CN107390106A - 一种空心电抗器故障定位电路 - Google Patents

一种空心电抗器故障定位电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空心电抗器故障定位电路，包括分布式探头，用于耦合空心电抗器故障点向外辐射的高频电磁波信号并传输给信号调理模块；信号调理模块，提取100MHz‑300MHz频段内微弱的高频电磁波信号，并将此信号放大后传输给精密时延整形电路和数据分析模块；精密时延整形电路，将传输过来的高频电磁波信号调制成上升沿为皮秒级的脉冲信号；数据分析模块，分析信号调理模块放大后的高频电磁波信号和精密时延整形电路调制后的脉冲信号，计算得到局部放电故障点到分布式探头的距离，确定故障点位置。本发明通过上述原理，提高放电故障识别的准确率及确定放电故障点具体位置，便于后期对空心电抗器的故障诊断及维修。

Description

一种空心电抗器故障定位电路
技术领域
本发明涉及电力领域，具体涉及一种空心电抗器故障定位电路。
背景技术
脉冲电流法采用离线测量灵敏度高，可用已知电荷量的脉冲注入校正定量，从而测出放电。局部放电的电信号具有非常宽的频谱，约从数百合资到数百兆赫，而目前广泛使用的较低频段的脉冲电流法抗干扰能力差，利用高频段的脉冲电流法存在信噪比比较高的缺陷。而局部放电能量主要集中在几百兆赫兹以下，特高频部分的能量很弱，特高频方法很难进行局部放电的定量，该方法对绝缘内部气隙的放电检测灵敏度不高。目前空心电抗器在绝缘检测过程中,利用脉冲电流法检测局部放电量的大小来考核产品的绝缘状况，但是电抗器内部产生的绝缘缺陷有时无法通过脉冲电流法有效检出，导致测量灵敏度下降，由于脉冲电流信号传播速度快，采用普通的定位电路无法得到故障点传感器的距离，更加无法确定放电位置，给空心电抗器的故障诊断及维修带来困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何确定空心电抗器中放电位置，目的在于提供一种空心电抗器故障定位电路，能够提高放电故障识别的准确率及确定放电故障点具体位置，便于后期对空心电抗器的故障诊断及维修。
本发明通过下述技术方案实现：
一种空心电抗器故障定位电路，包括
分布式探头，用于耦合空心电抗器故障点向外辐射的高频电磁波信号并传输给信号调理模块；
信号调理模块，提取100MHz-300MHz频段内微弱的高频电磁波信号，并将此信号放大后传输给精密时延整形电路和数据分析模块；
精密时延整形电路，将传输过来的高频电磁波信号调制成上升沿为皮秒级的脉冲信号，然后传输给数据分析模块；
数据分析模块，分析信号调理模块放大后的高频电磁波信号和精密时延整形电路调制后的脉冲信号，计算得到局部放电故障点到分布式探头的距离，确定故障点位置。
现有的空心电抗器在绝缘检测过程中,利用脉冲电流法检测局部放电量的大小来考核产品的绝缘状况，而现有脉冲电流法检测存在多种缺陷，使得空心电抗器内部产生的绝缘缺陷有时无法通过脉冲电流法有效检出，导致测量灵敏度下降，由于脉冲电流信号传播速度快，采用普通的定位电路无法得到故障点传感器的距离，更加无法确定放电位置，给空心电抗器的故障诊断及维修带来困难。
本方案中的分布式探头为无源探头，采集灵敏度高，能够接收微弱的高频电磁波信号，测量稳定，性价比高。本方案中检测故障点的方法异于现有脉冲电流法，利用灵敏度高的分布式探头采集故障点，对于采集到的高频电磁波还要进行多种处理再进行计算，通过分布式探头耦合故障点向外辐射的高频电磁波，信号经过滤波放大、时延整形、数据分析最终获得故障点准确位置，利用本发明，能够提高放电故障识别的准确率及确定放电故障点具体位置，便于后期对空心电抗器的故障诊断及维修。
优选的，所述分布式探头由三个定向高频天线组成，每个定向高频天线均采用锥形结构。
优选的，三个定向高频天线之间间隔距离相等，每个定向高频天线的开口角度为45度。能增加定向高频天线的覆盖范围，提高接收信号的灵敏度，即便是微弱的高频电磁波都能感应到。
优选的，由于分布式探头接收到的高频电磁波信号微弱，为了便于后面的数据分析模块分析计算产生局部放电信号故障点的准确位置，所述信号调理模块将高频电磁波信号放大10万倍。
优选的，所述信号调理模块包括电阻R1、电阻R2、电位抬升电阻R3、电阻R4、电位抬升电阻R5、电阻R8、电阻R9、隔直电容C1、电容C2、低噪声放大器U1和低噪声放大器U2，所述隔直电容C1一端输入高频电磁波信号，另一端连接低噪声放大器U1的同向输入端3；电阻R4一端接高频电磁波信号，另一端接低噪声放大器U1的输出端6；电阻R1一端接地AGND，另一端接低噪声放大器U1的反向输入端2；电阻R2一端接低噪声放大器U1的反向输入端2，另一端接低噪声放大器U1的输出端6；电位抬升电阻R3一端连接低噪声放大器U1的同向输入端3，另一端接电压AV1；电位抬升电阻R5一端接低噪声放大器U1的同向输入端3，另一端接地AGND；电容C2和低噪声放大器U2的同向输入端3之间还连接带通滤波器；电阻R8一端连接低噪声放大器U2的反向输入端2，另一端接地AGND；电阻R9连接在低噪声放大器U2的反向输入端2和低噪声放大器U2的输出端6之间，低噪声放大器U2的输出端6将处理后的信号输出；低噪声放大器U1和低噪声放大器U2的端口7均接电源POWER，低噪声放大器U1和低噪声放大器U2的端口4均接地AGND。
优选的，带通滤波器为100MHz-300MHz的带通滤波器，包括电阻R6、电阻R7、电容C3和电容C4，电阻R6和电阻R7串联连接，电阻R6一端还连接短绒C2一端，电阻R7一端还连接低噪声放大器U2的同向输入端3，在低噪声放大器U2的同向输入端3上还连接下拉电容C4；电容C3一端连接电阻R6和电阻R7的的公共连接端，电容C3另一端接地AGND。该模块的设置滤除了干扰信号再进行放大后传递给后面的模块进行计算，计算结构更准确，参考价值更高。
优选的，所述精密时延整形电路包括依次串联连接的单一通道时延电路和整形电路。
优选的，所述单一通道时延电路包括集成芯片U6和电阻R21，集成芯片U6的IN+输入端口连接高频电磁波信号，集成芯片U6的IN-输入端口、-V电源端口4和EMIT OUT输出端口均接地GND，集成芯片U6的+V电源端口8和COL OUT输出端口之间串联连接电阻R21，集成芯片U6的+V电源端口8还连接电源VCC，集成芯片U6的BAL输入端口和BAL/STB接口均悬空，集成芯片U6的COL OUT输出端口7还连接集成芯片U7的TRIG输入端口2。
优选的，所述整形电路包括集成芯片U7、电阻R22、电容C19、电容C20和电容C21，集成芯片U7的TRIG输入端口2接下拉电容C19，集成芯片U7的CVolt输入端口5接下拉电容C20，集成芯片U7的R输入端口4取非后与DIS输出端口7之间串联连接电阻R22，集成芯片U7的GND接地接口1和DIS输出端口7之间串联连接电容C21，电容C21和GND接地端口1均接地；集成芯片U7的DIS输出端口7和THR输出端口6相连并输出整形信号，集成芯片U7的R输入端口4和VCC电源端口8均接电源VCC。R21、U6组成单一通道时延电路，时延电路保证三个传感器感应的高频信号偏移相位保持一致，由U7，R22，C19，C20，C21组成整形电路，将高频信号调制成上升沿为皮秒级的脉冲信号。皮秒级的脉冲信号响应时间快，加快后面数据分析模块处理数据的速度，计算故障点的位置更加的快速准确。
优选的，低噪声放大器U2采用宽频带低噪声放大器芯片。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明中检测故障点的方法异于现有脉冲电流法，利用灵敏度高的分布式探头采集故障点，对于采集到的高频电磁波还要进行多种处理再进行计算，通过分布式探头耦合故障点向外辐射的高频电磁波，信号经过滤波放大、时延整形、数据分析最终获得故障点准确位置，利用本发明，能够提高放电故障识别的准确率及确定放电故障点具体位置，便于后期对空心电抗器的故障诊断及维修。
2、本发明中的信号调理模块滤除了干扰信号再进行放大后传递给后面的模块进行计算，计算结构更准确，参考价值更高。
3、本发明中的精密时延整形电路，将高频信号调制成上升沿为皮秒级的脉冲信号，皮秒级的脉冲信号响应时间快，加快后面数据分析模块处理数据的速度，计算故障点的位置更加的快速准确。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的原理框图；
图2为高频信号调理模块的电路图；
图3为精密时延整形电路的电路图。
附图中标记及对应的零部件名称：
11、空心电抗器；12、分布式探头；13、故障点；14、高频电磁波信号；15、信号调理模块；16、精密时延整形电路；17、数据分析模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1-3所示，本发明包括一种空心电抗器故障定位电路，包括
分布式探头12，用于耦合空心电抗器11故障点13向外辐射的高频电磁波信号14并传输给信号调理模块；
信号调理模块15，提取100MHz-300MHz频段内微弱的高频电磁波信号，并将此信号放大后传输给精密时延整形电路和数据分析模块；
精密时延整形电路16，将传输过来的高频电磁波信号调制成上升沿为皮秒级的脉冲信号，然后传输给数据分析模块；
数据分析模块17，分析信号调理模块放大后的高频电磁波信号和精密时延整形电路调制后的脉冲信号，计算得到局部放电故障点到分布式探头的距离，确定故障点位置。数据分析模块集成了高性能CPU，高性能CPU获得放大后的高频电磁波信号和上升沿为皮秒级的脉冲信号，通过运算得到局部放电故障点到分布式探头的距离，从而确定故障点3位置。
现有的空心电抗器在绝缘检测过程中,利用脉冲电流法检测局部放电量的大小来考核产品的绝缘状况，而现有脉冲电流法检测存在多种缺陷，使得空心电抗器内部产生的绝缘缺陷有时无法通过脉冲电流法有效检出，导致测量灵敏度下降，由于脉冲电流信号传播速度快，采用普通的定位电路无法得到故障点传感器的距离，更加无法确定放电位置，给空心电抗器的故障诊断及维修带来困难。
本方案中的分布式探头为无源探头，采集灵敏度高，能够接收微弱的高频电磁波信号，测量稳定，性价比高。本方案中检测故障点的方法异于现有脉冲电流法，利用灵敏度高的分布式探头采集故障点，对于采集到的高频电磁波还要进行多种处理再进行计算，通过分布式探头耦合故障点向外辐射的高频电磁波，信号经过滤波放大、时延整形、数据分析最终获得故障点准确位置，利用本发明，能够提高放电故障识别的准确率及确定放电故障点具体位置，便于后期对空心电抗器的故障诊断及维修。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上优选如下：分布式探头由三个定向高频天线组成，每个定向高频天线均采用锥形结构，材质为铝表面镀金，定向高频天线能够感应局部放电高频信号。本方案中的探头为无源探头，无需为探头供电，无源探头工作稳定、经济。本方案中的定向高频天线能够精确的接收到空心电抗器内部故障点所发出的高频电磁波，从而准确得到空心电抗器内部产生绝缘缺陷的位置。
三个定向高频天线之间间隔距离相等，间隔距离可以任意调整，保证分布式探头测量范围覆盖整个空心电抗器，每个定向高频天线的开口角度为45度，能增加定向高频天线的覆盖范围，提高接收信号的灵敏度，即便是微弱的高频电磁波都能感应到。
由于分布式探头接收到的高频电磁波信号微弱，为了便于后面的数据分析模块分析计算产生局部放电信号故障点的准确位置，空心电抗器信号调理模块将高频电磁波信号放大10万倍。
如图2所示，信号调理模块包括电阻R1、电阻R2、电位抬升电阻R3、电阻R4、电位抬升电阻R5、电阻R8、电阻R9、隔直电容C1、电容C2、低噪声放大器U1和低噪声放大器U2，所述隔直电容C1一端输入高频电磁波信号，另一端连接低噪声放大器U1的同向输入端3；电阻R4一端接高频电磁波信号，另一端接低噪声放大器U1的输出端6；电阻R1一端接地AGND，另一端接低噪声放大器U1的反向输入端2；电阻R2一端接低噪声放大器U1的反向输入端2，另一端接低噪声放大器U1的输出端6；电位抬升电阻R3一端连接低噪声放大器U1的同向输入端3，另一端接电压AV1；电位抬升电阻R5一端接低噪声放大器U1的同向输入端3，另一端接地AGND；电容C2和低噪声放大器U2的同向输入端3之间还连接带通滤波器；电阻R8一端连接低噪声放大器U2的反向输入端2，另一端接地AGND；电阻R9连接在低噪声放大器U2的反向输入端2和低噪声放大器U2的输出端6之间，低噪声放大器U2的输出端6将处理后的信号输出；低噪声放大器U1和低噪声放大器U2的端口7均接电源POWER，低噪声放大器U1和低噪声放大器U2的端口4均接地AGND。
带通滤波器为100MHz-300MHz的带通滤波器，包括电阻R6、电阻R7、电容C3和电容C4，电阻R6和电阻R7串联连接，电阻R6一端还连接短绒C2一端，电阻R7一端还连接低噪声放大器U2的同向输入端3，在低噪声放大器U2的同向输入端3上还连接下拉电容C4；电容C3一端连接电阻R6和电阻R7的的公共连接端，电容C3另一端接地AGND。
信号调理模块包括放大和滤波，如图2所示，电路由R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，C1，C2，C3，C4，U1，U2组成。其中C1为隔直电容，R3和R5为电位抬升电阻，R1、R2和U1低噪声放大器组成放大电路，对信号进行100倍的放大，R6、R7、C3、C4组成频率为100MHz-300MHz的带通滤波器，将100MHz-300MH之外的高频干扰消除掉，再经过R8、R9和U2低噪声放大器组成放大电路，对信号进行1000倍的放大。该模块的设置滤除了干扰信号再进行放大后传递给后面的模块进行计算，计算结构更准确，参考价值更高。
精密时延整形电路包括依次串联连接的单一通道时延电路和整形电路。
如图3所示，集成芯片U6为移相放大器，型号为F318，所述单一通道时延电路包括集成芯片U6和电阻R21，集成芯片U6的IN+输入端口连接高频电磁波信号，集成芯片U6的IN-输入端口、-V电源端口4和EMIT OUT输出端口均接地GND，集成芯片U6的+V电源端口8和COLOUT输出端口之间串联连接电阻R21，集成芯片U6的+V电源端口8还连接电源VCC，集成芯片U6的BAL输入端口和BAL/STB接口均悬空，集成芯片U6的COL OUT输出端口7还连接集成芯片U7的TRIG输入端口2。
集成芯片U7为稳态触发器，型号为74L364，所述整形电路包括集成芯片U7、电阻R22、电容C19、电容C20和电容C21，集成芯片U7的TRIG输入端口2接下拉电容C19，集成芯片U7的CVolt输入端口5接下拉电容C20，集成芯片U7的R输入端口4取非后与DIS输出端口7之间串联连接电阻R22，集成芯片U7的GND接地接口1和DIS输出端口7之间串联连接电容C21，电容C21和GND接地端口1均接地；集成芯片U7的DIS输出端口7和THR输出端口6相连并输出整形信号，集成芯片U7的R输入端口4和VCC电源端口8均接电源VCC。
精密时延整形电路如图3所示，电路由移相放大器U6，稳态触发器U7，R21，R22，C19，C20，C21组成。其中R21、U6组成单一通道时延电路，时延电路保证三个传感器感应的高频信号偏移相位保持一致，由U7，R22，C19，C20，C21组成整形电路，将高频信号调制成上升沿为皮秒级的脉冲信号。皮秒级的脉冲信号响应时间快，加快后面数据分析模块处理数据的速度，计算故障点的位置更加的快速准确。
低噪声放大器U2采用宽频带低噪声放大器芯片。
本方案的工作原理：在空心电抗器绝缘检测中，采用分布式探头耦合空心电抗器故障点向外辐射的高频电磁波信号，分布式探头由三个开口角度为45度的锥形定向天线组成，其三个天线之间的距离可调整，保证分布式探头检测范围覆盖整个电抗器，信号调理模块将提取100MHz-300MHz频段内微弱的高频电磁波信号，并将此信号放大10万倍，精密时延整形电路保证高频信号相位分辨率更高，相位时延保持一致，通过精密时延整形电路将高频信号调制成上升沿为皮秒级的脉冲信号，数据分析模块通过分析三路放大后的高频信号和调制后的脉冲信号，计算得到局部放电故障点到分布式探头的距离，从而确定故障点位置。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空心电抗器故障定位电路，其特征在于，包括
分布式探头，用于耦合空心电抗器故障点向外辐射的高频电磁波信号并传输给信号调理模块；
信号调理模块，提取100MHz-300MHz频段内微弱的高频电磁波信号，并将此信号放大后传输给精密时延整形电路和数据分析模块；
精密时延整形电路，将传输过来的高频电磁波信号调制成上升沿为皮秒级的脉冲信号，然后传输给数据分析模块；
数据分析模块，分析信号调理模块放大后的高频电磁波信号和精密时延整形电路调制后的脉冲信号，计算得到局部放电故障点到分布式探头的距离，确定故障点位置。
2.根据权利要求1所述的一种空心电抗器故障定位电路，其特征在于，所述分布式探头由三个定向高频天线组成，每个定向高频天线均采用锥形结构。
3.根据权利要求2所述的一种空心电抗器故障定位电路，其特征在于，三个定向高频天线之间间隔距离相等，每个定向高频天线的开口角度为45度。
4.根据权利要求1所述的一种空心电抗器故障定位电路，其特征在于，所述信号调理模块将高频电磁波信号放大10万倍。
5.根据权利要求1所述的一种空心电抗器故障定位电路，其特征在于，所述信号调理模块包括电阻R1、电阻R2、电位抬升电阻R3、电阻R4、电位抬升电阻R5、电阻R8、电阻R9、隔直电容C1、电容C2、低噪声放大器U1和低噪声放大器U2，所述隔直电容C1一端输入高频电磁波信号，另一端连接低噪声放大器U1的同向输入端3；电阻R4一端接高频电磁波信号，另一端接低噪声放大器U1的输出端6；电阻R1一端接地AGND，另一端接低噪声放大器U1的反向输入端2；电阻R2一端接低噪声放大器U1的反向输入端2，另一端接低噪声放大器U1的输出端6；电位抬升电阻R3一端连接低噪声放大器U1的同向输入端3，另一端接电压AV1；电位抬升电阻R5一端接低噪声放大器U1的同向输入端3，另一端接地AGND；电容C2和低噪声放大器U2的同向输入端3之间还连接带通滤波器；电阻R8一端连接低噪声放大器U2的反向输入端2，另一端接地AGND；电阻R9连接在低噪声放大器U2的反向输入端2和低噪声放大器U2的输出端6之间，低噪声放大器U2的输出端6将处理后的信号输出；低噪声放大器U1和低噪声放大器U2的端口7均接电源POWER，低噪声放大器U1和低噪声放大器U2的端口4均接地AGND。
6.根据权利要求5所述的一种空心电抗器故障定位电路，其特征在于，带通滤波器为100MHz-300MHz的带通滤波器，包括电阻R6、电阻R7、电容C3和电容C4，电阻R6和电阻R7串联连接，电阻R6一端还连接短绒C2一端，电阻R7一端还连接低噪声放大器U2的同向输入端3，在低噪声放大器U2的同向输入端3上还连接下拉电容C4；电容C3一端连接电阻R6和电阻R7的公共连接端，电容C3另一端接地AGND。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种空心电抗器故障定位电路，其特征在于，所述精密时延整形电路包括依次串联连接的单一通道时延电路和整形电路。
8.根据权利要求7所述的一种空心电抗器故障定位电路，其特征在于，所述单一通道时延电路包括集成芯片U6和电阻R21，集成芯片U6的IN+输入端口连接高频电磁波信号，集成芯片U6的IN-输入端口、-V电源端口4和EMIT OUT输出端口均接地GND，集成芯片U6的+V电源端口8和COL OUT输出端口之间串联连接电阻R21，集成芯片U6的+V电源端口8还连接电源VCC，集成芯片U6的BAL输入端口和BAL/STB接口均悬空，集成芯片U6的COL OUT输出端口7还连接集成芯片U7的TRIG输入端口2。
9.根据权利要求8所述的一种空心电抗器故障定位电路，其特征在于，所述整形电路包括集成芯片U7、电阻R22、电容C19、电容C20和电容C21，集成芯片U7的TRIG输入端口2接下拉电容C19，集成芯片U7的CVolt输入端口5接下拉电容C20，集成芯片U7的R输入端口4取非后与DIS输出端口7之间串联连接电阻R22，集成芯片U7的GND接地接口1和DIS输出端口7之间串联连接电容C21，电容C21和GND接地端口1均接地；集成芯片U7的DIS输出端口7和THR输出端口6相连并输出整形信号，集成芯片U7的R输入端口4和VCC电源端口8均接电源VCC。
10.根据权利要求9所述的一种空心电抗器故障定位电路，其特征在于，低噪声放大器U2采用宽频带低噪声放大器芯片。
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