CN106405357A - 一种特高压输变电设备直流局部放电测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特高压输变电设备直流局部放电测试系统，包括直流局部放电测量模块、局部放电测量用直流高电压发生器模块和局部放电测量用无局放和局放耦合模块，并电性连接。在测量系统中，利用CPLD芯片和FIFO存储芯片组成的硬件流水线以A/D采样的速度同步高速运行，保证硬件系统能够在保留了局部放电的主要波形数据的基础上边高速采样边读数，实现长时间连续不间断存储分析局部放电数据。并且利用windows平台大容量存储器来缓存从FIFO存储芯片中读进来的局部放电数据，从而满足后续处理的需要。
Description
技术领域
本发明涉及放电测试系统技术领域，更具体的涉及一种特高压输变电设备直流局部放电测试系统及方法。
背景技术
随着特高压直流工程建设的发展，换流变的绝缘结构变得越来越复杂。根据GB7354-2003、IEC60076和IEC60270标准换流变在生产制造厂已进行了相应的绝缘试验和考核，但换流变经过运输和现场安装后，在换流站内缺乏考核手段，目前仅只能进行直流泄漏电流试验，而这种试验是在宏观上的考核，换流变阀侧绝缘状况得不到真实的反映，因此，其可靠性、安全性得不到保证。
局部放电是检测电器设备绝缘最为有效的手段，然而现在却没有适用于现场使用的直流局部放电测试装置和设备。因此需要通过开展特高压直流局部放电试验的研究，研制出适用于现场使用、具有自主知识产权的直流局部放电测量设备和电测量方法，满足特高压直流工程运行和维护的需要。
发明内容
本发明实施例提供一种特高压输变电设备直流局部放电测试系统及方法，用以解决现有技术中存在目前放电测试系统仅只能进行直流泄漏电流试验存在的可靠性、安全性得不到保证的问题。
本发明提供的技术方案是：
一种特高压输变电设备直流局部放电测试系统，包括直流局部放电测量模块、局部放电测量用直流高电压发生器模块、局部放电测量用无局放和局放耦合模块，所述直流局部放电测量模块与局部放电测量用直流高电压发生器模块电性连接；所述直流局部放电测量模块与局部放电测量用无局放和局放耦合模块电性连接。
优选的，所述直流局部放电测量模块，包括如下器件：检测阻抗、程控放大器、程控滤波器、两个A/D、CPLD芯片、FIFO存储芯片、工控机和显示存储打印机，局放信号经检测阻抗接收后，由程控放大器进行程控放大，再由程控滤波器进行程控滤波，然后信号通过第一个所述A/D进行电流转化，通过第一个所述A/D的电流转化后传输给所述CPLD芯片和所述FIFO存储芯片组成的硬件流水线以第一个所述A/D采样的速度同步高速运行，然后通过所述工控机的windows平台上的大容量存储器来缓存从所述FIFO存储芯片中读进来的局部放电数据，最后进行所述显示存储打印，所述零标信号负责给所述CPLD芯片提供标准的样本信号，所述CPLD芯片处理的信号可以循环进行给所述程控放大器、所述程控滤波器和第一个所述A/D的处理，所述CPLD芯片处理的信号循环到第二个所述A/D后通过所述试验电压对比后反馈给所述CPLD芯片进行处理。
优选的，局部放电测量用无局放和局放耦合模块，包括如下器件：高频加压电源、无局放电阻分压器、双耦合电容器、电感，双耦合电容器、电感并行连接，而后与无局放电阻分压器、高频加压电源连接，构成局部放电测量用无局放和局放耦合模块。
本发明还提供了一种特高压输变电设备直流局部放电测试方法，由局部放电测量用直流高电压发生器模块为直流局部放电测量模块提供局放信号，局放信号经直流局部放电测量模块与零标信号进行比对处理，获得局部放电数据并进行显示存储打印，直流局部放电测量模块对处理中的局部放电数据进行循环处理并与局部放电测量用无局放和局放耦合模块输出的试验电压对比后进行反馈处理。
优选的，所述局部放电测量用直流高电压发生器模块的实现方法为：第一，适用于局部放电测量用直流高电压发生器模块的参数指标：输出电压：±1200kV，输出电流：10mA，输出电压纹波：<0.5％，电压稳定性：0.50％，电压调节度：0.1％和整体局放水平：<1000pC；第二，依据局部放电测量用直流高电压发生器模块的实际参数、电源的频率，在加压方式上，采用低压侧2～20kHz并结合直流局部放电测量模块的数字处理的方法，确定局部放电测量用直流高电压发生器模块的低压最佳频率段。
优选的，所述局部放电测量用无局放和局放耦合模块的实现方法为：第一，选用直流±1200kV无局放电阻分压器达到无局放的水平，具体指标为：分压器变化：12000：1，分压整体电阻：<3000MΩ，分压器精度：0.5％和分压器局放水平：<100pC；第二，所述局放耦合装置采用双耦合电容器加电感方式，组成Π型滤波回路，一方面隔阻电源侧发生局部放电，另一方面滤除由于高频加压电源所产生的干扰，同时，利用试品侧的双耦合电容器来耦合被测设备所产生的局部放电信号，具体指标为：耦合电容器：2×1000pF/±1200kV，阻波电感量：5～10mH和阻波电感流通能力为：1A。
优选的，局放信号经检测阻抗接收后，由程控放大器进行程控放大，再由程控滤波器进行程控滤波，然后信号通过第一个所述A/D进行电流转化，通过第一个所述A/D的电流转化后传输给所述CPLD芯片和所述FIFO存储芯片组成的硬件流水线以第一个所述A/D采样的速度同步高速运行，然后通过所述工控机的windows平台上的大容量存储器来缓存从所述FIFO存储芯片中读进来的局部放电数据，最后进行所述显示存储打印，所述零标信号负责给所述CPLD芯片提供标准的样本信号，所述CPLD芯片处理的信号可以循环进行给所述程控放大器、所述程控滤波器和第一个所述A/D的处理，所述CPLD芯片处理的信号循环到第二个所述A/D后通过所述试验电压对比后反馈给所述CPLD芯片进行处理。
在本发明中，该特高压输变电设备直流局部放电测试系统采用通用PC总线接口、大容量CPLD芯片控制采样通讯的一种高集成度、成本较低的先进技术，从而降低设备成本、有利于大规模推广使用。同时利用数字信号处理技术，对直流下局部放电进行准确的分析和统计、进一步完善局部放电测试系统的抗干扰能力和分析模式。根据直流局部放电测量的特点，为达到长时间连续不间断存储分析局部放电数据的目的，本发明采用两大核心技术：硬件流水线和大缓存软件数据处理。在所述系统中，利用CPLD芯片和FIFO存储芯片组成的硬件流水线以A/D采样的速度同步高速运行，保证硬件系统能够在保留了局部放电的主要波形数据的基础上边高速采样边读数，为实现长时间连续不间断存储分析局部放电数据。大缓存软件数据处理技术主要是软件处理技术，是利用windows平台大容量存储器来缓存从FIFO存储芯片中读进来的局部放电数据，从而满足后续处理的需要。软件是运行在windows平台下，充分运用操作系统多任务分时处理特性，创建多个进程完成大流量的取数、传数、处理、显示等数据处理流程，从而达到长时间连续不间断存储分析局部放电数据的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种特高压输变电设备直流局部放电测试系统组成示意图；
图2为本发明实施例提供的直流局部放电测量模块原理示意图。
具体实施方式
一种特高压输变电设备直流局部放电测试系统，包括直流局部放电测量模块、局部放电测量用直流高电压发生器模块、局部放电测量用无局放和局放耦合模块，所述直流局部放电测量模块与局部放电测量用直流高电压发生器模块电性连接；所述直流局部放电测量模块与局部放电测量用无局放和局放耦合模块电性连接。
所述直流局部放电测量模块，包括如下器件：检测阻抗、程控放大器、程控滤波器、两个A/D、CPLD芯片、FIFO存储芯片、工控机和显示存储打印机，局放信号经检测阻抗接收后，由程控放大器进行程控放大，再由程控滤波器进行程控滤波，然后信号通过第一个所述A/D进行电流转化，通过第一个所述A/D的电流转化后传输给所述CPLD芯片和所述FIFO存储芯片组成的硬件流水线以第一个所述A/D采样的速度同步高速运行，然后通过所述工控机的windows平台上的大容量存储器来缓存从所述FIFO存储芯片中读进来的局部放电数据，最后进行所述显示存储打印，所述零标信号负责给所述CPLD芯片提供标准的样本信号，所述CPLD芯片处理的信号可以循环进行给所述程控放大器、所述程控滤波器和第一个所述A/D的处理，所述CPLD芯片处理的信号循环到第二个所述A/D后通过所述试验电压对比后反馈给所述CPLD芯片进行处理。
所述局部放电测量用无局放和局放耦合模块，包括如下器件：高频加压电源、无局放电阻分压器、双耦合电容器、电感，所述双耦合电容器和电感并行连接，而后与无局放电阻分压器、高频加压电源连接，构成局部放电测量用无局放和局放耦合模块。
一种特高压输变电设备直流局部放电测试方法，通过局部放电测量用直流高电压发生器模块为直流局部放电测量模块提供局放信号，局放信号经直流局部放电测量模块与零标信号进行比对处理，获得局部放电数据并进行显示存储打印，直流局部放电测量模块对处理中的局部放电数据进行循环处理并与局部放电测量用无局放和局放耦合模块输出的试验电压对比后进行反馈处理。
所述局部放电测量用直流高电压发生器模块的实现方法为：第一，适用于局部放电测量用直流高电压发生器模块的参数指标：输出电压：±1200kV，输出电流：10mA，输出电压纹波：<0.5％，电压稳定性：0.50％，电压调节度：0.1％和整体局放水平：<1000pC；第二，依据局部放电测量用直流高电压发生器模块的实际参数、电源的频率，在加压方式上，采用低压侧2～20kHz并结合直流局部放电测量模块的数字处理的方法，确定局部放电测量用直流高电压发生器模块的低压最佳频率段。
所述局部放电测量用无局放和局放耦合模块的实现方法为：第一，选用直流±1200kV无局放电阻分压器达到无局放的水平，具体指标为：分压器变化：12000：1，分压整体电阻：<3000MΩ，分压器精度：0.5％和分压器局放水平：<100pC；第二，所述局放耦合装置采用双耦合电容器加电感方式，组成Π型滤波回路，一方面隔阻电源侧发生局部放电，另一方面滤除由于高频加压电源所产生的干扰，同时，利用试品侧的双耦合电容器来耦合被测设备所产生的局部放电信号，具体指标为：耦合电容器：2×1000pF/±1200kV，阻波电感量：5～10mH和阻波电感流通能力为：1A。
局放信号经检测阻抗接收后，由程控放大器进行程控放大，再由程控滤波器进行程控滤波，然后信号通过第一个所述A/D进行电流转化，通过第一个所述A/D的电流转化后传输给所述CPLD芯片和所述FIFO存储芯片组成的硬件流水线以第一个所述A/D采样的速度同步高速运行，然后通过所述工控机的windows平台上的大容量存储器来缓存从所述FIFO存储芯片中读进来的局部放电数据，最后进行所述显示存储打印，所述零标信号负责给所述CPLD芯片提供标准的样本信号，所述CPLD芯片处理的信号可以循环进行给所述程控放大器、所述程控滤波器和第一个所述A/D的处理，所述CPLD芯片处理的信号循环到第二个所述A/D后通过所述试验电压对比后反馈给所述CPLD芯片进行处理。
该特高压输变电设备直流局部放电测试系统采用通用PC总线接口、大容量CPLD芯片控制采样通讯的一种高集成度、成本较低的先进技术，从而降低设备成本、有利于大规模推广使用。同时利用数字信号处理技术，对直流下局部放电进行准确的分析和统计、进一步完善局部放电测试系统的抗干扰能力和分析模式。根据直流局部放电测量的特点，为达到长时间连续不间断存储分析局部放电数据的目的，本发明采用两大核心技术：硬件流水线和大缓存软件数据处理。在所述系统中，利用CPLD芯片和FIFO存储芯片组成的硬件流水线以A/D采样的速度同步高速运行，保证硬件系统能够在保留了局部放电的主要波形数据的基础上边高速采样边读数，为实现长时间连续不间断存储分析局部放电数据。大缓存软件数据处理技术主要是软件处理技术，是利用windows平台大容量存储器来缓存从FIFO存储芯片中读进来的局部放电数据，从而满足后续处理的需要。软件是运行在windows平台下，充分运用操作系统多任务分时处理特性，创建多个进程完成大流量的取数、传数、处理、显示等数据处理流程，从而达到长时间连续不间断存储分析局部放电数据的目的。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种特高压输变电设备直流局部放电测试系统，其特征在于，包括直流局部放电测量模块、局部放电测量用直流高电压发生器模块、局部放电测量用无局放和局放耦合模块，所述直流局部放电测量模块与局部放电测量用直流高电压发生器模块电性连接；所述直流局部放电测量模块与局部放电测量用无局放和局放耦合模块电性连接。
2.如权利要求1所述的特高压输变电设备直流局部放电测试系统，其特征在于，所述直流局部放电测量模块，包括如下器件：检测阻抗、程控放大器、程控滤波器、两个A/D、CPLD芯片、FIFO存储芯片、工控机和显示存储打印机，局放信号经检测阻抗接收后，由程控放大器进行程控放大，再由程控滤波器进行程控滤波，然后信号通过第一个所述A/D进行电流转化，通过第一个所述A/D的电流转化后传输给所述CPLD芯片和所述FIFO存储芯片组成的硬件流水线以第一个所述A/D采样的速度同步高速运行，然后通过所述工控机的windows平台上的大容量存储器来缓存从所述FIFO存储芯片中读进来的局部放电数据，最后进行所述显示存储打印，所述零标信号负责给所述CPLD芯片提供标准的样本信号，所述CPLD芯片处理的信号可以循环进行给所述程控放大器、所述程控滤波器和第一个所述A/D的处理，所述CPLD芯片处理的信号循环到第二个所述A/D后通过所述试验电压对比后反馈给所述CPLD芯片进行处理。
3.如权利要求1所述的特高压输变电设备直流局部放电测试系统，其特征在于，所述局部放电测量用无局放和局放耦合模块，包括如下器件：高频加压电源、无局放电阻分压器、双耦合电容器、电感，所述双耦合电容器和电感并行连接，而后与无局放电阻分压器、高频加压电源连接，构成局部放电测量用无局放和局放耦合模块。
4.一种特高压输变电设备直流局部放电测试方法，其特征在于，通过局部放电测量用直流高电压发生器模块为直流局部放电测量模块提供局放信号，局放信号经直流局部放电测量模块与零标信号进行比对处理，获得局部放电数据并进行显示存储打印，直流局部放电测量模块对处理中的局部放电数据进行循环处理并与局部放电测量用无局放和局放耦合模块输出的试验电压对比后进行反馈处理。
5.根据权利要求4所述的特高压输变电设备直流局部放电测试方法，其特征在于，所述局部放电测量用直流高电压发生器模块的实现方法为：第一，适用于局部放电测量用直流高电压发生器模块的参数指标：输出电压：±1200kV，输出电流：10mA，输出电压纹波：<0.5％，电压稳定性：0.50％，电压调节度：0.1％和整体局放水平：<1000pC；第二，依据局部放电测量用直流高电压发生器模块的实际参数、电源的频率，在加压方式上，采用低压侧2～20kHz并结合直流局部放电测量模块的数字处理的方法，确定局部放电测量用直流高电压发生器模块的低压最佳频率段。
6.根据权利要求4所述的特高压输变电设备直流局部放电测试方法，其特征在于，所述局部放电测量用无局放和局放耦合模块的实现方法为：第一，选用直流±1200kV无局放电阻分压器达到无局放的水平，具体指标为：分压器变化：12000：1，分压整体电阻：<3000MΩ，分压器精度：0.5％和分压器局放水平：<100pC；第二，所述局放耦合模块采用双耦合电容器加电感方式，组成Π型滤波回路，一方面隔阻电源侧发生局部放电，另一方面滤除由于高频加压电源所产生的干扰，同时，利用试品侧的双耦合电容器来耦合被测设备所产生的局部放电信号，具体指标为：耦合电容器：2×1000pF/±1200kV，阻波电感量：5～10mH和阻波电感流通能力为：1A。
7.根据权利要求4所述的一种特高压输变电设备直流局部放电测试方法，其特征在于，局放信号经检测阻抗接收后，由程控放大器进行程控放大，再由程控滤波器进行程控滤波，然后信号通过第一个所述A/D进行电流转化，通过第一个所述A/D的电流转化后传输给所述CPLD芯片和所述FIFO存储芯片组成的硬件流水线以第一个所述A/D采样的速度同步高速运行，然后通过所述工控机的windows平台上的大容量存储器来缓存从所述FIFO存储芯片中读进来的局部放电数据，最后进行所述显示存储打印，所述零标信号负责给所述CPLD芯片提供标准的样本信号，所述CPLD芯片处理的信号可以循环进行给所述程控放大器、所述程控滤波器和第一个所述A/D的处理，所述CPLD芯片处理的信号循环到第二个所述A/D后通过所述试验电压对比后反馈给所述CPLD芯片进行处理。
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