CN106130506A - 一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置，包括依次连接的脉冲电流传感器、多频段带通滤波器、模数转换器及上位机，所述的上位机中设有窄频带通滤波模块和自动选频模块，所述的自动选频模块与所述的多频段带通滤波器连接，该系统的工作过程为：脉冲电流传感器采集检测波形，利用自动选频模块对多频段带通滤波器自动选择频段，进行宽频滤波，然后将多频段带通滤波器输出的信号经模数转换器转换成数字信号，送入上位机，通过窄频滤波模块进行窄频滤波。与现有技术相比，本发明具有精度高、灵敏度高等优点。

Description

一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置

技术领域

本发明属于高压电缆线路的局部放电监测技术领域，尤其是涉及一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置。

背景技术

电力行业是基础产业，电力设备一旦发生接地故障，影响国民经济生产和人民生活，小则引起用户长时间停电，严重时可引起发电、输电设备损坏。如果电缆终端、GIS本体、电缆本体等出现接地故障，影响发电厂的正常运行和供电，甚至导致整个电网瘫痪，从而影响系统的稳定与设备安全。电力设备接地故障给电力企业带来的经济损失是不可忽视的，一方面造成售电量减少，另一方面，故障维修要投入大量的人力、物力、财力。其次还给相关行业带来经济损失，如影响企业生产、居民生活，以及影响交通、信息等行业的正常运转。局部放电检测，作为对电力设备接地故障、绝缘故障等故障前有一定预警作用的检测手段，逐渐成为一种有效的试验手段并得到广泛的应用。

目前，国内外研制的局部放电监测装置很多，应用在电力产业的也很多，传统的局放在线监测装置采用的是硬件带通滤波的多频段的带通滤波器，其硬件滤波为宽频带通滤波、其包含的信息量过大，当中含有大量的干扰信号和噪音，很难有效的识别局放信号，将真正的局放信号提取。因为监测装置均为就地站，当需要监测不同频段的信号时则需要人为地通过软件去控制硬件BPF的切换，可操作性较低，需要人工去选择观察频段的范围。所以，如何改变多频带通滤波所存在的问题和选择带通滤波器时可操作性低的问题成为局部放电监测装置的一大课题。

高压设备在使用过程中会出现老化，老化后容易出现局部放电现象，局部放电现象可能会引起严重的电力故障，既而产生间接或直接的经济损失。因此，对高压电力设备进行长期局放在线监测是非常有必要的。根据局放信号的特征，局放信号是很微小,频率分布在1-50MHz之间，在这频段之内会伴随着一定大小的背景噪音(根据电力系统的接线结构和制作工艺的不同，噪音的大小和频段分布均有所不同)。

现有的长期在线局放监测装置主要通过硬件多频段带通滤波器(BPF)对采集到的信号进行分析和判别，采集的频段是由人为地控制软件去选择，可以选择的频段有1-5MHz、5-10MHz、10-20MHz、20-30MHz四个范围，频段内的范围过大，导致一个频段内信号的信噪比过低难于提取有效信息，而且需要人工依赖经验去手动选择选通频率，可操作性过低。从图1可知脉冲电流传感器CT采集到地信号传送到Switch选通开关，然后送到模拟信号处理单元，系统PC使用专用软件通过数字控制拓展单元来人工控制模拟信号处理单元内的多频段BPF带通滤波器的切换，通过滤波后的信号送到高速A/D转换与数字信号控制单元进行模数转换，然后传送到系统PC进行处理。现有技术的缺点在于。

1、每个频段范围过宽，除了有效的局放信号外，还包含了大量的噪声和各种干扰信号，严重干扰了有效信号的提取。

2、频段内的噪音水平可能过高，会造成有效信号频率内的信噪比过低。

3、需要人工去选择切换，依赖测试人员的经验去进行对比选择，可操作性低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置，包括依次连接的脉冲电流传感器、多频段带通滤波器、模数转换器及上位机，所述的上位机中设有窄频带通滤波模块和自动选频模块，所述的自动选频模块与所述的多频段带通滤波器连接，

该系统的工作过程为：脉冲电流传感器采集检测波形，利用自动选频模块对多频段带通滤波器自动选择频段，进行宽频滤波，然后将多频段带通滤波器输出的信号经模数转换器转换成数字信号，送入上位机，通过窄频滤波模块进行窄频滤波。

该系统还包括设置在脉冲电流传感器和多频段带通滤波器之间的多路选通开关，用于切换不同的监测点。

该系统还包括设置在多频段带通滤波器与自动选频模块之间的数字控制拓展单元，所述的数字控制拓展单元根据上位机的指令选择多频段带通滤波器的频段。

所述的窄频带通滤波模块的工作过程为：判断窄频带通滤波模块中的频段是否和所选的多频段带通滤波器的频段相同，如果不相同，就重新选通所需的多频段带通滤波器，如果相同，就执行窄频滤波。

所述的自动选频模块的工作过程为：自动选频模块选通所需选择频段的十进制，并将该十进制转换成二进制，然后自动选频模块将该二进制发送给数字控制拓展单元，由数字控制拓展单元选通该频段的高低电平，从而切换频段，实现自动选频。具体如下：

窄频带通滤波模块能独立算出信噪比最高的精确频段并且选通，其切换方式可根据测试需求，可进行远程遥控所需监控的频段的带通滤波器，或可通过软件自动切换所需监控的频段的带通滤波器，或可根据不同时段选定特定频段带通滤波器。该方法精度、灵敏度、可操作型高，解决了单频带通滤波器在线局放监测设备所存在的不足之处。

本发明可用于局放信号粗定位。具体由于局放信号在远距离传播的情况下，高频段信号衰减速度比低频段的快，所以就会造成在局放点离电流传感器CT的距离较远的时候，会在低频段采集到局放信号，而高频段就没有。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)由于增加了窄频段软件滤波，噪音大的频率就可以通过精确选频而过滤掉，从而提高了有效信号的信噪比，更能准确地捕捉到所需要的局放信号。

(2)软件算法根据信噪比大小去比较和自动选择最高信噪比的信号频率进行选通，从而提高了有效信号的信噪比的同时，简化手动根据经验去判断选择频率段的观察范围的过程，从而令操作变得更加便利简单，可操作性更高。

(3)让局放在线监控系统的自动化跟踪检测技术更上一个层次，自动化的程度更高。

(4)可选择的频率更多，配置方法多，可有效地利用精确频率切换的便利性去避开信号干扰的问题，提取有用有效的局放信号，另一方面可通过软件自动远程遥控切换不同频段的带通滤波器，无需人员到现场，同时也不需要人员自己手动选择即可完成带通滤波器各个频段的切换，其切换方式可根据测试需求去调整BPF切换软件的算法，可进行远程遥控所需监控的频段的带通滤波器，或可通过软件自动切换所需监控的频段的带通滤波器，或可根据不同时段选定特定频段带通滤波器，软硬件双重自动滤波，该方法精度、灵敏度、可操作性高，解决了硬件多频带通滤波器在线局放监测设备所存在的不足之处。

附图说明

图1为本发明的连接示意图；

图2为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置，包括依次连接的脉冲电流传感器、多路选通开关(Switch)，多频段带通滤波器、AD/DA转换模块及上位机，上位机中设有窄频带通滤波模块和自动选频模块，自动选频模块通过数字控制拓展单元与多频段带通滤波器连接，用于选择多频段带通滤波器的频段。多路选通开关(Switch)用于切换不同的监测点。

窄频带通滤波模块的工作过程为：判断窄频带通滤波模块中的频段是否和所选的多频段带通滤波器的频段相同，如果不相同，就重新选通所需的多频段带通滤波器，如果相同，就执行窄频滤波。比如，多频段带通滤波器包含的频段是1-5MHz、5-10MHz、10-20MHz、20-30MHz，窄频带通滤波模块可以通过上位机给一个指令，如显示5MHz，则经过窄频带通滤波模块滤波后则是1-5MHz中的5MHz的波形，此时多频段带通滤波器一定要选通的是1-5MHz，才可以经过窄频带通滤波模块滤出1-5MHz中的5MHz的波形。

自动选频模块的工作过程为：自动选频模块选通所需选择频段的十进制，并将该十进制转换成二进制，然后自动选频模块将该二进制发送给数字控制拓展单元并经AD/DA转换模块转换后，由数字控制拓展单元选通该频段的高低电平，从而切换频段，实现自动选频。具体如下：

如图2所示，该系统的工作过程为：脉冲电流传感器采集检测波形，利用自动选频模块对多频段带通滤波器自动选择频段，进行宽频滤波，然后将多频段带通滤波器输出的信号经模数转换器转换成数字信号，送入上位机，通过窄频滤波模块进行窄频滤波。max＝max(Io,In)？，n＝n+1，m>＝1000？表示从选择的窄频中，系统会自动计算，从所有的数据中选择最大的值输出并输出最优检测判断，采集并输出PRPD图谱及波形，并最终显示在电脑上。

窄频带通滤波模块能独立算出信噪比最高的精确频段并且选通，其切换方式可根据测试需求，可进行远程遥控所需监控的频段的带通滤波器，或可通过软件自动切换所需监控的频段的带通滤波器，或可根据不同时段选定特定频段带通滤波器。该方法精度、灵敏度、可操作性高，解决了单频带通滤波器在线局放监测设备所存在的不足之处。

本发明可用于局放信号粗定位。具体由于局放信号在远距离传播的情况下，高频段信号衰减速度比低频段的快，所以就会造成在局放点离脉冲电流传感器的距离较远的时候，会在低频段采集到局放信号，而高频段就没有。

用远程遥控BPF切换观察信号的时候，如果低频有局放信号，高频很低或者没有，那就证明局放点离这个正在采集的传感器有一定的距离，不会在这个脉冲电流传感器的附近。相反，如果另外一组传感器在高频和低频段都有看到局放信号，而且两个频段的信号水平都差不多，那就可以判断局放信号发生点发生在目前这个脉冲电流传感器的附近。在局放点离传感器比较远，同时又在观察高频段信号时，由于现有技术高频段的信号采集固定在20-30MHz之间，如果该频段有高频干扰，本身局放信号水平低的同时，就有可能无法观察到有用信号。使用软件自动控制选频，20-30MHz之间可以以精确到1MHz去选频，通过精选频，就可以选出干扰少的频段。

长期在线监测系统在平时的监测工作都是由系统软件算法自动控制整个系统去完成，无需人工去干预，在系统软件未接收到局放信号特征的中断源时，系统软件监测方式按如下过程执行；

软件首先控制硬件宽频带通滤波器选择在1-5MHz区间，输出1-5MHz区间信号后经AD/DA转换模块后由软件窄频带通滤波器分别采集1、2、3、4、5MHz的信号，每个窄频信号段采集时间为2秒，在完成采集每个窄频段的PRPD图谱和波形并输出显示后，系统软件返回控制选中硬件宽频带通滤波器下一个宽频段区间，然后重复完成上述步骤。如下表所示：

实施方式二

长期在线监测系统遇到局放信号中断源时，由实施方式二先执行故障定相判断，过程如下，先由软件自动控制硬件宽频滤波器采集4个频段的信号作比较，选取灵敏度最高的宽频段进行监测，同样再对比同频段三相的信号大小，选取信号水平最大的输出相为PD相。由此可以确定局放信号的来源是三相电缆中的哪一相。实施方式二主要为局放的定相步骤，由软件根据算法自动执行。

实施方式三

系统执行完实施方式二定相监测之后，软件自动切换模式进入定位判断。由于PD信号会以行波的方式在电缆中传播，随着电缆长度增加，信号会有一定的衰减，同时由于电缆阻抗特性，PD信号在长距离传播的过程中，高频信号衰减速度远比低频快，所以局放点如果离一个测试点较远的时候，在高频段就无法采集到局放信号了。所以在执行定位判断过程中，选择1-5MHz的低频段会容易采集到PD波形，过程如下，在实施方式二已经确定好故障相的同时，软件控制硬件宽频带通滤波器锁定在1-5MHz之间，在故障相内同时比较各个测试点信号大小，并且输出各点信号视在量。系统软件自动切换进窄频带通滤波，自动比较并且输出故障相内不同测试点的最佳窄频段信号波形，最后根据波形利用局放信号传播到两测试点之间的时间差进行计算，得出精确的定位。

Claims (5)

1.一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置，其特征在于，包括依次连接的脉冲电流传感器、多频段带通滤波器、模数转换器及上位机，所述的上位机中设有窄频带通滤波模块和自动选频模块，所述的自动选频模块与所述的多频段带通滤波器连接，

该系统的工作过程为：脉冲电流传感器采集检测波形，利用自动选频模块对多频段带通滤波器自动选择频段，进行宽频滤波，然后将多频段带通滤波器输出的信号经模数转换器转换成数字信号，送入上位机，通过窄频滤波模块进行窄频滤波。

2.根据权利要求1所述的一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置，其特征在于，还包括设置在脉冲电流传感器和多频段带通滤波器之间的多路选通开关，用于切换不同的监测点。

3.根据权利要求1所述的一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置，其特征在于，还包括设置在多频段带通滤波器与自动选频模块之间的数字控制拓展单元，所述的数字控制拓展单元根据上位机的指令选择多频段带通滤波器的频段。

4.根据权利要求1所述的一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置，其特征在于，所述的窄频带通滤波模块的工作过程为：判断窄频带通滤波模块中的频段是否和所选的多频段带通滤波器的频段相同，如果不相同，就重新选通所需的多频段带通滤波器，如果相同，就执行窄频滤波。

5.根据权利要求3所述的一种通过遥控选频实施局放在线监测的带通滤波装置，其特征在于，所述的自动选频模块的工作过程为：自动选频模块选通所需选择频段的十进制，并将该十进制转换成二进制，然后自动选频模块将该二进制发送给数字控制拓展单元，由数字控制拓展单元选通该频段的高低电平，从而切换频段，实现自动选频。