CN108536070A - 一种局部放电和温度检测一体化智能仪表 - Google Patents

一种局部放电和温度检测一体化智能仪表 Download PDF

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Abstract

本发明涉及局部放电检测和温度检测的在线检测装置，尤其是一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，包括脉冲接收测量电路、声表面波收发射频电路、信号采集电路、测量控制及数字信号处理电路以及MCU电路；信号采集电路连接脉冲接收测量电路和声表面波收发射频电路的输出端，测量控制及数字信号处理电路连接信号采集电路的输出端，MCU电路连接测量控制及数字信号处理电路的接口。该局部放电和温度检测一体化智能仪表，实现局部放电检测和温度检测的一体化设计，通过特征匹配和频谱匹配实现对设备故障的准确检测；采用高频脉冲检测法与声表面波温度检测相耦合的设计方案，从电路设计、算法处理上来提供故障检测的准确性。

Description

一种局部放电和温度检测一体化智能仪表
技术领域
本发明涉及局部放电检测和温度检测的在线检测装置，尤其是一种局部放电和温度检测一体化智能仪表。
背景技术
高压开关柜中的10KV和35KV开关柜在电力系统中广泛应用，但由于动静触头长时间使用后老化和积尘问题，会导致接触电阻变大，产生局放和发热。高压电缆接头是开关柜进线或出线不可缺少的部件，用来实现两段电缆的连接，电缆接头处，由于老化或接触松动也会导致接触电阻变大，发热或产生局部放电现象，局部放电量的异常增加和温度的异常升高之间有很强的关联性，因此对高压开关柜触头和进出线缆进行局部放电和温度的联合检测很有必要。
局部放电的检测方法有许多，但误报率通常都很高，不能成为有效的检测手段，通过将局部放电脉冲检测和温度检测电路进行一体化设计，既能够通过共享部分硬件电路降低整体造价，又能够将局放信息与温度信息进行对照，相互印证潜在的故障，对电力设备提供在线式的故障检测，保障设备可靠运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中存在的问题，提供一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，实现局部放电检测和温度检测的一体化设计，通过特征匹配和频谱匹配实现对设备故障的准确检测；采用高频脉冲检测法与声表面波温度检测相耦合的设计方案，从电路设计、算法处理上来提供故障检测的准确性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，包括脉冲接收测量电路、声表面波收发射频电路、信号采集电路、测量控制及数字信号处理电路以及MCU电路；所述的信号采集电路连接所述的脉冲接收测量电路和所述的声表面波收发射频电路的输出端，所述的测量控制及数字信号处理电路连接所述的信号采集电路的输出端，所述的MCU电路连接所述的测量控制及数字信号处理电路的接口；
所述的脉冲接收测量电路，接收射频线缆传输过来的射频信号，经过低噪声放大器、二级放大器和自动增益控制电路，信号送达脉冲调理电路，信号经调理后送入下一级电路处理；
所述的声表面波收发射频电路，由激励信号产生电路和小信号接收电路组成，激励信号产生电路由无调制信号的调制信号发生器产生，信号经过功率放大器放大后发出射频激励信号，小信号接收电路接收射频线缆或天线传输回来的信号，信号经低噪声放大器、二级放大器及自动增益控制电路，将小信号转化为调制解调器可以接收的信号，信号经过调制解调器后变为中频信号，经匹配电路输入下一级电路处理；
所述的信号采集电路，由模数转换集成芯片来实现信号的采集，将脉冲信号和声表面波中的小信号分时转换为数字信号，输入下一级电路处理；
所述的测量控制及数字信号处理电路，实现对局部放电信号测量过程的控制功能和声表面波信号测量过程的控制功能；
所述的MCU电路，实现局放数据和温度数据的协议封装和通信接口功能。
进一步限定，所述的测量控制及数字信号处理电路，由FPGA来实现逻辑处理和数字处理，对输入的脉冲数字信号进行数字运算提取局放特征，避免干扰信号造成误测试，对输入的声表面波小信号数字信号进行数字运算，利用声表面波的信号特征集来确认有效信号。即，FPGA声表面波小信号数字运算功能，通过傅里叶算法将信号频谱特征提取，来实现声表面波信号的提取和抗干扰的能力。
进一步限定，所述的MCU电路包括存储电路、RS232调试电路和RS485标准通信接口，通过存储电路实现配置数据的存储，具有良好的扩展特性。
进一步限定，所述的声表面波收发射频电路中的自动增益控制电路，能够将小信号适配为调制解调器的输入范围电平，能够保证小信号的可靠接收。即，自动增益控制电路，能够将一定范围内的小信号进行放大到调制解调器的适当输入范围内，将大信号进行衰减，保证调制解调器输入电平适配。
进一步限定，所述的测量控制及数字信号处理电路中的FPGA器件能够实现对测量过程的实时控制，能够将接收到的局放数字信号进行特征计算，排除局放外部干扰问题，能够将接收到的声表面波数字信号进行频谱特征计算，实现温度的测量。即，FPGA局放特征提取功能，是通过预置的局放特征模型来和运算得到的信号模型匹配，来实现局放特征的匹配和抗干扰的能力。
进一步限定，所述的MCU控制电路包括SPI存储器和丰富的外设接口。
更进一步限定，所述的外设接口包括RS232调试串口、RS485数据通信口及足够大的内部自带存储空间。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，能够通过FPGA内算法将局部放电特征和声表面波温度特征进行关联，通过关联算法实现故障检测的准确性。
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申请中记载的一些实施例，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是产品的功能框图；
图2是脉冲接收测量原理框图；
图3是声表面波收发电路原理框图；
图4是测量控制及数字信号处理电路原理框图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
见图1，一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，其基于脉冲测量和声表面波测量技术实现局部放电测量和温度测量，包括脉冲接收测量电路、声表面波收发射频电路、信号采集电路、测量控制及数字信号处理电路以及MCU电路。
该局部放电和温度检测一体化智能仪表通过AC220V供电电路供电，通过外接专用射频信号线缆连接外部天线以探测电力一次设备。信号采集电路连接脉冲接收测量电路和声表面波收发射频电路的输出端，测量控制及数字信号处理电路连接信号采集电路的输出端，MCU电路连接测量控制及数字信号处理电路的接口。本发明实现局部放电检测和温度检测的一体化设计，为电力一次设备提供高可靠性的状态检测，降低了运维成本，提高了设备使用寿命。
脉冲接收测量电路，接收射频线缆传输过来的400MHz左右的射频信号，经过低噪声放大器、二级放大器和自动增益控制电路，信号送达脉冲调理电路，信号经调理后送入下一级电路处理。脉冲接收测量电路能够实现对高频400MHz左右信号的脉冲采集和处理。
声表面波收发射频电路，由激励信号产生电路和小信号接收电路组成，激励信号产生电路由无调制信号的调制信号发生器产生，信号经过功率放大器放大后发出射频激励信号，小信号接收电路接收射频线缆或天线传输回来的信号，信号经低噪声放大器、二级放大器及自动增益控制电路，将小信号转化为调制解调器可以接收的信号，信号经过调制解调器后变为中频信号，经匹配电路输入下一级电路处理。声表面波收发射频电路中的自动增益控制电路，能够将小信号适配为调制解调器的输入范围电平，能够保证小信号的可靠接收。即，自动增益控制电路，能够将一定范围内的小信号进行放大到调制解调器的适当输入范围内，将大信号进行衰减，保证调制解调器输入电平适配。
信号采集电路，由模数转换集成芯片来实现信号的采集，将脉冲信号和声表面波中的小信号分时转换为数字信号，输入下一级电路处理。
测量控制及数字信号处理电路，实现对局部放电信号测量过程的控制功能和声表面波信号测量过程的控制功能；由FPGA来实现逻辑处理和数字处理，对输入的脉冲数字信号进行数字运算提取局放特征，避免干扰信号造成误测试，对输入的声表面波小信号数字信号进行数字运算，利用声表面波的信号特征集来确认有效信号。即，FPGA声表面波小信号数字运算功能，通过傅里叶算法将信号频谱特征提取，来实现声表面波信号的提取和抗干扰的能力。测量控制及数字信号处理电路中的FPGA器件能够实现对测量过程的实时控制，能够将接收到的局放数字信号进行特征计算，排除局放外部干扰问题，能够将接收到的声表面波数字信号进行频谱特征计算，实现温度的测量。即，FPGA局放特征提取功能，是通过预置的局放特征模型来和运算得到的信号模型匹配，来实现局放特征的匹配和抗干扰的能力。
MCU电路，实现局放数据和温度数据的协议封装和通信接口实现。 MCU电路包括存储电路、RS232调试电路和RS485标准通信接口，通过存储电路实现配置数据的存储，具有良好的扩展特性。MCU控制电路包括SPI存储器、丰富的外设接口，外设接口包括RS232调试串口、RS485数据通信口及足够大的内部自带存储空间。
该局部放电和温度检测一体化智能仪表的具体操作步骤如下：
第一步，见图2，脉冲接收调理电路，接收射频线缆或天线传输过来的400MHz左右的射频信号，经过低噪声放大器、二级放大器和自动增益控制电路，信号经调理后送入下一级电路处理。
第二步，见图3，声表面波收发电路由激励信号产生电路和小信号接收电路组成，激励信号产生电路由无调制信号的调制信号发生器产生，信号经过功率放大器放大后发出射频激励信号，小信号接收电路接收射频线缆或天线传输回来的信号，信号经低噪声放大器、二级放大器及自动增益控制电路，将小信号转化为调制解调器可以接收的信号，信号经过调制解调器后变为中频信号，经匹配电路输入下一级电路处理。
第三步，见图4，测量控制及数字信号处理电路实现对局部放电信号测量过程的控制功能和声表面波信号测量过程的控制功能，由FPGA来实现逻辑处理和数字处理。对输入的脉冲数字信号进行数字运算提取局放特征，避免干扰信号造成误测试。对输入的声表面波小信号数字信号进行数字运算，利用声表面波的信号特征集来确认有效信号。
MCU电路实现局放数据和温度数据的协议封装和通信接口实现，包括存储电路、RS232调试电路和RS485标准通信接口。通过存储电路实现配置数据的存储，具有良好的扩展特性。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，其特征在于：包括脉冲接收测量电路、声表面波收发射频电路、信号采集电路、测量控制及数字信号处理电路以及MCU电路；所述的信号采集电路连接所述的脉冲接收测量电路和所述的声表面波收发射频电路的输出端，所述的测量控制及数字信号处理电路连接所述的信号采集电路的输出端，所述的MCU电路连接所述的测量控制及数字信号处理电路的接口；
所述的脉冲接收测量电路，接收射频线缆或天线传输过来的射频信号，经过低噪声放大器、二级放大器和自动增益控制电路，信号送达脉冲调理电路，信号经调理后送入下一级电路处理；
所述的声表面波收发射频电路，由激励信号产生电路和小信号接收电路组成，激励信号产生电路由无调制信号的调制信号发生器产生，信号经过功率放大器放大后发出射频激励信号，小信号接收电路接收射频线缆或天线传输回来的信号，信号经低噪声放大器、二级放大器及自动增益控制电路，将小信号转化为调制解调器可以接收的信号，信号经过调制解调器后变为中频信号，经匹配电路输入下一级电路处理；
所述的信号采集电路，由模数转换集成芯片来实现信号的采集，将脉冲信号和声表面波中的小信号分时转换为数字信号，输入下一级电路处理；
所述的测量控制及数字信号处理电路，实现对局部放电信号测量过程的控制功能和声表面波信号测量过程的控制功能；
所述的MCU电路，实现局放数据和温度数据的协议封装和通信接口实现。
2.根据权利要求1所述的一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，其特征在于：所述的测量控制及数字信号处理电路，由FPGA来实现逻辑处理和数字处理，对输入的脉冲数字信号进行数字运算提取局放特征，避免干扰信号造成误测试，对输入的声表面波小信号数字信号进行数字运算，利用声表面波的信号特征集来确认有效信号。
3.根据权利要求1所述的一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，其特征在于：所述的MCU电路包括存储电路、RS232调试电路和RS485标准通信接口，通过存储电路实现配置数据的存储，具有良好的扩展特性。
4.根据权利要求1所述的一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，其特征在于：所述的声表面波收发射频电路中的自动增益控制电路，能够将小信号适配为调制解调器的输入范围电平，能够保证小信号的可靠接收。
5.根据权利要求1所述的一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，其特征在于：所述的测量控制及数字信号处理电路中的FPGA器件能够实现对测量过程的实时控制，能够将接收到的局放数字信号进行特征计算，排除局放外部干扰问题，能够将接收到的声表面波数字信号进行频谱特征计算，通过寻峰算法和特征谱匹配算法，实现温度的测量。
6.根据权利要求1所述的一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，其特征在于：所述的MCU控制电路包括SPI存储器和外设接口。
7.根据权利要求6所述的一种局部放电和温度检测一体化智能仪表，其特征在于：所述的外设接口包括RS232调试串口、RS485数据通信口及内部自带存储空间。
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