CN108120910A - 一种局部放电信号检测系统 - Google Patents

Abstract

一种局部放电信号检测系统，包括检测传感器、信号示波单元、信号处理终端。所述检测传感器包括PCB板、正面布线、背面布线，通过PCB板上的正面布线、背面布线，形成测量线匝，所述正面布线、背面布线采用过孔相连。所述检测传感器连接信号示波单元，所述信号示波单元连接信号处理终端。本发明大大降低附近导线磁场等干扰因素的影响，提高局部放电检测的准确度。回线设计方式也不同于传统PCB线圈的回线设计方式，其回线构成的回路面积更接近于绕线本身形成的回路面积，从而补偿效果更好，抗干扰能力更强。

Description

一种局部放电信号检测系统

技术领域

本发明一种局部放电信号检测系统，用于对电力设备，包括变压器、断路器、互感器等的局部放电状态进行实时检测，从而为状态监测提供数据支撑。

背景技术

局部放电检测对于判断和评估电力设备的绝缘状态有重要意义，因此准确的检测局部放电信号成为电力设备检测的重要内容之一。目前常用的局部放电检测方法包括特高频法、超声波法、空心线圈法等。空心线圈法具有体积小、重量轻、成本低、测量频带宽等优点，成为目前局部放电检测的主要方法之一。然而，空心线圈的设计是影响局部放电检测结果的关键点。传统缠绕式空心线圈难以保证线匝均匀性，导致测量准确度不高。基于印刷电路板技术(PCB)的空心线圈可以保证线匝分布的均匀性，但是目前的PCB板布线方式中，正面布线与反面布线不平行，导致每个线匝有一半的部分与一次导线中心不在一条直线上，从而易受干扰因素影响。另外，回线设计方式也不能很好的补偿垂直方向磁场干扰，导致输出结果误差较大。

中国专利“CN105929313A”提供了一种高压设备局部放电测量空心线圈传感器，采用空心线圈作为传感器。空心线圈采用绕制形式，其屏蔽在每一圈上均设置屏蔽断口，有助于增大测量频带，然而却降低了其抗干扰性能。中国专利“CN102495340A”提供了一种基于电磁波及高频CT的电力电缆局部放电在线监测系统，采用宽频带Rogowski线圈电流互感器进行局部放电信号的监测，其线圈骨架材料采用锰锌铁氧体材料的矩形截面环形骨架，具有集磁的作用，有利于提高线圈输出信号值，然而这种锰锌铁氧体材料作用类似于传统电磁式电流互感器的铁芯，限制了线圈的动态范围及测量频带。

发明内容

针对目前局部放电检测中存在的传感器精度不高、易受干扰因素影响、测量频带较低等问题。本发明提供了一种局部放电信号检测系统，包括检测传感器、信号示波单元、软件处理平台等部分，检测传感器针对目前PCB空心线圈存在的易受干扰等问题，设计了一种抗干扰能力强的空心线圈，其PCB板正面和背面布线采取重叠布线的方式，使得线匝平面的延长线与一次导线中心处于同一直线连接线上，从而大大降低附近导线磁场等干扰因素的影响，提高局部放电检测的准确度。回线设计方式也不同于传统PCB线圈的回线设计方式，其回线构成的回路面积更接近于绕线本身形成的回路面积，从而补偿效果更好，抗干扰能力更强。

本发明采取的技术方案为：

一种局部放电信号检测系统，包括检测传感器、信号示波单元、信号处理终端。

所述检测传感器包括PCB板、正面布线、背面布线，通过PCB板上的正面布线、背面布线，形成测量线匝，所述正面布线、背面布线采用过孔相连。所述检测传感器连接信号示波单元，所述信号示波单元连接信号处理终端。

所述正面布线与背面布线重叠，同一个线匝正反之间布线几乎全部重叠，线匝平面的延长线与一次导线L0中心处于同一直线连接线上。大大降低附近导线磁场等干扰因素的影响。测试数据表明，本发明提供的传感器布线方式，受电磁干扰更小，误差仅为0.023％。

所述检测传感器包括第一回线、第二回线，第一回线的半径为PCB板线圈内圈的半径，第二回线的半径为PCB板线圈外圈的半径。从而整个回线构成的回路面积与绕线本身回路面积基本一致，与目前常见的回线设计方法相比，其回线构成的回路面积更接近于绕线本身形成的回路面积，因而补偿效果更好，传感器抗垂直方向干扰能力更强。测试结果表明，垂直方向干扰误差小于0.01％。

所述PCB板采用环氧树脂材料制作而成，PCB板构成检测传感器的骨架，骨架厚度一般采用3mm后的PCB板制作，其内外径可根据安装环境适当调节，从而可以应用于不同的场合。检测传感器安装在环形金属屏蔽盒内，从而可有效提高其抗干扰能力。

所述PCB板上包含两个焊接点，用于焊接屏蔽电缆；检测传感器信号输出经屏蔽电缆传送给信号示波单元，信号示波单元采用MDO4000C混合域示波器，其测量频带可达1GHz，记录点数可达20M，最大采样率可达最大5GS/s，保证了局部放电高频信号的准确采集和波形显示。

所述信号示波单元输出经USB屏蔽线传送给信号处理终端，信号处理终端用于对信号示波单元传输的局部放电信号数据进行分析处理、数据保存、状态评估及预警等，当发现局部放电信号较大时，则进行预警，提示工作人员关注被检测设备，及时做好检修准备。信号处理终端采用Labview软件编程，配合Matlab程序进行数据处理，可有效提高数据分析准确度。

所述的检测传感器其尺寸可根据安装环境适当调整，因而应用范围十分广泛。

本发明一种局部放电信号检测系统，其检测传感器采用了两种不同于传统传感器的设计方式：1)布线时，PCB板正面布线与背面布线重叠，故而其线匝平面与导线位置处于同一平面内，有利于增强其抗干扰能力。测试结果表明，该设计方式受电磁干扰更小，误差仅为0.023％；2)回线设计方式比传统回线设计方式更接近于绕线本身回路面积，因而补偿效果更好，抗垂直方向的电磁干扰能力更强。

本发明一种局部放电信号检测系统，技术效果如下：

1)、检测传感器布线时，PCB板正面布线与背面布线重叠，故而其线匝平面与导线位置处于同一平面内，有效增强了其抗干扰能力。

2)本发明提供的回线设计方式，采用图3(b)中的设计方法，比传统回线设计方式更接近于绕线本身回路面积，因而补偿效果更好，抗垂直方向的电磁干扰能力更强。

3)、通过对本发明检测传感器的抗干扰性能进行测试，可以看出比常见的基于PCB空心线圈的设计方式抗干扰效果更好，附近导线电磁干扰误差仅为0.023％，垂直方向干扰误差小于0.01％。

4)、本发明中的检测传感器体积小、重量轻、尺寸可根据安装环境适当设计，因而应用范围更广。

5)、信号示波单元采用MDO4000C混合域示波器构成，其测量频带可达1GHz，记录点数可达20M，最大采样率可达最大5GS/s，保证了局部放电高频信号的准确采集和波形显示。

6)、信号处理终端采用Labview软件编程，配合Matlab程序进行数据处理，可有效提高数据分析准确度。

附图说明

图1为本发明的系统整体结构示意图。

图2(a)为PCB板正面布线方式示意图一；

图2(b)为PCB板背面布线方式示意图一；

图2(c)为PCB板正面布线方式示意图二；

图2(d)为PCB板背面布线方式示意图二；

图2(e)为本发明的PCB板正面布线方式示意图；

图2(f)为本发明的PCB板背面布线方式示意图。

图3(a)为常见传感器回线设计示意图。

图3(b)为本发明中的检测传感器回线设计示意图。

图4为本发明中检测传感器安装在环形金属屏蔽盒的示意图。

具体实施方式

一种局部放电信号检测系统，包括检测传感器1、信号示波单元2、信号处理终端3。

所述检测传感器1包括PCB板5、正面布线6、背面布线7，通过PCB板5上的正面布线6、背面布线7，形成测量线匝，所述正面布线6、背面布线7采用过孔8相连。

与目前常用的基于PCB板的空心线圈不同点在于：本发明中PCB板正面布线和背面布线采取重叠布线的方式，从而使得同一个线匝正反之间布线几乎全部重叠，线匝平面的延长线与一次导线中心处于同一直线连接线上，从而大大降低附近导线磁场等干扰因素的影响，提高局部放电检测的准确度。本发明PCB板的布线方式如图2(e)、图2(f)所示。其正面布线与背面布线重叠，故而其线匝平面与导线位置处于同一平面内，有利于增强其抗干扰能力，附近导线电磁干扰引起的误差仅为0.023％。

本发明PCB板的布线方式如图2(e)、图2(f)所示。

图2(a)、图2(b)正面布线延长线与导线所在位置重合，但背面布线不重合，有一定角度。

图2(c)、图2(d)正面布线和背面布线延长线与导线均不重合。

上述两种方式由于线匝平面(正面布线与背面布线构成的四方形)与导线不在一条直线上，存在一定角度，导致易受电磁干扰。本发明提供的设计方式如图2(e)、图2(f) 所示，其正面布线与背面布线重叠，为了方便观察，图2(e)、图2(f)有意错开了一些。故而其线匝平面与导线位置处于同一平面内，有利于增强其抗干扰能力。测试数据如表1所示，可以看出，如图2(e)、图2(f)的设计方式受电磁干扰更小，误差仅为0.023％。

所述检测传感器1，其回线的设计方式如图3(b)所示。目前通常采用的回线方式一般如图3(a)所示，采用图3(a)中的第一回线8、或者第二回线8’。如果采用第一回线8，则回线的回路面积将大于检测传感器线圈本身绕线产生的回路面积，产生过补偿；如采用第二回线8’，则回线的回路面积小于绕线回路面积，导致补偿不足。这两种方式都将导致传感器易受垂直于PCB板平面方向的干扰。

为解决这种问题，本发明采用图3(b)所示的第三回线8”设计方法，其回路面积为图3(a)中回路面积的平均值，与绕线本身回路面积基本一致，因而补偿效果更好，使得传感器抗垂直方向干扰能力更强。表2数据可以看出，采用图3(b)设计的回线，垂直方向干扰误差小于0.01％。

所述检测传感器1，其骨架采用环氧树脂材料制作而成，骨架本身为圆形，骨架厚度一般采用3mm后的PCB板制作。其内外径可根据安装环境适当调节，从而可以应用于不同的场合。

所述检测传感器1安装在环形金属屏蔽盒9内，如图4所示，从而可有效提高其抗干扰能力。

所述检测传感器1，其PCB板5上包含两个焊接点10，用于焊接屏蔽电缆，如图3 (b)所示。信号输出经屏蔽电缆传送给信号示波单元2元。信号示波单元2采用MDO4000C 混合域示波器构成，其测量频带可达1GHz，记录点数可达20M，最大采样率可达最大5 GS/s，保证了局部放电高频信号的准确采集和波形显示。

所述信号示波单元2，其输出经USB屏蔽线4传送给信号处理终端3。信号处理终端3用于对信号示波单元2传输的局部放电信号数据进行分析处理、数据保存、状态评估及预警等，当发现局部放电信号较大时，则进行预警，提示工作人员关注被检测设备，及时做好检修准备。

所述信号处理终端3采用PC机或者笔记本电脑，其上安装Labview软件编程，配合Matlab程序进行数据处理，可有效提高数据分析准确度。

本发明一种局部放电信号检测系统，其检测传感器1采用了两种不同于传统传感器的设计方式：

1)布线时，PCB板正面布线与背面布线重叠，故而其线匝平面与导线位置处于同一平面内，有利于增强其抗干扰能力。测试结果表明，该设计方式受电磁干扰更小，误差仅为0.023％；

2)回线设计方式比传统回线设计方式更接近于绕线本身回路面积，因而补偿效果更好，抗垂直方向的电磁干扰能力更强。

表1 PCB板不同布线方式仿真测试结果

绕线方式	附近导线干扰误差(％)
		图2(a)、(b)	0.182
图2(c)、(d)	0.096
		图2(e)、(f)	0.023

表2不同回线方式仿真测试结果

。

Claims (7)

1.一种局部放电信号检测系统，包括检测传感器（1）、信号示波单元（2）、信号处理终端（3），其特征在于：所述检测传感器（1）包括PCB板（5）、正面布线（6）、背面布线（7），通过PCB板（5）上的正面布线（6）、背面布线（7），形成测量线匝，所述正面布线（6）、背面布线（7）采用过孔（8）相连；所述检测传感器（1）连接信号示波单元（2），所述信号示波单元（2）连接信号处理终端（3）。

2.根据权利要求1所述一种局部放电信号检测系统，其特征在于：所述正面布线（6）与背面布线（7）重叠，同一个线匝正反之间布线几乎全部重叠，线匝平面的延长线与一次导线L0中心处于同一直线连接线上。

3.根据权利要求1所述一种局部放电信号检测系统，其特征在于：所述检测传感器（1）包括第一回线（8）、第二回线（8’），第一回线（8）的半径为PCB板线圈内圈的半径，第二回线（8’）的半径为PCB板线圈外圈的半径。

4.根据权利要求1所述一种局部放电信号检测系统，其特征在于：所述检测传感器1包括第三回线（8’’），第三回线（8’’）包括两半回线，一半回线的半径为PCB板线圈内圈的半径，另一半回线的半径为PCB板线圈外圈的半径，从而整个回线构成的回路面积与绕线本身回路面积基本一致。

5.根据权利要求1所述一种局部放电信号检测系统，其特征在于：所述PCB板（5）采用环氧树脂材料制作而成，PCB板（5）构成检测传感器（1）的骨架，检测传感器（1）安装在环形金属屏蔽盒（9）内。

6.根据权利要求1所述一种局部放电信号检测系统，其特征在于：所述PCB板（5）上包含两个焊接点（10），用于焊接屏蔽电缆；检测传感器（1）信号输出经屏蔽电缆传送给信号示波单元（2），信号示波单元（2）采用MDO4000C 混合域示波器。

7.根据权利要求1所述一种局部放电信号检测系统，其特征在于：所述信号示波单元（2）输出经USB屏蔽线（4）传送给信号处理终端（3），信号处理终端（3）用于对信号示波单元（2）传输的局部放电信号数据进行分析处理、数据保存、状态评估及预警。