CN109814012A - 一种gis电场感应同步装置及其同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种gis电场感应同步装置，包括感应电极组件、分压电容、过压保护单元、同步信号提取单元、微控制器、无线发射单元与电池模组，所述感应电极组件的主体为圆弧形板状结构的感应电极板，本发明还公开了一种gis电场感应同步方法，该方法包含以下步骤：步骤一：分压结构的选型与组装；步骤二：信号提取；步骤三：信号发射；步骤四：信号接收。本发明通过感应电极组与gis内导电杆耦合形成高压臂电容，并且高压臂电容与分压电容串联形成分压结构，再通过信号提取获得较为准确的试验电源相位，解决现场不方便或无法取得试验电源的问题，大大提高局放检测效率及准确度，方便放电类型和干扰的识别判断。

Description

一种gis电场感应同步装置及其同步方法

技术领域

本发明涉及gis局放检测技术领域，具体为一种gis电场感应同步装置及其同步方法。

背景技术

gis以结构紧凑、可靠性高等优点已成为超、特高压电力系统中的主流设备。对其进行局部放电检测，及时发现其内部存在的绝缘问题，对gis的安全正常运作具有重大意义。

局放脉冲一般出现在试验电压波形的一三象限(即工频周期0-90°和180-270°的相位上)，与试验电压相位关系密切。当前gis局放检测中常用的同步方法为外同步及内同步方法，前者为现场可以找到试验电源的情况，通过采集试验电源相位作为放电图谱同步信息，相位准确可靠；后者为在不方便或无法取得实际同步信号的状况下，检测系统内部产生的一个工频信号，以虚拟相位生成放电谱图，但虚拟相位没有意义，容易造成误判，加之电网本身的频率并不稳定，二者之间有频率偏差，造成实际应用中的相位偏移。

发明内容

本发明的目的在于提供一种gis电场感应同步装置及其同步方法，以解决上述背景技术中提出在现场不方便或无法取得试验电源的情况下，无法获取准确的试验电源相位的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种gis电场感应同步装置，包括感应电极组件、分压电容、过压保护单元、同步信号提取单元、微控制器、无线发射单元与电池模组，所述感应电极组件的主体为圆弧形板状结构的感应电极板，且在感应电极板的左右两端嵌配有长条形板状结构的连接板，所述连接板的外延处搭接有壳体结构的屏蔽外壳，所述屏蔽外壳内并且在感应电极板的外侧电性连接有分压电容，所述分压电容的另一端依次电性连接有过压保护单元、同步信号提取单元、微控制器、无线发射单元，所述微控制器的侧面与电池模组相电性连接，且过压保护单元与分压电容均与接地线相连，且接地线与屏蔽外壳壳体上所嵌配的接地钮相套配，所述无线发射单元的输出端与天线相电性连接。

优选的，所述感应电极板所选材料为导电金属材质，具体为铜材质。

优选的，所述连接板所选材料为绝缘材质，所述屏蔽外壳所选材料为导电金属材质，具体为铝合金材质。

优选的，所述同步信号提取单元由三段信号提取模组相串联构成，且第一段信号提取模组由限幅保护部分、滤波部分与放大部分构成，第二段信号提取模组与第三段信号提取模组均由滤波部分与放大部分构成，所述限幅保护部分包括两个串联的二极管D1、D2，所述D1的阴极接VCC 5V，所述D2的阳极接地，且D1、D2中间连接有低压臂电容电压；所述滤波部分由隔直电容C1与R2、R3、C2、C3所组成的二级滤波电路构成，所述C1的输出端与R2的输入端均通过R1与2.5V参考电压相连；所述放大部分由放大器U1与R4、R5所构成的放大电路构成，所述放大器U1的输入端与二级滤波电路的输出端相连，所述放大器U1的反相输入端通过R5连接到参考电压2.5V上，所述反馈电阻R4与放大器U1的输出端相连。

一种gis电场感应同步方法，该方法包含以下步骤：

步骤一：分压结构的选型与组装，首先估算高压臂电容，贴在盆式绝缘子外沿的感应电极板会与gis内导电杆耦合形成高压臂电容，高压臂电容的估算公式为：

其中，ε为介电常数，R1为导电杆半径，R2为感应电极距离导电杆轴线的距离，R3为盆式绝缘子内沿距离导电杆轴线的距离，r为两极板间任意位置一曲面到导电杆轴线的距离，L1为导电杆长度，L2为感应电极长度，θ为圆心角，之后，按高压臂电容选取相应的分压电容，并将感应电极板通过导线与一端接地的分压电容相连接；

步骤二：信号提取，分压电容输出的电压信号经过压保护、同步信号提取后变为方波脉冲，若出现雷击或故障电压，过压保护动作，无感应电压输出；

步骤三：信号发射，微控制器接收方波脉冲信号，采集其上升沿作为触发信号，控制无线发射单元输出同步信号；

步骤四：信号接收，局放检测仪通过无线接收单元接收感应装置发出的gis电压同步信号，以此为参考来识别局放及干扰信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设置合理，功能性强，具有以下优点：本发明通过感应电极组与gis内导电杆耦合形成高压臂电容，并且高压臂电容与分压电容串联形成分压结构，再通过信号提取获得较为准确的试验电源相位，解决现场不方便或无法取得试验电源的问题，大大提高局放检测效率及准确度，方便放电类型和干扰的识别判断。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作原理图；

图3为图2的尺寸结构示意图；

图4为本发明中同步信号提取单元的电路图。

图中：1、感应电极组件；2、分压电容；3、过压保护单元；4、同步信号提取单元；5、微控制器；6、无线发射单元；7、电池模组；8、接地钮；9、天线；101、感应电极板；102、连接板；103、屏蔽外壳。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种gis电场感应同步装置，包括感应电极组件1、分压电容2、过压保护单元3、同步信号提取单元4、微控制器5、无线发射单元6与电池模组7，其特征在于：感应电极组件1的主体为圆弧形板状结构的感应电极板101，且在感应电极板101的左右两端嵌配有长条形板状结构的连接板102，连接板102的外延处搭接有壳体结构的屏蔽外壳103，屏蔽外壳103内并且在感应电极板101的外侧电性连接有分压电容2，分压电容2的另一端依次电性连接有过压保护单元3、同步信号提取单元4、微控制器5、无线发射单元6，微控制器5的侧面与电池模组7相电性连接，且过压保护单元3与分压电容2均与接地线相连，且接地线与屏蔽外壳103壳体上所嵌配的接地钮8相套配，无线发射单元6的输出端与天线9相电性连接，其中，感应电极板101与gis导电杆耦合形成高压臂电容；分压电容2的高压端与感应电极板101相连，低压端接地，并且与高压臂电容配合分压获取gis导电杆的电压；过压保护单元3为一气体放电管，并联在分压电容2的两端，当出现雷击或故障过电压时，极间间隙将被放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，限制过电压，泄放过电流；同步信号提取单元4接收过压保护单元3两端电压，将电压信号滤波、放大、整形后输给微控制器5；微控制器5接收同步信号提取单元4输出的脉冲信号，采集其上升沿作为触发信号，控制无线发射单元6输出同步信号；无线发射单元6接收微控制器5发出的触发信号，并将此信号调制在高频载波上经天线9发送出去；电池模组7为同步信号提取单元4、微控制器5及无线发射单元6提供电源，包含电池及电源变换电路，将电池电压变换为各单元所需电压值。

进一步的，感应电极板101所选材料为导电金属材质，具体为铜材质。

进一步的，连接板102所选材料为绝缘材质，屏蔽外壳103所选材料为导电金属材质，具体为铝合金材质,屏蔽外壳103的主要作用是屏蔽外界电场干扰。

进一步的，同步信号提取单元4由三段信号提取模组相串联构成，且第一段信号提取模组由限幅保护部分、滤波部分与放大部分构成，第二段信号提取模组与第三段信号提取模组均由滤波部分与放大部分构成，限幅保护部分包括两个串联的二极管D1、D2，D1的阴极接VCC 5V，D2的阳极接地，且D1、D2中间连接有低压臂电容电压，进而将电压钳位在-0.7V-5.7V之间；滤波部分由隔直电容C1与R2、R3、C2、C3所组成的二级滤波电路构成，C1的输出端与R2的输入端均通过R1与2.5V参考电压相连，进而将交流电压整体抬高2.5V；驮载在直流上的交流电压经二级低通滤波后输入到放大器U1的同相输入端，放大部分由放大器U1与R4、R5所构成的放大电路构成，放大器U1的输入端与二级滤波电路的输出端相连，放大器U1的反相输入端通过R5连接到参考电压2.5V上，反馈电阻R4与放大器U1的输出端相连；以此类推，再经过后两段信号提取模组的隔直、滤波及放大后，交流正弦波变为方波脉冲由U3输出，经R16限流及D3稳压器限压后变为波峰3.3V，波谷近似为零的方波，提取出gis电压信号的相频信号。

一种gis电场感应同步方法，该方法包含以下步骤：

步骤一：分压结构的选型与组装，首先估算高压臂电容，贴在盆式绝缘子外沿的感应电极板会与gis内导电杆耦合形成高压臂电容，高压臂电容的估算公式为：

其中，ε为介电常数，R1为导电杆半径，R2为感应电极距离导电杆轴线的距离，R3为盆式绝缘子内沿距离导电杆轴线的距离，r为两极板间任意位置一曲面到导电杆轴线的距离，L1为导电杆长度，L2为感应电极长度，θ为圆心角，之后，按高压臂电容选取相应的分压电容，并将感应电极板通过导线与一端接地的分压电容相连接；

步骤二：信号提取，分压电容输出的电压信号经过压保护、同步信号提取后变为方波脉冲，若出现雷击或故障电压，过压保护动作，无感应电压输出；

步骤三：信号发射，微控制器接收方波脉冲信号，采集其上升沿作为触发信号，控制无线发射单元输出同步信号；

步骤四：信号接收，局放检测仪通过无线接收单元接收感应装置发出的gis电压同步信号，以此为参考来识别局放及干扰信号。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种gis电场感应同步装置，包括感应电极组件(1)、分压电容(2)、过压保护单元(3)、同步信号提取单元(4)、微控制器(5)无线发射单元(6)与电池模组(7)，其特征在于：所述感应电极组件(1)的主体为圆弧形板状结构的感应电极板(101)，且在感应电极板(101)的左右两端嵌配有长条形板状结构的连接板(102)，所述连接板(102)的外延处搭接有壳体结构的屏蔽外壳(103)，所述屏蔽外壳(103)内并且在感应电极板(101)的外侧电性连接有分压电容(2)，所述分压电容(2)的另一端依次电性连接有过压保护单元(3)、同步信号提取单元(4)、微控制器(5)、无线发射单元(6)，所述微控制器(5)的侧面与电池模组(7)相电性连接，且过压保护单元(3)与分压电容(2)均与接地线相连，且接地线与屏蔽外壳(103)壳体上所嵌配的接地钮(8)相套配，所述无线发射单元(6)的输出端与天线(9)相电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种gis电场感应同步装置，其特征在于：所述感应电极板(101)所选材料为导电金属材质，具体为铜材质。

3.根据权利要求1所述的一种gis电场感应同步装置，其特征在于：所述连接板(102)所选材料为绝缘材质，所述屏蔽外壳(103)所选材料为导电金属材质，具体为铝合金材质。

4.根据权利要求1所述的一种gis电场感应同步装置，其特征在于：所述同步信号提取单元(4)由三段信号提取模组相串联构成，且第一段信号提取模组由限幅保护部分、滤波部分与放大部分构成，第二段信号提取模组与第三段信号提取模组均由滤波部分与放大部分构成，所述限幅保护部分包括两个串联的二极管D1、D2，所述D1的阴极接VCC 5V，所述D2的阳极接地，且D1、D2中间连接有低压臂电容电压；所述滤波部分由隔直电容C1与R2、R3、C2、C3所组成的二级滤波电路构成，所述C1的输出端与R2的输入端均通过R1与2.5V参考电压相连；所述放大部分由放大器U1与R4、R5所构成的放大电路构成，所述放大器U1的输入端与二级滤波电路的输出端相连，所述放大器U1的反相输入端通过R5连接到参考电压2.5V上，所述反馈电阻R4与放大器U1的输出端相连。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种gis电场感应同步方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：

步骤一：分压结构的选型与组装，首先估算高压臂电容，贴在盆式绝缘子外沿的感应电极板会与gis内导电杆耦合形成高压臂电容，高压臂电容的估算公式为：

其中，ε为介电常数，R1为导电杆半径，R2为感应电极距离导电杆轴线的距离，R3为盆式绝缘子内沿距离导电杆轴线的距离，r为两极板间任意位置一曲面到导电杆轴线的距离，L1为导电杆长度，L2为感应电极长度，θ为圆心角，之后，按高压臂电容选取相应的分压电容，并将感应电极板通过导线与一端接地的分压电容相连接；

步骤二：信号提取，分压电容输出的电压信号经过压保护、同步信号提取后变为方波脉冲，若出现雷击或故障电压，过压保护动作，无感应电压输出；

步骤三：信号发射，微控制器接收方波脉冲信号，采集其上升沿作为触发信号，控制无线发射单元输出同步信号；

步骤四：信号接收，局放检测仪通过无线接收单元接收感应装置发出的gis电压同步信号，以此为参考来识别局放及干扰信号。