CN108375720B - 一种用于局放测试的相频追踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于局放测试的相频追踪系统，包括相频采集模块和相频追踪模块，相频采集模块用于局部放电测试点的相频采集；相频追踪模块用于对相频采集模块采集的关于局部放电测试点的相频数据进行信号处理；相频采集模块通过无线通信方式与相频追踪模块信号连接。本发明工作过程如下：相频采集模块检测局部放电测试点的频率相位信息，并将频率相位信息通过无线通信的方式传输至相频追踪模块。本发明解决了加压处与检测点较远，从而无法得到频率和相位信息的问题，其次，通过施密特触发器，解决了普通模数转换电路中，过零处可能会出现电平持续现象，使得相频信息获取更精准。

Description

一种用于局放测试的相频追踪系统

技术领域

本发明涉及信号发生器领域，更具体地，涉及一种用于局放测试的相频追踪系统。

背景技术

对于新设计和制造的高压电气设备，通过局部放电测量可以及时发现绝缘中的薄弱环节，防止设计与制造工艺上的差错及材料的使用不当。局部放电测试是鉴别产品绝缘或设备运行可靠性的一种重要方法。它能发现耐压试验无法发现的设备缺陷。局部放电测试是当前电力设备试验的重要项目之一。由于电力设备绝缘介质的局部放电和设备本身的运行电压波形存在着相位关系，在对其进行局放测试时，必须获取与运行电压频率相位一致波形作为参考（称为同步信号），才能准确诊断局部放电的真实情况。但是在例如电缆、GIS（GAS INSULATED SWITCHGEAR，气体绝缘全封闭组合电器）设备等交接时的局部放电测试中，所测设备并不存在运行电压，局放测试是和交流耐压试验一起进行的。此时能够引起局部放电的电压为这些设备交流耐压试验的电压。由于现场环境的影响，交流耐压装置一般都采用谐振的原理进行耐压试验，但谐振电压的频率和相位一般会随着耐压装置的不同而发生改变，要得到同步信号需要在加压处通过分压来获取。但由于局放检测点与加压处距离较远，实际试验时很难通过接线方式来得到分压，从而无法得到频率和相位信息。

发明内容

本发明克服了上述现有的局部放电测试的缺陷，提供了一种新的用于局放测试的相频追踪系统，能对局放测试电的信号进行跟踪，产生同频同相的信号。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种用于局放测试的相频追踪系统，包括相频采集模块和相频追踪模块，其中，

所述的相频采集模块用于局部放电测试点的相频采集；

所述的相频追踪模块用于对相频采集模块采集的关于局部放电测试点的相频数据进行信号处理；

所述的相频采集模块通过无线通信方式与相频追踪模块信号连接。

本发明工作过程如下：

相频采集模块检测局部放电测试点的频率相位信息，并将频率相位信息通过无线通信的方式传输至相频追踪模块。

在一种优选的方案中，所述的相频采集模块包括分压电路、低通滤波器、施密特触发器、第一微处理器、第一计数芯片和第一无线通信模块，其中，

所述的分压电路的信号输入端作为相频采集模块的输入端，所述的分压电路的信号输入端与局部放电测试点电连接；

所述的分压电路的信号输出端与低通滤波器的信号输入端电连接；

所述的低通滤波器的信号输出端与施密特触发器的输入端电连接；

所述的施密特触发器的输出端与第一微处理器的第一输入端电连接；

所述的第一微处理器的第二输入端与第一计数芯片的信号输出端电连接；

所述的第一微处理器的输出端与第一无线通信模块的信号输入端电连接；第一无线通信模块的发射端作为相频采集模块的输出端。

本优选方案中，模拟信号通过ADC时在过零处可能会出现电平持续现象，导致相频的获取不准确。通过施密特触发器对信号进行模数转换，可以保证在触发的瞬间能够有陡变的上升沿和下降沿，并通过抓取上升下降沿来获取初相位和频率，对相频的获取更加准确。

在一种优选的方案中，所述的相频追踪模块包括第二无线通信模块、第二微处理器、第二计数芯片、第二程序模块和数模芯片，其中，

所述的第二无线通信模块的信号的接收端作为相频追踪模块的输入端，第二无线通信模块的输出端与第二微处理器的第一输入端电连接；

所述的第二微处理器的第二输入端与第二计数芯片的输出端电连接；

所述的第二微处理器的输出端与数模芯片的输入端电连接；数模芯片的输出端作为相频追踪模块的输出端；

所述的第二程序模块存储在第二微处理器，所述的第二程序模块被第二微处理器执行时包括以下步骤：

S1.启动第二计数芯片，开始计数；

S2.进行延时修正模式，令相频采集模块与相频追踪模块两者时钟同步；

S3.通过第二无线通信模块发出控制信号，启动相频采集模块；

S4.相频追踪模块接收相频采集模块的关于局部放电测试点的相频数据；

S5.相频追踪模块对局部放电测试点的相频数据进行信号处理，得到局部放电测试点的频率数据和相位数据，实现对局部放电测试点的相频追踪。

在一种优选的方案中，所述的无线通信方式是4G通信或者Wifi通信。

本优选方案中，对于GIS局放测试，由于加压处和测试点距离较短，采用WiFi方式进行通信；对于电缆局放测试，由于加压处和测试点距离较长，则采用4G通信。

在一种优选的方案中，所述的S2包括以下流程：

S2.1：记录第二计数芯片的计数，设为N1；

S2.2：通过第二无线通信模块发出指令，命令相频采集模块收到指令后，对相频追踪模块发出收到信号；

S2.3：相频追踪模块收到相频采集模块发出的收到信号时，记录第二计数芯片的计数，设为N2；

S2.4：延时时间设为N，所述的N通过下式进行表示：

N=0.5*（N2-N1）；

S2.5：根据延时时间N设置同步修正指令，令相频采集模块与相频追踪模块两者时钟同步。

在一种优选的方案中，，所述的相频采集模块还包括第一程序模块，所述的第一程序模块存储在第一微处理器，所述的第一程序模块被第一微处理器执行时包括以下步骤：

A1：当收到相频追踪模块的S2.1指令后，通过第一无线通信模块将带有N1的回复指令发送至第二无线通信模块；

A2：相频采集模块通过局部放电测试点的信号触发施密特触发器得到上升沿和下降沿；

A3：第一微处理器根据施密特触发器的采集数据计算出局部放电测试点的相频数据，所述的相频数据包括频率数据和初步相位数据；

A4：通过第一无线模块将局部放电测试点的相频数据发送至相频追踪模块。

在一种优选的方案中，所述的A3包括以下流程：

A3.1：通过第一计数芯片，得到施密特触发器的上下沿的计数差，设为t；

A3.2：通过技术差 t得到角频率ω，所述的角频率ω通过下式表达：

ω=2 π/2 t；

A3.3：时间 t ₁通过下式表达：

t ₁= N _c* μ

其中，所述的 N _c为施密特触发器触发时，第一计数芯片的计数值；所述的 μ为第一计数芯片的技术周期；

A3.4：所述的初步相位 ρ通过下式求取：

V _c =V _m * sin（ω t ₁+ ρ）

其中，所述的 V _m 是局部放电测试点的信号电压幅值；所述的 V _c 是施密特触发器触发时的电压值。

在一种优选的方案中，所述的S5包括以下内容：

当相频追踪模块接收相频采集模块的关于局部放电测试点的相频数据时，设第二计数芯片的技术为N3，基于信号的周期性，得到局部放电测试点信号的下个周期的触发时刻的计数值S，所述的S通过下式进行表达：

S=D-N3-0.5*（N2-N1）+D’

式中，所述的D是第一计数芯片设定的计数周期值，所述的D’通过下式进行表达：

若D-N3-0.5*（N2-N1）＞0，则D’=0；

若D-N3-0.5*（N2-N1）≤0，则D’=D，即D’是第一计数芯片设定的计数周期值；

相频追踪模块通过D得到最终频率信息，实现对局部放电测试点的相频信息的追踪。

本优选方案中，由于可能存在D-N3-0.5*（N2-N1）≤0的情况存在，因此需要增加D’。局部放电测试点的信号为周期性信号，当D-N3-0.5*（N2-N1）≤0发生，只需要多增加一个计数周期，则两者的相频信息必然是相同的。

在一种优选的方案中，所述的施密特触发器电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一三极管和第二三极管，其中，

所述的第一电阻的一端作为施密特触发器电路的输入端，第一电阻的另一端与第一三极管的基级电连接；

所述的第一三极管的集电极与第二电阻的一端电连接；

所述的第二电阻的另一端接电源；

所述的第一三极管的发射极与第三电阻的一端电连接；

所述的第三电阻的另一端接地；

所述的第一三极管的集电极与第四电阻的一端电连接；

所述的第四电阻的另一端与第二三极管的基级电连接；

所述的第四电阻的另一端与第五电阻的一端电连接；

所述的第五电阻的另一端接地；

所述的第一三极管的发射极与第二三极管的发射极电连接；

所的第六电阻的一端接电源；

所述的第二三极管的集电极作为施密特触发器电路的输出端，第二三极管的集电极与第六电阻的另端电连接。

在一种优选的方案中，所述的低通滤波器包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一电容、第二电容和运算放大器，其中，

所述的第七电阻的一端作为低通滤波器的输入端，第七电阻的另一端与第一电容的一端电连接；

所述的第一电容的另一端与运算放大器的输出端电连接；

所述的第七电阻的另一端与第八电阻的一端电连接；

所述的第八电阻的另一端与第二电容的一端电连接；

所述的第八电阻的另一端与运算放大器的同相输入端电连接；

所述的第二电容的另一端接地；

所述的第九电阻的一端接地；

所述的第九电阻的另一端与运算放大器的反相输入端电连接；

所述的第九电阻的另一端与第十电阻的一端电连接；

所述的运算放大器的输出端与第十电阻的另一端电连接，运算放大器的输出端作为低通滤波器的输出端。

在一种优选的方案中，所述的信号发生终端还包括LCD显示屏，LCD显示屏的信号输入端与第二微处理器电连接。LCD显示屏用于显示产生的同步信号的频率和幅值。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明解决了加压处与检测点较远，从而无法得到频率和相位信息的问题，其次，通过施密特触发器，解决了普通模数转换电路中，过零处可能会出现电平持续现象，使得相频信息获取更精准。

附图说明

图1为实施例模块图。

图2为实施例工作流程图。

图3为实施例的施密特触发器电路图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种用于局放测试的相频追踪系统，包括相频采集模块和相频追踪模块，其中，

相频采集模块用于局部放电测试点的相频采集；

相频追踪模块用于对相频采集模块采集的关于局部放电测试点的相频数据进行信号处理；

相频采集模块通过无线通信方式与相频追踪模块信号连接。

其中，频采集模块包括分压电路、低通滤波器电路、施密特触发器电路、第一计数芯片、MSP430F149和4G通信芯片，其中，

分压电路的信号输入端作为相频采集模块的输入端，分压电路的信号输入端与局部放电测试点电连接；

第一计数芯片的主频选择1MHz，计数周期为1μs；计数器从1~20000做周期性计数；

分压电路的信号输出端与低通滤波器电路的信号输入端电连接；

低通滤波器电路的信号输出端与施密特触发器电路的输入端电连接；

施密特触发器电路的输出端与MSP430F149的第一输入端电连接；

MSP430F149的第二输入端与第一计数芯片的信号输出端电连接；

MSP430F149的输出端与4G通信芯片的信号输入端电连接；4G通信芯片的发射端作为相频采集模块的输出端。

其中，如图3所示，相频追踪模块包括4G通信芯片、MSP430F149、LCD显示屏、第二计数芯片和数模芯片，其中，

4G通信芯片的信号的接收端作为相频追踪模块的输入端，4G通信芯片的输出端与第二微处理器的第一输入端电连接；

MSP430F149的第二输入端与第二计数芯片的第一输出端电连接；

MSP430F149的第一输出端与数模芯片的输入端电连接；数模芯片的输出端作为相频追踪模块的输出端；

LCD显示屏的输入端与MSP430F149的第二输出端电连接。

其中，施密特触发器电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一三极管和第二三极管，其中，

第一电阻的一端作为施密特触发器电路的输入端，第一电阻的另一端与第一三极管的基级电连接；

第一三极管的集电极与第二电阻的一端电连接；

第二电阻的另一端接电源；

第一三极管的发射极与第三电阻的一端电连接；

第三电阻的另一端接地；

第一三极管的集电极与第四电阻的一端电连接；

第四电阻的另一端与第二三极管的基级电连接；

第四电阻的另一端与第五电阻的一端电连接；

第五电阻的另一端接地；

第一三极管的发射极与第二三极管的发射极电连接；

第六电阻的一端接电源；

第二三极管的集电极作为施密特触发器电路的输出端，第二三极管的集电极与第六电阻的另端电连接。

其中，低通滤波器包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一电容、第二电容和运算放大器，其中，

第七电阻的一端作为低通滤波器的输入端，第七电阻的另一端与第一电容的一端电连接；

第一电容的另一端与运算放大器的输出端电连接；

第七电阻的另一端与第八电阻的一端电连接；

第八电阻的另一端与第二电容的一端电连接；

第八电阻的另一端与运算放大器的同相输入端电连接；

第二电容的另一端接地；

第九电阻的一端接地；

第九电阻的另一端与运算放大器的反相输入端电连接；

第九电阻的另一端与第十电阻的一端电连接；

运算放大器的输出端与第十电阻的另一端电连接，运算放大器的输出端作为低通滤波器的输出端。

如图2所示，本实施例的工作过程如下：

第二程序模块存储在第二微处理器，第二程序模块执行时包括以下步骤：

S1.启动第二计数芯片，开始计数。

S2.进行延时修正模式，令相频采集模块与相频追踪模块两者时钟同步；

S2.1：记录第二计数芯片的计数，设为N1；

S2.2：通过第二无线通信模块发出指令，命令相频采集模块收到指令后，对相频追踪模块发出收到信号；

S2.3：相频追踪模块收到相频采集模块发出的收到信号时，记录第二计数芯片的计数，设为N2；

S2.4：延时时间设为N，N通过下式进行表示：

N=0.5*（N2-N1）；

S2.5：根据延时时间N设置同步修正指令，令相频采集模块与相频追踪模块两者时钟同步。

S3.通过第二无线通信模块发出控制信号，启动相频采集模块；

S4.相频追踪模块接收相频采集模块的关于局部放电测试点的相频数据；

S5.相频追踪模块对局部放电测试点的相频数据进行信号处理，得到局部放电测试点的频率数据和相位数据，实现对局部放电测试点的相频追踪；

当相频追踪模块接收相频采集模块的关于局部放电测试点的相频数据时，设第二计数芯片的技术为N3，基于信号的周期性，得到局部放电测试点信号的下个周期的触发时刻的计数值S，S通过下式进行表达：

S=20000-N3-0.5*（N2-N1）+D’

式中，D’通过下式进行表达：

若D-N3-0.5*（N2-N1）＞0，则D’=0；

若D-N3-0.5*（N2-N1）≤0，则D’=20000，即D’是第一计数芯片设定的计数周期值；

相频追踪模块通过D得到最终频率信息，实现对局部放电测试点的相频信息的追踪。

第一程序模块存储在第一微处理器，第一程序模块被第一微处理器执行时包括以下步骤：

A1：当收到相频追踪模块的S2.1指令后，通过第一无线通信模块将带有N1的回复指令发送至第二无线通信模块；

A2：相频采集模块通过局部放电测试点的信号触发施密特触发器得到上升沿和下降沿；

A3：第一微处理器根据施密特触发器的采集数据计算出局部放电测试点的相频数据，相频数据包括频率数据和初步相位数据；

A3.1：通过第一计数芯片，得到施密特触发器的上下沿的计数差，设为t；

A3.2：通过技术差 t得到角频率ω，角频率ω通过下式表达：

ω=2 π/2 t；

A3.3：时间 t ₁通过下式表达：

t ₁= N _c* μ

其中， N _c为施密特触发器触发时，第一计数芯片的计数值； μ为第一计数芯片的技术周期；

A3.4：初步相位 ρ通过下式求取：

V _c =V _m * sin（ω t ₁+ ρ）

其中， V _m 是局部放电测试点的信号电压幅值； V _c 是施密特触发器触发时的电压值。

A4：通过第一无线模块将局部放电测试点的相频数据发送至相频追踪模块。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于局放测试的相频追踪系统，其特征在于，包括相频采集模块和相频追踪模块，其中，

所述的相频采集模块用于局部放电测试点的相频采集；

所述的相频追踪模块用于对相频采集模块采集的关于局部放电测试点的相频数据进行信号处理；

所述的相频采集模块通过无线通信方式与相频追踪模块信号连接；

所述的相频采集模块包括分压电路、低通滤波器、施密特触发器、第一微处理器、第一计数芯片和第一无线通信模块，其中，

所述的分压电路的信号输入端作为相频采集模块的输入端，所述的分压电路的信号输入端与局部放电测试点电连接；

所述的分压电路的信号输出端与低通滤波器的信号输入端电连接；

所述的低通滤波器的信号输出端与施密特触发器的输入端电连接；

所述的施密特触发器的输出端与第一微处理器的第一输入端电连接；

所述的第一微处理器的第二输入端与第一计数芯片的信号输出端电连接；

所述的第一微处理器的输出端与第一无线通信模块的信号输入端电连接；第一无线通信模块的发射端作为相频采集模块的输出端；

所述的相频追踪模块包括第二无线通信模块、第二微处理器、第二计数芯片、第二程序模块、数模芯片和LCD显示屏，其中，

所述的第二无线通信模块的信号的接收端作为相频追踪模块的输入端，第二无线通信模块的输出端与第二微处理器的第一输入端电连接；

所述的第二微处理器的第二输入端与第二计数芯片的输出端电连接；

所述的第二微处理器的输出端与数模芯片的输入端电连接；数模芯片的输出端作为相频追踪模块的输出端；

所述的LCD显示屏的信号输入端与第二微处理器电连接；

所述的第二程序模块存储在第二微处理器，所述的第二程序模块被第二微处理器执行时包括以下步骤：

S1.启动第二计数芯片，开始计数；

S2.进行延时修正模式，令相频采集模块与相频追踪模块两者时钟同步；

S3.通过第二无线通信模块发出控制信号，启动相频采集模块；

S4.相频追踪模块接收相频采集模块的关于局部放电测试点的相频数据；

S5.相频追踪模块对局部放电测试点的相频数据进行信号处理，得到局部放电测试点的频率数据和相位数据，实现对局部放电测试点的相频追踪；

所述的S2包括以下步骤：

S2.1：记录第二计数芯片的计数，设为N1；

S2.2：通过第二无线通信模块发出指令，命令相频采集模块收到指令后，对相频追踪模块发出收到信号；

S2.3：相频追踪模块收到相频采集模块发出的收到信号时，记录第二计数芯片的计数，设为N2；

S2.4：延时时间设为N，所述的N通过下式进行表示：

N=0.5*（N2-N1）；

S2.5：根据延时时间N设置同步修正指令，令相频采集模块与相频追踪模块两者时钟同步；

所述的S5包括以下内容：

当相频追踪模块接收相频采集模块的关于局部放电测试点的相频数据时，设第二计数芯片的计数为N3，基于信号的周期性，得到局部放电测试点信号的下个周期的触发时刻的计数值S，所述的S通过下式进行表达：

S=D-N3-0.5*（N2-N1）+D’

式中，所述的D是第一计数芯片设定的计数周期值，所述的D’通过下式进行表达：

若D-N3-0.5*（N2-N1）＞0，则D’=0；

若D-N3-0.5*（N2-N1）≤0，则D’=D，即D’是第一计数芯片设定的计数周期值；

相频追踪模块通过D得到最终频率信息，实现对局部放电测试点的相频信息的追踪。

2.根据权利要求1所述的相频追踪系统，其特征在于，所述的相频采集模块还包括第一程序模块，所述的第一程序模块存储在第一微处理器，所述的第一程序模块被第一微处理器执行时包括以下步骤：

A1：当收到所述步骤S2.2中相频追踪模块发送的指令后，通过第一无线通信模块将带有N1的回复指令发送至第二无线通信模块；

A2：相频采集模块通过局部放电测试点的信号触发施密特触发器得到上升沿和下降沿；

A3：第一微处理器根据施密特触发器的采集数据计算出局部放电测试点的相频数据，所述的相频数据包括频率数据和初步相位数据；

A4：通过第一无线模块将局部放电测试点的相频数据发送至相频追踪模块。

3.根据权利要求2所述的相频追踪系统，其特征在于，所述的步骤A3包括以下流程：

A3.1：通过第一计数芯片，得到施密特触发器的上下沿的计数差，设为t；

A3.2：通过计数差t得到角频率ω，所述的角频率ω通过下式表达：

ω=2π/2t；

A3.3：时间t ₁通过下式表达：

t ₁=N _c*μ

其中，所述的N _c为施密特触发器触发时，第一计数芯片的计数值；所述的μ为第一计数芯片的计数周期；

A3.4：所述的初步相位ρ通过下式求取：

V _c =V _m*sin（ωt ₁+ρ）

其中，所述的V _m是局部放电测试点的信号电压幅值；所述的V _c是施密特触发器触发时的电压值。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的相频追踪系统，其特征在于，所述的施密特触发器电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一三极管和第二三极管，其中，

所述的第一电阻的一端作为施密特触发器电路的输入端，第一电阻的另一端与第一三极管的基极电连接；

所述的第一三极管的集电极与第二电阻的一端电连接；

所述的第二电阻的另一端接电源；

所述的第一三极管的发射极与第三电阻的一端电连接；

所述的第三电阻的另一端接地；

所述的第一三极管的集电极与第四电阻的一端电连接；

所述的第四电阻的另一端与第二三极管的基极电连接；

所述的第四电阻的另一端与第五电阻的一端电连接；

所述的第五电阻的另一端接地；

所述的第一三极管的发射极与第二三极管的发射极电连接；

所的第六电阻的一端接电源；

所述的第二三极管的集电极作为施密特触发器电路的输出端，第二三极管的集电极与第六电阻的另一端电连接。

5.根据权利要求4所述的相频追踪系统，其特征在于，所述的低通滤波器包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一电容、第二电容和运算放大器，其中，

所述的第七电阻的一端作为低通滤波器的输入端，第七电阻的另一端与第一电容的一端电连接；

所述的第一电容的另一端与运算放大器的输出端电连接；

所述的第七电阻的另一端与第八电阻的一端电连接；

所述的第八电阻的另一端与第二电容的一端电连接；

所述的第八电阻的另一端与运算放大器的同相输入端电连接；

所述的第二电容的另一端接地；

所述的第九电阻的一端接地；

所述的第九电阻的另一端与运算放大器的反相输入端电连接；

所述的第九电阻的另一端与第十电阻的一端电连接；

所述的运算放大器的输出端与第十电阻的另一端电连接，运算放大器的输出端作为低通滤波器的输出端。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的相频追踪系统，其特征在于，所述的无线通信方式是4G通信或者Wifi通信。

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