CN106324538B - 一种局部放电自动校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种局部放电自动校准系统，所述系统包括工控机、控制信号发生器、脉冲发生电路和采集器；控制器信号发生器连接于工控机的输出端与脉冲发生电路之间，采集器与工控机的输入端连接；脉冲发生电路的输出端与电力设备试品的输入端连接；采集器的输入端与局部放电测量系统的输出端连接。与现有技术相比，本发明提供的一种局部放电自动校准系统，集成控制、信号生成、信号采集、波形分析等多项功能于一体，克服现有局部放电测量系统效率低、校准范围窄、校准档位少的缺陷，同时减少了繁杂的人工操作，显著提高工作效率。

Description

一种局部放电自动校准系统

技术领域

本发明涉及输变电设备技术领域，具体涉及一种局部放电自动校准系统。

背景技术

脉冲电流法由于其离线测量灵敏度高，而且可用已知电荷量的脉冲注入校正定量，从而测出放电量的优点，广泛应用于局部放电测量中。

局部放电的电信号具有非常宽的频谱，约从数百赫兹到数百兆赫兹。而目前广泛使用的脉冲电流法为了避开无线电干扰，主要利用局部放电信号频谱中的较低频段部分，一般为数千赫兹至数百千赫兹(至多为数兆赫兹)，因此信号中包含的信息少，同时抗干扰能力也较差，在应用于在线监测时尤其明显。

如果能够在获取尽可能多的放电信息前提下，又有效地滤除现场的干扰，将非常有利于局部放电的测量和在线监测。基于高频电流法的局部放电检测则是对传统脉冲电流法的有益扩展，该方法利用高速数据采集技术(100MS/s)比较准确地记录较长时间的局部放电信号的脉冲电流波形，利用现代计算机的强大处理能力，根据放电信号与干扰信号在脉冲波形特征和相对于工频试验电压相位的差异来分离放电信号与干扰，进而进行放电的定量、定位与放电模式识别，为故障诊断和维修提供有效的依据。

放电量是局部放电测量中最重要的参数之一，而只有经过定量校准后才能确定放电量的大小数值。放电量的校准是局部放电测量中的重要环节之一，它直接影响了定量的准确性。从理论上讲，校准脉冲的电压波形应与实际局部放电产生的脉冲电压波形相似，在测量中才不至于产生很大的误差。因而要求校正脉冲发生电路的前沿应该尽量小，才能接近气隙放电的相应特性。由于传统的脉冲电流法中使用的频带较低，同时过分要求降低前沿，对发生器的制作有一定难度，校正脉冲发生电路的前沿不得超过60ns。

综上，对于脉冲电流及高频电流局部放电测量系统，需要通过外部注入一定电荷量脉冲的方法对检测系统进行视在放电量的校准，目前均使用局部放电脉冲发生电路对检测系统进行校准，主要存在以下问题：

①：脉冲发生电路输出信号的范围窄、档位少。目前大部脉冲发生电路仅能够在5pC-500pC的范围内输出5-10档的校准脉冲信号，无法根据实际的测试需求进行大范围内放电量的定量校准。

②：脉冲发生电路与检测主机之间缺少通讯及反馈机制。局部放电校准时需要通过人工“叫唱”的方式手动记录校准结果，工作效率低下且容易出现由于误操作而导致的校准错误。

因此，需要提供一种能够在计算机远程控制下实现放电量校准脉冲的连续输出的局部放电自动校准系统。

发明内容

为了满足局部放电校准工作的需要，本发明提供了一种局部放电自动校准系统。

本发明的技术方案是：

所述系统包括与局部放电测量系统输入端连接的电力设备试品，以及工控机、控制信号发生器、脉冲发生电路和采集器；所述控制器信号发生器连接于工控机的输出端与脉冲发生电路之间，采集器与工控机的输入端连接；

所述脉冲发生电路的输出端与所述电力设备试品的输入端连接；

所述采集器的输入端与所述局部放电测量系统的输出端连接。

优选的，所述工控机包括脉冲参数设置单元、采样参数设置单元、校准系数计算单元和数据库；

所述脉冲参数设置单元，用于设定局部放电试验的视在放电量的电荷量和脉冲重复率，并将所述视在放电量的电荷量、脉冲重复率、脉冲幅值和脉冲占空比进行D/A转换后发送到控制信号发生器；

所述采样参数设置单元，用于设定所述采集器的采样率；

所述校准系数计算单元，接收所述采集器发送的校准信号响应波形，分析所述校准信号响应波形，并计算视在放电量的换算系数；

数据库，用于存储每次局部放电试验时所述脉冲发生电路输出的视在放电量的电荷量，以及与其对应的所述电力设备试品的校准信号响应波形和换算系数；

优选的，所述校准系数计算单元分析所述校准信号响应波形，包括消除所述校准信号响应波形的背景噪声和干扰信号后，获取校准信号响应波形的峰值信号，依据所述峰值信号计算所述视在放电量的换算系数；

优选的，所述控制信号发生器包括计数脉冲信号发生单元和直流电压信号发生单元；

所述计数脉冲信号发生单元，依据所述工控机发送的脉冲重复率、脉冲幅值和脉冲占空比向所述脉冲发生电路输出计数脉冲信号；

所述直流电压信号发生单元，用于向所述脉冲发生电路发送直流电压发生指令，脉冲发生电路依据所述直流电压发生指令输出0～10V内任一幅值的直流电压；

优选的，所述脉冲发生电路包括直流电源、功率半导体器件、限流电阻、标准电容、快速二极管和匹配电阻；

所述限流电阻连接于直流电源的输出端与功率半导体器件的集电极之间；

所述功率半导体器件的基极与所述控制信号发生器的技术脉冲信号发生单元的输出端连接，发射极接地；

所述标准电容和匹配电阻形成串联支路，所述串联支路连接于在功率半导体器件的集电极和发射极之间；

所述快速二极管的阳极连接于标准电容和匹配电阻之间，阴极与所述发射极连接；

优选的，所述标准电容连接于所述限流电阻与所述集电极之间，所述匹配电阻与所述发射极连接；所述匹配电阻的两端分别设有信号输出端子，所述信号输出端子与电力设备试品的输入端连接；

所述脉冲发生电路输出的校准脉冲信号为所述匹配电阻两端的电压信号。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种局部放电自动校准系统，只需在工控机中输入校准参数即可自动完成局部放电测量系统的视在放电量校准，避免了传统校准方法的繁杂操作，可显著提高局部放电校准效率、降低由于人员疏忽而造成的误操作概率；

2、本发明提供的一种局部放电自动校准系统，能够输出5pC～200nC的范围内连续可调任意放电量的校准脉冲，从而对局部放电测量系统在超宽放电量范围内进行连续的视在放电量校准，避免了现有校准系统中由于校准档位少且不能连续可调而产生的非线性校准误差，极大程度提高了局部放电测量中视在放电量的校准精度；

3、本发明提供的一种局部放电自动校准系统，集成控制、信号生成、信号采集、波形分析等多项功能于一体，克服现有局部放电测量系统效率低、校准范围窄、校准档位少的缺陷，同时减少了繁杂的人工操作，显著提高工作效率。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种局部放电自动校准系统结构示意图；

图2：本发明实施例中控制模块控制方法流程图；

图3：本发明实施例中信号发生模块结构示意图；

图4：本发明实施例中校准脉冲电压波形图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种局部放电自动校准系统，能够在计算机远程控制下实现5pC～200nC范围内任意放电量校准脉冲的连续可调输出，自动完成响应信号的采集、上传，通过计算机分析并保存各档位放电量校准的结果，最终完成超宽放电量范围内视在放电量的自动校准。

本发明中一种局部放电自动校准系统的实施例如图1所示，具体为：

该校准系统包括工控机、控制信号发生器、脉冲发生电路和采集器；

控制器信号发生器连接于工控机的输出端与脉冲发生电路之间，采集器与工控机的输入端连接；脉冲发生电路的输出端与电力设备试品的输入端连接；采集器的输入端与局部放电测量系统的输出端连接。

1、工控机

工控机包括脉冲参数设置单元、采样参数设置单元、校准系数计算单元和数据库。

(1)脉冲参数设置单元

该单元用于设定局部放电试验的视在放电量和脉冲重复率，并将视在放电量、脉冲重复率、脉冲幅值和脉冲占空比进行D/A转换后发送到控制信号发生器。

(2)采样参数设置单元

该单元用于设定采集器的采样率和采样信号触发方式。

(3)校准系数计算单元

该单元用于接收采集器发送的校准信号响应波形，分析校准信号响应波形，并计算视在放电量的换算系数。

①：校准系数计算单元对校准信号响应波形的分析包括：

首先消除校准信号响应波形的背景噪声和干扰信号，然后获取该校准信号响应波形的峰值信号，依据峰值信号计算视在放电量的换算系数。

②：本实施例中工控机根据DL417-91《电力设备局部放电现场测量导则》的要求计算各视在放电量对应的换算系数，具体为：

脉冲信号发生电路向试品两端注入电荷量为q₀的视在放电量，得到试品的校准信号响应波形L'，取下脉冲信号发生电路，直接在试品两端加电压试验，当试品内部放电时得到试品的信号响应波形L，则可得换算系数K_h为：

K_h＝L/L' (1)

(4)数据库

该数据库，用于存储脉冲发生电路每次试验时输出的视在放电量的电荷量，以及与其对应的电力设备试品的校准信号响应波形和换算系数，便于局部放电检测时调用，例如：

对电荷量为10pC的视在放电量，记录如下信息：

①：10pC视在放电量对应的校准信号响应波形的二维数组；

②：10pC视在放电量对应的换算系数；

对试验中所有被校准的视在放电量均按照上述方法分类保存数据，所有数据保存完成后的数据库也可称之为“视在放电量校准数据库”。

本实施例中工控机数据处理流程如图2所示，技术人员通过人机交互界面设置视在放电量、脉冲重复率等参数，将上述参数信息发送到控制信号发生器。

2、控制信号发生器

控制信号发生器包括计数脉冲信号发生单元和直流电压信号发生单元。

计数脉冲信号发生单元，依据工控机发送的脉冲重复率、脉冲幅值和脉冲占空比向脉冲发生电路输出计数脉冲信号。本实施例中计数脉冲信号的脉冲幅值为5V/0V，脉冲频率为50Hz～1kHz，占空比为10％～90％，其中脉冲频率和占空比均按照工控机的输出信号设定。

直流电压信号发生单元，用于向脉冲发生电路发送直流电压发生指令，脉冲发生电路依据直流电压发生指令输出0～10V内任一幅值的直流电压。

3、脉冲发生电路

如图3所示，脉冲发生电路包括直流电源VCC、功率半导体器件Q1、限流电阻R1、标准电容Cs、快速二极管Ds和匹配电阻Rs。

限流电阻R1连接于直流电源VCC的输出端与功率半导体器件Q1的集电极之间；功率半导体器件Q1的基极与控制信号发生器的计数脉冲信号发生单元的输出端连接，发射极接地。

标准电容Cs和匹配电阻Rs形成串联支路，该串联支路连接于在功率半导体器件Q1的集电极和发射极之间，具体是：标准电容Cs连接于限流电阻R1与上述集电极之间，匹配电阻Rs与发射极连接。

快速二极管Ds的阳极连接于标准电容Cs和匹配电阻Rs之间，阴极与发射极连接。

匹配电阻Rs的两端分别设有信号输出端子，信号输出端子M1和信号输出端子M2构成脉冲发生电路的输出端，与电力设备试品的输入端连接，即脉冲发生电路输出的校准脉冲信号为匹配电阻Rs两端的电压信号。

本实施例中脉冲发生电路的工作过程为：

(1)当控制信号发生器输出的计数脉冲信号Vp处于低电平时，功率半导体器件Q1处于关断状态，直流电源VCC通过限流电阻R1对标准电容Cs充电，此时快速二极管Ds导通，为标准电容Cs提供一个快速充电通过。技术人员对直流电源VCC、限流电阻R1和标准电容Cs的参数进行合理设定，使得标准电容Cs在计数脉冲信号Vp一个周期的低电平时间内完成充电，标准电容Cs完成充电后，其储存的电荷量q₀＝C₀×U₀，C₀为标准电容Cs的电容量，U₀为直流电源VCC的输出电压。

(2)当控制信号发生器输出的计数脉冲信号Vp处于高电平时，快速二极管Ds截止，标准电容Cs通过功率半导体器件Q1和匹配电阻Rs回路放电，标准电容Cs中存储的电荷在匹配电阻Rs两端产生脉冲电压信号。本实施例中脉冲发生电路能够产生5pC～200nC范围内任意放电量对应的双指数校准脉冲，如图4所示，校准脉冲波形的上升时间t_r不大于60ns，波形衰减t_d在100～1000us之间。

脉冲发生电路输出的校准脉冲信号能够对局部放电测量系统及高频局部放电测量系统进行视在放电量的校准，本实施例中局部放电测量系统满足GB/T 7354-2003《局部放电测量》的要求，高频局部放电测量系统满足输变电设备技术领域的相关技术规范。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

Claims (4)

1.一种局部放电自动校准系统，所述局部放电自动校准系统包括与局部放电测量系统输入端连接的电力设备试品，其特征在于，所述局部放电自动校准系统包括工控机、控制信号发生器、脉冲发生电路和采集器；所述控制信号发生器连接于工控机的输出端与脉冲发生电路之间，采集器与工控机的输入端连接；

所述脉冲发生电路的输出端与所述电力设备试品的输入端连接；

所述采集器的输入端与所述局部放电测量系统的输出端连接；

所述工控机包括脉冲参数设置单元、采样参数设置单元、校准系数计算单元和数据库；

所述脉冲参数设置单元，用于设定局部放电试验的视在放电量的电荷量和脉冲重复率，并将所述视在放电量的电荷量、脉冲重复率、脉冲幅值和脉冲占空比进行D/A转换后发送到控制信号发生器；

所述采样参数设置单元，用于设定所述采集器的采样率；

所述校准系数计算单元，接收所述采集器发送的校准信号响应波形，分析所述校准信号响应波形，并计算视在放电量的换算系数；

所述数据库，用于存储每次局部放电试验时所述脉冲发生电路输出的视在放电量的电荷量，以及与其对应的所述电力设备试品的校准信号响应波形和换算系数；

所述脉冲发生电路包括直流电源、功率半导体器件、限流电阻、标准电容、快速二极管和匹配电阻；

所述限流电阻连接于直流电源的输出端与功率半导体器件的集电极之间；

所述功率半导体器件的基极与所述控制信号发生器的计数脉冲信号发生单元的输出端连接，发射极接地；

所述标准电容和匹配电阻形成串联支路，所述串联支路连接于在功率半导体器件的集电极和发射极之间；

所述快速二极管的阳极连接于标准电容和匹配电阻之间，阴极与所述发射极连接。

2.如权利要求1所述的局部放电自动校准系统，其特征在于，所述校准系数计算单元分析所述校准信号响应波形，包括消除所述校准信号响应波形的背景噪声和干扰信号后，获取校准信号响应波形的峰值信号，依据所述峰值信号计算所述视在放电量的换算系数。

3.如权利要求1所述的局部放电自动校准系统，其特征在于，所述控制信号发生器包括计数脉冲信号发生单元和直流电压信号发生单元；

所述计数脉冲信号发生单元，依据所述工控机发送的脉冲重复率、脉冲幅值和脉冲占空比向所述脉冲发生电路输出计数脉冲信号；

所述直流电压信号发生单元，用于向所述脉冲发生电路发送直流电压发生指令，脉冲发生电路依据所述直流电压发生指令输出0～10V内任一幅值的直流电压。

4.如权利要求1所述的局部放电自动校准系统，其特征在于，所述标准电容连接于所述限流电阻与所述集电极之间，所述匹配电阻与所述发射极连接；所述匹配电阻的两端分别设有信号输出端子，所述信号输出端子与电力设备试品的输入端连接；

所述脉冲发生电路输出的校准脉冲信号为所述匹配电阻两端的电压信号。