回到其输入端口并与其输入信号反向叠加；
所述采集终端MCU每次采集至少一个工频周期的局部放电信号。
2.根据权利要求1所述的一种特高频局部放电检测电路，其特征在于：其还包括宽频脉冲电流传感器和噪声传感器，所述宽频脉冲电流传感器卡装于电力设备接地线上，所述宽频脉冲电流传感器和噪声传感器均接入采集终端MCU。
3.根据权利要求1所述的一种特高频局部放电检测电路，其特征在于：所述特高频天线为工作于650MHz-1920MHz的等角平面螺旋天线或阿基米德平面螺旋天线。
4.根据权利要求1所述的一种特高频局部放电检测电路，其特征在于：频率响应负反馈的所述平衡放大器的通带频率为650MHz -1920MHz。
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