CN106643873A - 一种局部放电和温度的复合检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部放电和温度的复合检测系统，其包括：温度传感器，其用于发射表征目标温度大小的温度信号；复合传感天线，其用于接收和发射信号；阅读器，其与所述复合传感天线连接；其中，所述阅读器被配置为：在一时间段内接收所述目标产生的局部放电信号；在另一时间段内通过所述复合传感天线发射激励信号以触发所述温度传感器发射所述温度信号，并接收该温度信号。相应地，本发明还公开了一种局部放电和温度的复合检测方法。本发明的系统和方法可以分时复合检测目标(尤其是高压电力设备)的局部放电和温度两种特征量，以基于该两种特征量之间的关联更好地评估目标的状态，为设备的差异化状态检修策略提供支持。

Description

一种局部放电和温度的复合检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种检测技术，尤其涉及一种局部放电和温度的复合检测系统及方法。

背景技术

电力设备在长期运行和装配过程中存在的人为因素、电效应、热效应以及化学效应等因素，会造成绝缘劣化，导致电气绝缘强度降低，引起局部放电，或者出现导电连接部分的接触不良，内部温度过高等不利因素。各种统计数据显示局部放电和发热是电力设备在运行中最主要的两种缺陷类型。因此局部放电检测和温度检测也是目前广泛应用于电力设备检测的两种检测方式。

局部放电的检测主要有脉冲电流法、特高频检测法、高频电流检测法、超声检测法等。其中脉冲电流不适用于现场检测，较为成熟的局部放电检测技术主要有超高频和超声波局部放电检测法，在线局放监测设备主要采用超高频原理，目前一般都是采取内部合适位置安装内置式传感器或在外部电磁波可泄露出来的地方安装外置式超高频探头的方式。

温度检测采用的方式主要包括：红外测温、光纤测温以及声表面波(SAW)无源无线测温等。红外测温主要采用人工巡检的方式，但无法绕过遮挡物测量温度，光纤传感器设备造价较高，声表面波无源无线测温方案在高压电力设备温度测量中应用广泛，它具有纯无源、寿命长、抗放电冲击和抗电磁干扰能力强等优点。

电力设备的绝缘系统上持续的局部放电会引起设备局部的温度上升，而持续的温度上升也会引起绝缘材料的劣化，从而加剧设备内部的局部放电。因此局部放电和温度两个特征量之间存在很强的相关性，同时检测两种变量可以更好的掌握设备的状态，为设备的差异化状态检修策略提供支持。而当前针对设备的局部放电和温度的检测都是分别单独进行的，尚未有同时检测两种特征量的检测技术。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种局部放电和温度的复合检测系统，该系统可以复合检测目标的局部放电和温度两种特征量，从而基于该两种特征量之间的关联更好地评估目标的状态。

根据上述发明目的，本发明提出了一种局部放电和温度的复合检测系统，其包括：

温度传感器，其用于发射表征目标温度大小的温度信号；

复合传感天线，其用于接收和发射信号，例如接收局部放电电磁波信号，同时用于发射温度传感器控制信号并接受温度传感器的回波信号；

阅读器，其与所述复合传感天线连接，可采集其中传输的信号；

其中，所述阅读器被配置为：在一时间段内接收所述目标产生的局部放电信号；在另一时间段内通过所述复合传感天线发射激励信号以触发所述温度传感器发射所述温度信号，并接收该温度信号。

本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统中，所述阅读器通过上述配置，使得所述阅读器可以通过所述复合传感天线在一时间段内接收所述目标产生的局部放电信号，在另一时间段内发射激励信号以触发所述温度传感器发射所述温度信号，并接收该温度信号，从而使得本发明系统可以分时复合检测目标的局部放电和温度两种特征量，以基于该两种特征量之间的关联更好地评估目标的状态。

本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统中，所述一时间段和另一时间段可以设置为有规律的交替循环序列，从而自动分时循环检测局部放电和温度。通常，局部放电检测的时间占比比温度检测的时间占比大，例如温度检测可以设置为每十分钟检测一次，在不检测温度时持续检测局部放电。

进一步地，本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统中，所述阅读器包括：

接收机，其与所述复合传感天线通过一第一射频开关连接，用于接收所述局部放电信号和温度信号；

发射机，其与所述复合传感天线通过所述第一射频开关连接，用于发射所述激励信号；

信号处理与控制模块，其与所述接收机和发射机分别连接；

其中，所述信号处理与控制模块被配置为：在一时间段内控制所述第一射频开关切换至所述接收机和复合传感天线导通的位置，以接收所述局部放电信号；在另一时间段内控制所述第一射频开关切换至所述发射机和复合传感天线导通的位置，以发射所述激励信号，然后控制所述第一射频开关切换至所述接收机和复合传感天线导通的位置，以接收所述温度信号。

上述方案中，所述第一射频开关在所述信号处理与控制模块的控制下使得所述发射机和接收机得以复用所述复合传感天线，从而使得所述阅读器得以复合检测目标的局部放电和温度。

更进一步地，上述局部放电和温度的复合检测系统中，所述接收机包括：

第一接收电路，其用于接收所述局部放电信号；

第二接收电路，其用于接收所述温度信号；

第二射频开关，所述第一接收电路和第二接收电路分别通过所述第二射频开关与所述第一射频开关连接；

其中，所述信号处理与控制模块还被配置为：在接收所述局部放电信号时，控制所述第二射频开关切换至所述第一接收电路和第一射频开关导通的位置；在接收所述温度信号时，控制所述第二射频开关切换至所述第二接收电路和第一射频开关导通的位置。

上述方案中，所述第二射频开关在所述信号处理与控制模块的控制下使得所述第一接收电路和第二接收电路得以复用所述复合传感天线，从而使得所述阅读器得以复合检测目标的局部放电和温度。

更进一步地，上述局部放电和温度的复合检测系统中，所述第一射频开关和第二射频开关之间还连接有低噪放大器。

上述方案中，所述低噪放大器用于提高信号增益。

更进一步地，上述局部放电和温度的复合检测系统中，所述第一接收电路包括检波电路。

更进一步地，上述局部放电和温度的复合检测系统中，所述第二接收电路包括射频滤波器。

更进一步地，上述局部放电和温度的复合检测系统中，所述信号处理与控制模块包括ADC(模数转换)模块。

上述方案中，所述ADC模块用于将接收到的模拟信号转换为数字信号，以利于存储或者进一步的处理。

优选地，本发明所述和上述任一局部放电和温度的复合检测系统中，所述温度传感器为声表面波传感器。

上述方案中，通过声表面波传感器可以实现无源无线测温，尤其适合高压电力设备的温度测量，具有纯无源、寿命长、抗放电冲击和抗电磁干扰能力强等优点。其中，当所述复合传感天线发射激励信号时，声表面波传感器接收所述激励信号并产生回波信号，由于声表面波传感器的性质，该回波信号与目标温度之间存在特定的对应关系，因此可以作为表征目标温度大小的所述温度信号。

进一步地，本发明所述和上述任一局部放电和温度的复合检测系统中，所述局部放电信号和所述温度信号的频带范围具有重叠部分。

上述方案中，由于采用分时复合检测，所述频带范围重叠不会使得所述局部放电检测和温度检测之间产生干扰。

本发明的另一目的是提供一种局部放电和温度的复合检测方法，该方法可以复合检测目标的局部放电和温度两种特征量，从而基于该两种特征量之间的关联更好地评估目标的状态。该方法可基于本发明的上述系统实现。

根据上述本发明的另一目的，本发明还提供了一种局部放电和温度的复合检测方法，其包括以下步骤：

(1)在一时间段内接收目标产生的局部放电信号；

(2)在另一时间段内发射激励信号以触发一温度传感器发射用于表征目标温度大小的温度信号，并接收该温度信号。

本发明所述的局部放电和温度的复合检测方法与本发明的上述系统中的阅读器的功能相对应，因此该方法可基于本发明的上述系统实现，并且同样可以分时复合检测目标的局部放电和温度两种特征量，以基于该两种特征量之间的关联更好地评估目标的状态。

本发明所述的局部放电和温度的复合检测方法中，所述步骤的标号是为了后续引用方便，并不表示特定的顺序限制。

进一步地，本发明所述的局部放电和温度的复合检测方法中，所述步骤(1)和步骤(2)有规律地交替进行。

上述方案使得从多个交替周期上来看，局部放电信号检测和温度检测是分时同步的。

进一步地，本发明所述的局部放电和温度的复合检测方法中，使用同一设备实施所述步骤(1)和步骤(2)。

上述方案中，所述同一设备可以是本发明上述系统中的阅读器和复合传感天线。

更进一步地，上述局部放电和温度的复合检测方法中，所述设备包括局部放电检测通道和温度检测通道，实施所述步骤(1)时，打开所述局部放电检测通道，同时关闭所述温度检测通道，实施所述步骤(2)时，打开所述温度检测通道，同时关闭所述局部放电检测通道。

上述方案中，所述局部放电检测通道和温度检测通道可以通过本发明上述系统中的所述第一射频开关和第二射频开关实现切换。

优选地，本发明所述的局部放电和温度的复合检测方法中，所述温度传感器为声表面波传感器。

本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统，其优点和有益效果包括：

(1)可以复合检测目标(尤其是高压电力设备)的局部放电和温度两种特征量，从而基于该两种特征量之间的关联更好地评估目标的状态。

(2)可在线对目标(尤其是高压电力设备)进行局部放电检测和温度检测。

(3)优选采用声表面波传感器，可以实现无源无线测温，尤其适合高压电力设备的温度测量，具有纯无源、寿命长、抗放电冲击和抗电磁干扰能力强等优点。

(4)为设备的差异化状态检修策略提供支持。

本发明所述的局部放电和温度的复合检测方法，由于可基于本发明的上述系统实现，同样具有上述优点和有益效果。

附图说明

图1为本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统在一种实施方式下的结构示意图。

图2为本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统在一种实施方式下的接收机的结构示意图。

图3为本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统在一种实施方式下的信号处理与控制模块和发射机的结构示意图。

图4为本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统在一种实施方式下的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统和方法做进一步的详细说明。

图1示意了本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统在一种实施方式下的结构。图2示意了本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统在一种实施方式下的接收机的结构。图3示意了本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统在一种实施方式下的信号处理与控制模块和发射机的结构。

如图1所示，结合参考图2，该实施方式下的局部放电和温度的复合检测系统，其包括温度传感器1、复合传感天线2以及阅读器3，其中：温度传感器1用于发射表征避雷器等电力设备4(即目标)温度大小的温度信号C。复合传感天线2用于接收和发射信号。阅读器3包括接收机31、发射机32以及信号处理与控制模块33，其中：接收机31与复合传感天线2通过第一射频开关21连接，用于接收避雷器等电力设备4产生的局部放电信号A和上述温度信号C。发射机32与复合传感天线2通过第一射频开关21连接，用于发射激励信号B。信号处理与控制模块33与接收机31和发射机32分别连接。信号处理与控制模块33被配置为：在一时间段内控制第一射频开关21切换至接收机31和复合传感天线2导通的位置，以接收局部放电信号A，在另一时间段内控制第一射频开关21切换至发射机32和复合传感天线2导通的位置，以发射激励信号B，然后控制第一射频开关21切换至接收机31和复合传感天线2导通的位置，以接收温度信号C。

如图2所示，接收机31包括：第一接收电路，其用于接收局部放电信号A，该第一接收电路包括检波电路311。第二接收电路，其用于接收温度信号C，该第二接收电路包括射频滤波器312。第二射频开关313，上述第一接收电路和第二接收电路分别通过第二射频开关313与第一射频开关21连接。此外，第一射频开关21和第二射频开关313之间还连接有低噪放大器LNA，射频滤波器312后还连接有自动增益控制器AGC、I/Q解调器314、低通滤波器315以及PLL频率合成器316。具体连接方式如图所示。同时，上述信号处理与控制模块33还被配置为：在接收局部放电信号A时，控制第二射频开关313切换至上述第一接收电路和第一射频开关21导通的位置；在接收温度信号C时，控制第二射频开关313切换至上述第二接收电路和第一射频开关21导通的位置。

如图3所示，结合参考图1和图2，信号处理与控制模块33包括数字信号处理模块331、控制逻辑模块332以及ADC(模数转换)模块333，发射机32包括双通道直接数字频率合成器321、带通滤波器322、发射前级驱动323、高速开关324以及发射功率放大器325，连接方式如图所示，其中，参考频率由参考TCXO提供，带通滤波器322为433MHz带通滤波器，双通道直接数字频率合成器321通过DDS通道I向带通滤波器322提供433MHz激励信号，同时通过DDS通道Ⅱ与PLL频率合成器316连接，ADC模块333与低通滤波器315的I端和Q端连接。

本实施例中，局部放电检测基于窄带特高频检测法检测，中心频率为450MHz，带宽为100MHz。温度传感器1采用声表面波传感器，其包括SAWR(声表面波谐振器)。温度检测使用433MHz无线频段，对于电力设备温度测量的SAWR阵列，检测带宽为12MHz。复合传感天线2采用400-500MHz的倒F天线。

图4示意了本发明所述的局部放电和温度的复合检测系统在一种实施方式下的工作流程。

如图4所示，结合参考图1-图3，上述局部放电和温度的复合检测系统的一种工作流程包括以下步骤：

步骤110：局部放电UHF(特高频)检测：在非测温时间段，阅读器3处于局部放电检测状态，此时，信号处理与控制模块33控制第一射频开关21切换至接收机31和复合传感天线2导通的位置，控制第二射频开关313切换至上述第一接收电路和第一射频开关21导通的位置，系统会检测电力设备4内是否出现局部放电信号A。当在电力设备4内出现局部放电信号A时，会触发接收机31接收局部放电信号A。

步骤120：局部放电信号处理(包括信号调理和检波)：接收机31开始接收局部放电信号A后，通过两级噪声系数为0.9dB的LNA级联放大信号调理以提高信号增益，检波电路311对放大后的信号峰值检波得到含有局部放电UHF幅值和相位信息的检波信号。

步骤130：局部放电信号采集与记录(包括采集信号和记录数据)：信号处理与控制模块33利用高速ADC模块333采集检波信号，记录并保存采集到的检波信号。

步骤140：开启温度检测，关闭UHF检测：在测温时间段，阅读器3切换至温度检测状态，此时，控制第二射频开关313切换至上述第二接收电路和第一射频开关21导通的位置，从而开启温度检测，同时关闭UHF检测。考虑到电力设备4内温度的变化比较缓慢，采取每10分钟对温度传感器1进行一个温度查询过程(步骤150)，而局部放电测量通道常开(非测温时间段)，只在温度测量时(测温时间段)关闭，以实现对局部放电和温度的无干扰检测。

步骤150：温度查询过程：信号处理与控制模块33确定正在查询的温度传感器1的SAWR的最佳询问频率，用相应最佳询问频率通过激励信号B来重复查询每个温度传感器1N次，得到的温度信号C频率求取平均值后计算该温度传感器1对应的电力设备4上测温点的温度T。依次查询6个温度传感器1的SAWR后，温度查询过程结束。其中，信号处理与控制模块33通过控制第一射频开关21反复切换位置实现发射激励信号B和接收温度信号C之间的切换。具体来说，信号处理与控制模块33控制第一射频开关21切换至发射机32和复合传感天线2导通的位置，并配置发射机32的双通道直接数字频率合成器321，发射查询短脉冲激励(激励信号B)，使待测SAWR达到稳态，之后又控制第一射频开关21切换至接收机31和复合传感天线2导通的位置，以接收回波信号(温度信号C)，回波信号先经过两个低噪放大器LNA级联放大，之后通过射频滤波器312滤波，经AGC自动增益控制后由I/Q解调器314进行I/Q解调，再经低通滤波器315低通滤波后送往ADC模块333采样。

步骤160：恢复局部放电UHF(特高频)检测：当温度查询结束后，阅读器3恢复局部放电检测状态(回到步骤110)，同时等待下一个测温时间段再切换至温度检测状态(步骤140)。此时，信号处理与控制模块33控制第一射频开关21切换至接收机31和复合传感天线2导通的位置，控制第二射频开关313切换至上述第一接收电路和第一射频开关21导通的位置。

相应地，本发明的局部放电和温度的复合检测方法包括以下步骤：

(1)在一时间段内接收目标产生的局部放电信号；

(2)在另一时间段内发射激励信号以触发一温度传感器发射用于表征目标温度大小的温度信号，并接收该温度信号。

上述局部放电和温度的复合检测方法与上述系统中的阅读器的功能相对应，因此该方法可基于本发明的上述系统实现。

在某些实施方式下，上述步骤(1)和步骤(2)有规律地交替进行。

在某些实施方式下，使用同一设备实施所述步骤(1)和步骤(2)，该设备可以是上述系统中的阅读器和复合传感天线。其中，该设备包括局部放电检测通道和温度检测通道，实施步骤(1)时，打开局部放电检测通道，同时关闭温度检测通道，实施步骤(2)时，打开温度检测通道，同时关闭局部放电检测通道。其中，局部放电检测通道和温度检测通道可以通过上述系统中的第一射频开关21和第二射频开关313实现切换。

在某些实施方式下，优选地，上述温度传感器为声表面波传感器。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种局部放电和温度的复合检测系统，其特征在于，包括：

温度传感器，其用于发射表征目标温度大小的温度信号；

复合传感天线，其用于接收和发射信号；

阅读器，其与所述复合传感天线连接；

其中，所述阅读器被配置为：在一时间段内接收所述目标产生的局部放电信号；在另一时间段内通过所述复合传感天线发射激励信号以触发所述温度传感器发射所述温度信号，并接收该温度信号。

2.如权利要求1所述的局部放电和温度的复合检测系统，其特征在于，所述阅读器包括：

接收机，其与所述复合传感天线通过一第一射频开关连接，用于接收所述局部放电信号和温度信号；

发射机，其与所述复合传感天线通过所述第一射频开关连接，用于发射所述激励信号；

信号处理与控制模块，其与所述接收机和发射机分别连接；

其中，所述信号处理与控制模块被配置为：在一时间段内控制所述第一射频开关切换至所述接收机和复合传感天线导通的位置，以接收所述局部放电信号；在另一时间段内控制所述第一射频开关切换至所述发射机和复合传感天线导通的位置，以发射所述激励信号，然后控制所述第一射频开关切换至所述接收机和复合传感天线导通的位置，以接收所述温度信号。

3.如权利要求2所述的局部放电和温度的复合检测系统，其特征在于，所述接收机包括：

第一接收电路，其用于接收所述局部放电信号；

第二接收电路，其用于接收所述温度信号；

第二射频开关，所述第一接收电路和第二接收电路分别通过所述第二射频开关与所述第一射频开关连接；

其中，所述信号处理与控制模块还被配置为：在接收所述局部放电信号时，控制所述第二射频开关切换至所述第一接收电路和第一射频开关导通的位置；在接收所述温度信号时，控制所述第二射频开关切换至所述第二接收电路和第一射频开关导通的位置。

4.如权利要求3所述的局部放电和温度的复合检测系统，其特征在于，所述第一射频开关和第二射频开关之间还连接有低噪放大器。

5.如权利要求3或4所述的局部放电和温度的复合检测系统，其特征在于，所述第一接收电路包括检波电路。

6.如权利要求3或4所述的局部放电和温度的复合检测系统，其特征在于，所述第二接收电路包括射频滤波器。

7.如权利要求2所述的局部放电和温度的复合检测系统，其特征在于，所述信号处理与控制模块包括ADC模块。

8.如权利要求1-4和权利要求7中任意一项所述的局部放电和温度的复合检测系统，其特征在于，所述温度传感器为声表面波传感器。

9.如权利要求1-4和权利要求7中任意一项所述的局部放电和温度的复合检测系统，其特征在于，所述局部放电信号和所述温度信号的频带范围具有重叠部分。

10.一种局部放电和温度的复合检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在一时间段内接收目标产生的局部放电信号；

(2)在另一时间段内发射激励信号以触发一温度传感器发射用于表征目标温度大小的温度信号，并接收该温度信号。

11.如权利要求10所述的局部放电和温度的复合检测方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)有规律地交替进行。

12.如权利要求10所述的局部放电和温度的复合检测方法，其特征在于，使用同一设备实施所述步骤(1)和步骤(2)。

13.如权利要求12所述的局部放电和温度的复合检测方法，其特征在于，所述设备包括局部放电检测通道和温度检测通道，实施所述步骤(1)时，

打开所述局部放电检测通道，同时关闭所述温度检测通道，实施所述步骤(2)时，打开所述温度检测通道，同时关闭所述局部放电检测通道。

14.如权利要求10所述的局部放电和温度的复合检测方法，其特征在于，所述温度传感器为声表面波传感器。