CN109596953B - 电磁波发射装置及局部放电测试仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁波发射装置及局部放电测试仪器。其中,该方法包括:电压脉冲产生组件,用于产生预定频率的电压脉冲信号;频率提升组件,与电压脉冲产生组件连接,用于将电压脉冲信号转化为超高频电压脉冲信号;电磁波发射器,与频率提升组件相连,用于根据超高频电压脉冲信号生成超高频电磁波,并发射超高频电磁波。本发明解决了相关技术中的局部放电仪器的电磁波频率较低,导致灵敏度较低,从而导致准确率降低,使用效果差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电磁检测领域,具体而言,涉及一种电磁波发射装置及局部放电测试仪器。
背景技术
现有的电磁检测方式,基于超高频原理的局部放电检测设备具有传播过程衰减较小,能够实现良好的检测灵敏度;并可根据电磁脉冲信号的衰减和时差对设备内局部放电源进行定位;并可分析出设备内局部放电类型。但是在实际使用过程中,由于硬件的原因,电磁的频率无法达到较高水平,一般在百纳秒级。频率较低的电磁脉冲,会影响检测的灵敏度,从而降低测试的准确性。
针对上述的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种电磁波发射装置及局部放电测试仪器,以至少解决相关技术中的局部放电仪器的电磁波频率较低,导致灵敏度较低,从而导致准确率降低,使用效果差的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面,提供了一种电磁波发射装置,包括:电压脉冲产生组件,用于产生预定频率的电压脉冲信号;频率提升组件,与所述电压脉冲产生组件连接,用于将所述电压脉冲信号转化为超高频电压脉冲信号;电磁波发射器,与所述频率提升组件相连,用于根据所述超高频电压脉冲信号生成超高频电磁波,并发射所述超高频电磁波。
可选的,所述频率提升组件包括惰性气体陡化间隙结构,所述惰性气体陡化间隙结构包括,用于通过击穿所述惰性气体陡化间隙,将所述电压脉冲信号转化为超高频电压脉冲信号的针-板电极结构。
可选的,所述惰性气体为六氟化硫SF6气体,SF6陡化间隙的气压为0.1MPa~0.3MPa,针-板间隙小于1mm。
可选的,所述电压脉冲产生组件包括:产生模块,用于产生原始电压脉冲信号,所述原始电压脉冲信号,用于转化为预定频率的所述电压脉冲信号;调节模块,与所述产生模块以及所述频率提升组件相连,用于对所述原始电压脉冲信号进行调整,将所述原始电压脉冲信号调整并转化为所述电压脉冲信号,并向所述频率提升组件输入所述电压脉冲信号。
可选的,所述产生模块包括:触发单元,用于触发电源,产生上升沿或者下降沿的初级电压脉冲信号;脉宽控制单元,与所述触发单元连接,用于生成调节所述初级电压脉冲信号的脉宽信号,输出所述初级电压脉冲信号和所述脉宽信号;场效应晶体管驱动单元,与所述脉宽控制单元连接,用于根据所述脉宽信号和所述初级电压脉冲信号生成电容控制信号;电容器,与所述场效应晶体管驱动单元连接,用于接收和响应所述电容控制信号,生成所述原始电压脉冲信号。
可选的,所述调节模块包括:脉冲线圈,包括原级线圈和副级线圈,所述原级线圈的输入与所述电容器相连,所述原级线圈的输出与所述电磁波发射器相连,所述脉冲线圈用于通过控制副级线圈的电压,控制原级线圈放大所述原始电压脉冲信号;电容组,与所述副级线圈并联,用于控制所述原始电压脉冲信号的脉宽和幅值。
可选的,所述脉冲线圈的原级线圈与副级线圈的匝数比高于2000:1。
可选的,所述装置还包括:用于为所述电压脉冲产生组件和所述频率提升组件供电的直流电源。
可选的,所述电磁波发射器包括电磁波发射天线。
根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种局部放电测试仪器,包括上述中任意一项所述的电磁波发射装置。
在本发明实施例中,采用提高电磁波脉冲频率的方式,通过将电磁波的频率提升到更高的范围,达到了较高的检测灵敏度,和准确率的目的,从而实现了提高检测灵敏度,提升准确率的技术效果,进而解决了相关技术中的局部放电仪器的电磁波频率较低,导致灵敏度较低,从而导致准确率降低,使用效果差的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施例的一种电磁波发射装置的示意图;
图2是根据本发明实施方式的电磁波发射装置的示意图;
图3是根据本发明实施方式的触发单元和电压脉宽控制单元的电路图;
图4是根据本发明实施方式的场效晶体管驱动芯片的示意图;
图5是根据本发明实施方式的场效晶体管驱动单元的电路图;
图6是根据本发明实施方式的陡化前后脉冲的示意图;
图7是根据本发明实施方式的陡化脉冲的频率分布图;
图8是根据本发明实施例的一种局部放电检测仪器的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例,提供了一种电磁波发射装置的实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的一种电磁波发射装置的示意图,如图1所示,该电磁波发射装置包括:
电压脉冲产生组件12,用于产生预定频率的电压脉冲信号;频率提升组件14,与电压脉冲产生组件12连接,用于将电压脉冲信号转化为超高频电压脉冲信号;电磁波发射器16,与频率提升组件14相连,用于根据超高频电压脉冲信号生成超高频电磁波,并发射超高频电磁波。
通过上述装置,采用提高电磁波脉冲频率的方式,通过将电磁波的频率提升到更高的范围,达到了较高的检测灵敏度,和准确率的目的,从而实现了提高检测灵敏度,提升准确率的技术效果,进而解决了相关技术中的局部放电仪器的电磁波频率较低,导致灵敏度较低,从而导致准确率降低,使用效果差的技术问题。
上述超高频是指频率在3GHz~30GHz,波长在1~10cm的电磁波。上述电磁波根据频率可以划分为,甚低频(VLF,频率在3KHz~30KHz,波长在10Km~100Km)、低频(LF,频率在30KHz~300KHz,波长在1Km~10Km)、中频(MF,频率在300KHz~3000KHz,波长在100m~1000m)、高频(HF,频率在3MHz~30MHz,波长在10m~100m)、甚高频(VHF,频率在30MHz~300MHz,波长在1m~10m)、特高频(UHF,频率在300MHz~3000MHz,波长在10cm~100cm)、超高频(SHF,频率在3GHz~30GHz,波长在1cm~10cm)、极高频(EHF,频率在30GHz~300GHz,波长在1mm~10mm)以及至高频(频率在300GHz~3000GHz,波长在0.1mm~1mm)。
上述电压脉冲产生组件可以是脉冲电压产生电路,还可以包括脉冲电压产生电路以及用于放大上述脉冲电压产生电路产生的脉冲电压的放大电路。上述电压产生电路可以包括金属氧化物半导体MOS(metal-oxide-semiconductor)管,或者微控制单元MCU(Microcontroller Unit),通过上述MOS管和上述MCU控制电路通断产生脉冲电压。
上述频率提升组件用于对上述电压脉冲产生组件所产生的电压脉冲进行频率提升。上述频率提升组件与上述放大电路不同,上述放大电路用于放大脉冲电压,上述频率提升组件用于提升脉冲频率。上述频率提升组件可以将上述脉冲电产生电路提高至较高水平,例如,可以提升至超高频,还可以提升至极高频或至高频。在本实施例中,将上述电压脉冲产生的百纳秒级脉冲信号,提升至亚纳秒级脉冲信号。也即是将高频或甚高频脉冲信号提升至超高频信号。
上述电磁波发射器,可以是电磁波发射器,或者发射天线等。上述电磁波发射器用于发射上述频率提升组件输出的超高频电磁波,其中,上述超高频电磁波由超高频电压脉冲信号生成,上述超高频电压脉冲信号为电压信号,也即是电信号。上述电磁波为波信号,上述电磁波反射器包括电磁波生成装置,用于根据上述超高频电压脉冲信号生成超高频电磁波。上述频率提升组件输出的超高频电压脉冲信号通过上述电磁波生成装置生成电磁波,并将生成的电磁波进行无线发送,例如,通过无线天线对上述超高频电磁波进行无线广播。
可选的,频率提升组件包括惰性气体陡化间隙结构,惰性气体陡化间隙结构包括,用于通过击穿惰性气体陡化间隙,将电压脉冲信号转化为超高频电压脉冲信号的针-板电极结构。
上述惰性气体可以是具有部分惰性气体性质的氮气,或者氦气,氖气,氩气,氪气,氙气,氡气等稀有气体,还可以是其他具有惰性气体性质的气体化和物,例如,六氟化硫气体。上述陡化间隙结构也即是用于电压信号产生陡化的间隙结构,上述间隙结构可以是板-板结构,棒-板结构,还可以是针-板结构等。通过对该惰性气体的击穿,可以形成电压导通,从而形成电压脉冲信号的高电平。
可选的,本实施例中采用惰性气体为六氟化硫SF6气体,SF6陡化间隙的气压为0.1MPa~0.3MPa,针-板间隙小于1mm。
上述六氟化硫具有优良的灭弧性能和绝缘性能,可以保正高速稳定击穿,从而稳定有效的提升上述县衙脉冲信号的频率。
可选的,电压脉冲产生组件包括:产生模块,用于产生原始电压脉冲信号,原始电压脉冲信号,用于转化为预定频率的电压脉冲信号;调节模块,与产生模块以及频率提升组件相连,用于对原始电压脉冲信号进行调整,将原始电压脉冲信号调整并转化为电压脉冲信号,并向频率提升组件输入电压脉冲信号。
上述产生模块用于根据直流电源产生原始电压脉冲信号,通常频率较低,电压较小,因此,通过上述调节模块调节上述原始电压脉冲信号的电压,将其转化为预定要求范围的电压,频率较低的电压脉冲信号,上述电压脉冲信号的频率由上述频率提升组件进行调整。上述产生模块可以由控制器控制产生上述原始电压脉冲,还可以通过开关的开闭,电路的通断,主动形成上述原始电压脉冲。上述产生模块可以是脉冲电路。上述调整模块可以是脉宽控制电路。
可选的,产生模块包括:触发单元,用于触发电源,产生上升沿或者下降沿的初级电压脉冲信号;脉宽控制单元,与触发单元连接,用于生成调节初级电压脉冲信号的脉宽信号,输出初级电压脉冲信号和脉宽信号;场效应晶体管驱动单元,与脉宽控制单元连接,用于根据脉宽信号和初级电压脉冲信号生成电容控制信号;电容器,与场效应晶体管驱动单元连接,用于接收和响应电容控制信号,生成原始电压脉冲信号。
上述触发单元可以为开关电路,或者开关,用于控制电路的通断,从而产生初级电压脉冲信号,上述初级电压脉冲信号用于产生上述原始电压脉冲信号。上述触发单元包括触发比较端,该触发比较端可以保持低电平,当触发单元接收触发信号的情况下,触发比较端由低电平转换成高电平并。上述触发单元将上述初级电压脉冲信号发送给脉宽控制单元,上述脉宽控制单元包括脉宽调整芯片,以及与上述脉宽调整芯片相连的调整电路,上述脉宽控制单元输出所述原始电压脉冲信号和上述脉宽控制单元,产生的脉宽信号,并将上述原始电压脉冲信号和上述脉宽信号发送至场效应晶体管驱动单元。上述场效应晶体管驱动单元包括场效晶体管MOSFET,基于上述MOSFET牵引和控制充电电容生成瞬态电磁脉冲。上述电容器通过整流二极管连接直流电源,并通过变脸电阻与脉冲线圈的原级相连,用于为上述脉冲线圈的原级提供电压脉冲信号。
可选的,调节模块包括:脉冲线圈,包括原级线圈和副级线圈,原级线圈的输入与电容器相连,原级线圈的输出与电磁波发射器相连,脉冲线圈用于通过控制副级线圈的电压,控制原级线圈放大原始电压脉冲信号;电容组,与副级线圈并联,用于控制原始电压脉冲信号的脉宽和幅值。
上述调节模块包括脉冲线圈,上述脉冲线圈包括原级线圈和副级线圈,上述产生模块的电容器与上述原级线圈连接,上述脉冲线圈用于放大电压脉冲信号的电压,类似于变压器,需要说明的是,本实施例中,电压脉冲信号由从原级线圈中经过,通过控制副级线圈中的电压达到放大原级线圈中的电压脉冲信号的电压。上述副级线圈的电压可以通过多种方式进行天整合控制,例如,可以通过于副级线圈并联的电容组,控制副级线圈上电压信号的脉宽,幅值等参数,从而控制原始电压脉冲信号的脉宽和幅值。
可选的,脉冲线圈的原级线圈与副级线圈的匝数比高于2000:1。
以便保证原级线圈与副级线圈之间,对上述原始电压脉冲信号进行放大的倍数在一定数值之上。
可选的,装置还包括:用于为电压脉冲产生组件和频率提升组件供电的直流电源。
上述电源可以为所述脉宽控制单元,场效应晶体管驱动单元,以及储能电容器单元直接进行供电,对脉冲线圈,电容组,触发单元,惰性气体陡化间隙结构以及电磁波发射器通过上述直接供电的部件进行间接供电。
可选的,电磁波发射器包括电磁波发射天线。
需要说明的是,本实施例还提供了一种可选的实施方式,下面对该实施方式进行详细的说明。
本实施方式涉及局部放电技术领域,特别是一种用于模拟现场局部放电超高频电磁波的发射装置及其发射方法,用于局部放电超高频检测仪器的快速校验。电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿,但可以导致电介质(特别是有机电介质)的局部损坏。若局部放电长期存在,在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。因此,对电力设备进行局部放电测试是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验。因此无论是出厂试验、现场试验、在线监测及带电检测中,局部放电试验都发挥重要作用。而现场的局部放电仪器的校验一般是借助于实验室专用校准仪器对灵敏度进行标定来实现,而现场快速校验的手段相对较少,降低了局部放电检测的效率。
在相关技术中,局部放电检测也是评估变压器、开关、电缆等电力设备绝缘状况的有效手段。基于超高频原理的局部放电检测设备具有传播过程衰减较小,能够实现良好的检测灵敏度;并可根据电磁脉冲信号的衰减和时差对设备内局部放电源进行定位;并可分析出设备内局部放电类型。由于上述优点该技术在各类电力设备的局部放电检测中获得了广泛应用。然而,在实际运用中发现,大多数基于超高频的检测设备缺乏传感器现场快速校验功能,无法保证检测的准确性,长期失校会引起传感器灵敏度不高、重复性差、不能可靠定位等问题,因此开发一种便携式的超高频局部放电的发射装置,用于保证检测效果,提高设备安全运行的可靠性。这对于提高设备现场带电巡检质量,缩短设备事故发现消缺的周期有显著的实际意义。
相关技术中的超高频局部放电校准技术多为基于脉冲电流法的离线校准技术,或者内置式超高频传感器现场安装后的性能测试,通过人工对超高频传感器注入纳秒脉冲信号,并检测同类型不同安装位置的另一个超高频传感器响应,来对比验证传感器的灵敏度,并以皮库(pC)为单位进行核准。
当前超高频局部放电在线监测系统或带电检测系统的应用中,对超高频局部放电传感器的校验多采用人工诸如纳秒脉冲,并以旁置传感器响应作为评估依据,这种方法的应用需要满足以下基本条件:首先需要一台经过专门校准的纳秒电脉冲源;其次现场的传感器校准需要有旁置的超高频传感器;另外大多数情况下需要在被检测设备停电下进行。上述方法成本较高,系统构成复杂,且应用条件限制较多,不适合应用于带电监测现场的传感器现场校验。基于实验室校准能够满足绝大多数超高频传感器的标定工作,但校准周期间隔较大,且现场运行工况下传感器设备电磁环境多种多样较为复杂,长期缺乏现场的校验,会导致难以保证检测的准确性,而传感器灵敏度下降或动态相应范围的变化也会导致局部放电带电检测效果。因此,设计和开发能够应用于现场,且能够实现快速校验的超高频电磁波模拟产生装置和应用方法尤为必要。
在本实施方式中,针对目前局部放电在线监测和带电检测的应用情况,本实施方式的提出具有应用更快捷、实现成本更低且可应用于现场的局部放电超高频检测校验方法,并结合局部放电产生的实际物理基础和信号特征实现超高频局部放电超高频信号模拟产生装置,使得超高频局部放电在线监测和带电检测能够更好地服务于各类电力设备故障诊断和故障预警。
本实施方式的技术构思为:首先基于局部放电超高频信号产生机制,通过注入六氟化硫SF6气体间隙百纳秒级高压脉冲,使得气体间隙火花击穿,从而产生具有亚纳秒上升沿的电流脉冲,从而激发超高频信号的产生;上述亚纳秒电流脉冲由同轴衰减器传递至超高频发射天线;上述亚纳秒电流脉冲的产生由直流电源、电压脉宽控制单元、场效晶体管驱动单元、高压脉冲线圈和多组分压电容器构成;电压脉宽控制单元包括发出触发信号的触发单元和基于触发信号发出电流脉宽信号的脉宽控制单元,上述场效晶体管驱动单元基于触发信号和电流脉宽信号生成脉冲信号和通断时间;上述高压脉冲线圈基于上述脉冲信号和通断时间生成预定脉宽和预定频率的瞬态电磁脉冲,电磁波发送单元基于来自上述电磁探头的瞬态电磁脉冲发送电磁波。
图2是根据本发明实施方式的电磁波发射装置的示意图,如图2所示,本实施方式的电路构成包括以下内容:
直流电源1。直流电源为整个系统的电源,为各控制单元、电容储能单元、显示单元和逻辑单元提供基本电平。可采用基本的RLC噪声滤波手段对电压输出进行处理;
触发单元2。提供上升沿或下降沿电压脉冲信号,作为电压脉宽控制单元的控制信号,可由脉宽控制单元输出;
电压脉宽控制单元3。其电连接上述直流电源,该单元由触发单元输出信号作为控制信号,输出上升沿或下降沿电压脉冲信号至场效晶体管驱动单元,通过输出脉宽和输出信号频率来控制系统输出信号的通断时间和通断频次,脉宽大小由控制单元外围模拟电路调节;
场效晶体管驱动单元4。其电连接直流电源、高压脉冲线圈、触发单元及电压脉宽控制单元,上述场效晶体管驱动单元基于触发信号和脉宽信号生成高压脉冲线圈的原级输出脉冲信号;
储能电容器5。其通过整流二极管连接直流电源,同时也由并联电阻电连接至高压脉冲线圈原级,并由场效晶体管驱动单元控制其接地状态。其作用是为高压脉冲线圈的原级提供电压脉冲信号,为副级输出提供能量;
高压脉冲线圈6。其原级电连接储能电容器和场效晶体管驱动单元,副级并联至电容器组。其作用为通过储能电容器产生的对地电压脉冲,经高压脉冲线圈原级和副级将电压脉冲放大,并由原级输出高压脉冲信号。高压脉冲脉冲信号的幅值由储能电容器上的预设电平、通断时间和预定频率决定;
电容器组7。电容器组由不同容值大小的电容构成,可由开关控制其切换,并电连接至高压脉冲线圈的副级输出。通过不同容值大小的切换组合,来控制陡化SF6间隙上承担电压信号脉宽和强度。
SF6陡化间隙8。SF6陡化间隙由SF6针-版电极结构组成,并联与电容器组后,用于将百纳秒级高压脉冲通过电击穿陡化为亚纳秒脉冲电压,并注入超高频发射电线。
超高频发射天线9。超高频发射天线通过同轴射频线连接至SF6陡化间隙,接受亚纳秒电压脉冲,并向外发射重频超高频电磁波。
其中,上述的局部放电超高频电磁波的发射装置中,场效晶体管驱动单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管。上述的局部放电超高频电磁波的发射装置中,金属氧化物半导体场效应晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管或P型金属氧化物半导体场效应晶体管上述的局部放电超高频电磁波的发射装置中,上述直流电源包括可充电锂电池或交直流变换器。上述的局部放电超高频电磁波的发射装置中,上述触发单元包括触发比较端,触发比较端保持低电平,当触发单元接收触发信号,触发比较端由低电平转换成高电平并由下降沿沿触发。上述的局部放电超高频电磁波的发射装置中,场效晶体管驱动单元基于MOSFET牵引和控制充电电容生成瞬态电磁脉冲。上述的局部放电超高频电磁波的发射装置中,上述高压脉冲线圈的变比要高于2000:1,副级输出电压耐压值需高于30kV。上述的局部放电超高频电磁波的发射装置中,装置由超高频天线输出电磁波信号频率主成分应高于1GHz。上述的局部放电超高频电磁波的发射装置中,SF6陡化间隙的气压为0.1-0.3MPa,针-板间隙小于1mm。
具体的,为了进一步理解本实施方式,下面对本实施方式的应用进行说明。在一个实施例中,用于局部放电超高频电磁脉冲的发射装置包括直流电源(可充电锂离子电池)1、触发单元2、电压脉宽控制单元3、MOSFET驱动电路控制单元4、储能电容器5、高压脉冲线圈6、电容器组7、SF6气体间隙8及超高频发射天线9多个部分组成。触发2及脉宽控制单元3为MOSFET驱动电路4提供脉冲信号,控制MOSFET4的导通和关断,进而控制储能电容器5对一接地电阻(5欧姆)的放电,从而给高压脉冲线圈6的原级提供电压脉冲信号(10V),2000:1高压脉冲线圈6的副级将感应产生约20kV左右高压脉冲,高压脉冲经电容器组7(微法级)进行脉宽和幅值控制,并施加在在SF6气体间隙8上,产生气体击穿电压,该电压上升沿具有亚纳秒时间尺度,可激发生成GHz频率电磁波信号,并通过超高频天线9向空间传播。由于采用MOSFET方式控制脉冲,后端对电压信号的方法可采用小型化的高压脉冲包,从而代替体积较大的脉冲变压器,整个校验设备实现了小型化和便携化。
在一个实施例中,直流电源1采用可以循环充电使用的锂电池,节能环保,同时解决了野外施工作业的电源问题,避免在现场另接电源,电子器件的选取和配合采用节能方式,使得理论待机时间长达40小时以上。
在一个实施例中,电磁脉冲调理单元包含触发2及脉宽控制单元3、MOSFET驱动电路控制单元4、高压脉冲线圈6多个部分,能量产生采用MOSFET牵引和控制充电电容的方式,在设计上降低了设备的重量和尺寸,方便携带。采用MOSFET方式控制电流脉冲,后端对电压信号的方法可采用小型化的高压脉冲包,从而代替体积较大的脉冲变压器,实现整个校验设备的小型化和便携化。
在一个实施例中,根据要求,单脉冲信号的输入采用人工按键触发方式,触发模式为等待模式,因此在直流电源1打开后,工作单元一直处于待触发状态,触发比较端+Tr1和-Tr1维持低电平,当触发单元3Q2接收触发信号后,比较端-Tr1处于高电平,并由下降沿沿触发,CMOS进入工作状态,脉宽控制单元4同时开始启动。图3是根据本发明实施方式的触发单元和电压脉宽控制单元的电路图,开关触发及电流脉宽控制单元2如图3所示。
上述的用于现场暂态低电压局部放电的发射装置优选实施例中,上述触发单元2包括触发比较端,上述触发单元2电连通直流电源1,触发比较端保持低电平,当触发单元3接收触发信号,触发比较端由低电平转换成高电平并由下降沿沿触发。
在一个实施例中,图4是根据本发明实施方式的场效晶体管驱动芯片的示意图,如图4所示的场效晶体管驱动单元4由上一级开关触发单元所控制,并为后一级MOSFET提供稳定的输入电平并控制MOSFET的通断时间。
在一个实施例中,图5是根据本发明实施方式的场效晶体管驱动单元的电路图,如图5所示的MOSFET输出单元输出电平由电容C6和电阻R4决定,输出能量由MOSFET通断时间和4-6V直流电源1为电容C6的充电效能决定。在直流电源1开关接通状态下,4-6V直流电源1始终为电容C6充电,该充电时间为校验仪的等待回复时间,大约在2~5s左右,为保证MOSFET输出电压较陡的上升沿,输出回路的电阻设置为零。
上述的用于现场暂态低电压局部放电的发射装置优选实施例中,上述高压脉冲线圈的变比2000:1,输入电压峰值为22V,高压包副边输出电压峰值最高达60kV。
在一个实施例中,采用SF6气体间隙击穿代替了雪崩二极管类的高频信号产生方式,从而以较低的成本实现了亚纳秒的电压信号产生。
在一个实施例中,SF6气体间隙针-板火花间隙距离的设置可根据SF6气体间隙每次能够被稳定击穿为前提。
在一个实施例中,图6是根据本发明实施方式的陡化前后脉冲的示意图,如图6所示,高压脉冲线圈空载情况下输出的电压脉冲信号,该信号脉宽大约为50ns,经SF6气体间隙陡化后,电压脉冲信号约为上升沿为800ps,版峰值大约4ns,完全符合实际局部放电电流脉冲电流波形特征,陡化脉冲的频率分布如图7所示,图7是根据本发明实施方式的陡化脉冲的频率分布图。因此,该注入脉冲能够有效而准确地模拟局部放电电磁波信号的产生。
局部放电电磁波信号的强度由储能电容器电平、间隙距离和高压脉冲强度有关,局部放电电磁波信号的频带分布范围由陡化后信号脉宽决定。
当选择合适的储能电容器和开关频率后,局部放电超高频电磁波信号产生装置能够输出频率重复性好及信号强度稳定性好的重复性电压脉冲信号,以驱动高压脉冲线圈和天线发射。实例的验证表明:火花间隙一定,试验电路一定时,输出一定频率放电脉冲时,经超高频传感器采集到的局部放电脉冲序列波形具有较好的一致性,并且经过多次测试,脉冲幅值和能量的重复率可达到90%以上。
本实施方式的技术方案带来的有益效果:本实施方式采用高压脉冲线圈驱动SF6陡化气体间隙的方法模拟局部放电超高频信号,系统构成简单,信号输出稳定性好,连续待机使用时间长,能够大大提高超高频局部放电现场校准的效率和便携性;本实施方式的装置原理操作简单易行,在装置实现时只需加强关注高压脉冲线圈原级信号输入特性和超高频天线的注入信号即可,脉冲产生频次由触发单元来调节,脉冲强度由电容器组来调节。
图8是根据本发明实施例的一种局部放电检测仪器的示意图,如图8所示,一种局部放电测试仪器,包括上述中任意一项的电磁波发射装置。其中该电磁波发射装置,至少包括:电压脉冲产生组件12,用于产生预定频率的电压脉冲信号;频率提升组件14,与电压脉冲产生组件12连接,用于将电压脉冲信号转化为超高频电压脉冲信号;电磁波发射器16,与频率提升组件14相连,用于根据超高频电压脉冲信号生成超高频电磁波,并发射超高频电磁波。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电磁波发射装置,其特征在于,包括:
电压脉冲产生组件,用于产生预定频率的电压脉冲信号,其中,所述电压脉冲信号为百纳秒级的脉冲信号;
频率提升组件,与所述电压脉冲产生组件连接,用于将所述电压脉冲信号转化为超高频电压脉冲信号,其中,所述超高频电压脉冲信号为亚纳秒级的脉冲信号;
电磁波发射器,与所述频率提升组件相连,用于根据所述超高频电压脉冲信号生成超高频电磁波,并发射所述超高频电磁波;
其中,所述电压脉冲产生组件包括:
产生模块,用于产生原始电压脉冲信号,所述原始电压脉冲信号,用于转化为预定频率的所述电压脉冲信号;
调节模块,与所述产生模块以及所述频率提升组件相连,用于对所述原始电压脉冲信号进行调整,将所述原始电压脉冲信号调整并转化为所述电压脉冲信号,并向所述频率提升组件输入所述电压脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述频率提升组件包括惰性气体陡化间隙结构,所述惰性气体陡化间隙结构包括,用于通过击穿所述惰性气体陡化间隙,将所述电压脉冲信号转化为超高频电压脉冲信号的针-板电极结构。
3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,所述惰性气体为六氟化硫SF6气体,SF6陡化间隙的气压为0.1MPa~0.3MPa,针-板间隙小于1mm。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述产生模块包括:
触发单元,用于触发电源,产生上升沿或者下降沿的初级电压脉冲信号;
脉宽控制单元,与所述触发单元连接,用于生成调节所述初级电压脉冲信号的脉宽信号,输出所述初级电压脉冲信号和所述脉宽信号;
场效应晶体管驱动单元,与所述脉宽控制单元连接,用于根据所述脉宽信号和所述初级电压脉冲信号生成电容控制信号;
电容器,与所述场效应晶体管驱动单元连接,用于接收和响应所述电容控制信号,生成所述原始电压脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述调节模块包括:
脉冲线圈,包括原级线圈和副级线圈,所述原级线圈的输入与所述电容器相连,所述原级线圈的输出与所述电磁波发射器相连,所述脉冲线圈用于通过控制副级线圈的电压,控制原级线圈放大所述原始电压脉冲信号;
电容组,与所述副级线圈并联,用于控制所述原始电压脉冲信号的脉宽和幅值。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述脉冲线圈的原级线圈与副级线圈的匝数比高于2000:1。
7.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:用于为所述电压脉冲产生组件和所述频率提升组件供电的直流电源。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置,其特征在于,所述电磁波发射器包括电磁波发射天线。
9.一种局部放电测试仪器,其特征在于,包括权利要求1至8中任意一项所述的电磁波发射装置。
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