CN110865283A - 一种可调带宽的局部放电地电波信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调带宽的局部放电地电波信号处理方法，旨在提供一种诊断精度高的可调带宽的局部放电地电波信号处理方法。该处理方法如下：首先将压控滤波器短路，通过安装好的高频电流传感器得到背景干扰噪声信号，并通过有源宽频放大器放大至A/D采集单元的有效输入范围；通过中央微处理器及A/D采集单元对背景干扰噪声进行录波和频域谱分析，获得噪声频谱分布的主要频率区域的上、下限；中央微处理器计算噪声频域分布上、下限值所对应的压控滤波器输入电平值，最终通过可变直流稳压电源模块对压控滤波器进行带宽控制。本发明能够更好地服务电力设备故障诊断和故障预警。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备绝缘状态检测技术领域，尤其是涉及一种可调带宽的局部放电地电波信号处理方法。
背景技术
开关柜、断路器、电缆等电力设备广泛应用于电网电能传输中，但其结构紧凑、内部单元较多、绝缘裕度较低，其绝缘损伤或老化概率较高。大多数绝缘缺陷可在高电场下表现为持续或间歇性的局部放电，从而加速设备绝缘系统的老化。因此，对局部放电的带电检测或在线监测是电力设备运行维护的重要技术手段，在供电部门和用电部门得到越来越广泛的应用，其中基于高频电流线圈的局部放电检测方法由于可带电操作、配置灵活、对象广泛，尤其受到电力系统运行维护人员的欢迎，是实用性高且较为常用的方法。但目前高频电流检测传感器易受现场复杂电磁干扰的影响，使得其检测灵敏度降低或产生局部放电的误判，一般采用固定阈值或采用单一波段滤波手段进行信号处理，来降低背景干扰的影响。阈值设定一般在传感器安装后一次性完成，在线监测的工作周期及预警条件也相对固化，缺乏现场环境的适应性和数值设定的参考依据。
为了满足现场局部放电在线监测或带电检测的需要，传感器应具有更强的环境适应性、更高的噪声判断准确度，因此需要对传感器滤波带宽和阈值选择方法进行优化，使得局部放电在线监测能够更好地服务电力设备故障诊断和故障预警。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种可提高绝缘诊断准确性的可调带宽的局部放电地电波信号处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种可调带宽的局部放电地电波信号处理方法，采用安装于设备主绝缘接地线上的处理装置：该处理装置包括罗格夫斯基高频电流传感器、有源宽频放大器、电压控制型有源带通滤波器、可变直流稳压电源模块、中央微处理器及A/D采集单元；所述罗格夫斯基高频电流传感器与有源宽频放大器连接，所述有源宽频放大器分别与压控滤波器及A/D采集单元连接，所述A/D采集单元与中央微处理器连接，所述中央微处理器与可变直流稳压电源模块连接，所述可变直流稳压电源模块与压控滤波器连接；该方法包括如下内容：
首先将压控滤波器短路，通过安装好的高频电流传感器得到背景干扰噪声信号，并通过有源宽频放大器放大至A/D采集单元的有效输入范围；通过中央微处理器及A/D采集单元对背景干扰噪声进行录波和频域谱分析，获得噪声频谱分布的主要频率区域的上、下限；中央微处理器计算噪声频域分布上、下限值所对应的压控滤波器输入电平值，最终通过可变直流稳压电源模块对压控滤波器进行带宽控制。
优选的是，所述高频电流传感器得到背景干扰噪声信号的处理如下：当背景噪声干扰信号的模拟带宽小于罗格夫斯基高频电流传感器响应带宽时，其输出信号带宽由背景噪声干扰信号模拟带宽决定；当背景噪声干扰信号的模拟带宽大于罗格夫斯基高频电流传感器响应带宽时，其输出信号带宽由罗格夫斯基高频电流传感器响应带宽决定。
优选的是，所述中央微处理器及A/D采集单元对背景干扰噪声进行录波和频域谱分析如下：录波时长由A/D采样单元的采样深度决定，频域谱分析采用快速傅里叶方法，其频率间隔密度由中央微处理器浮点运算能力决定；噪声频谱分布的主要频率区域的上、下限（fL、fH）由中心频率fm±Δf确定。
优选的是，所述压控滤波器的带宽控制如下：通过调整两个输入电压（UL、UH）实现带阻滤波带宽上、下限的调整，并且可在背景干扰噪声频率分布范围连续调整，输入电压由受中央微处理器控制的可变直流稳压电源模块产生；压控滤波器输入电压（UL、UH）的确定是基于压控滤波器输入电压（UL、UH）和带宽上、下限（fL、fH）的映射关系得到的，即（UL、UH）=F(fL、fH)。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
该方法能够适应电力设备局部放电监测现场复杂而时变的背景干扰环境，应用于生产实践将大大提高电力设备绝缘诊断的准确性，以及提高缺陷隐患排查和状态检修的工作效率。
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发明的一些实施例，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它的附图。
图1为处理装置的基本构成示意图；
图2为可调带宽信号滤波基本原理；
图3为上、下限（fL、fH）确定方法图；
图4为压控滤波器的控制原理图。
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付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。在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将以附图为基准，借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
一种可调带宽的局部放电地电波信号处理方法，该方法包括如下内容：
1）构建用于可调带宽的局部放电脉冲电流信号滤波处理的处理装置—硬件装置系统：处理装置由安装于与设备主绝缘接地线上的罗格夫斯基高频电流传感器、电压控制型有源带通滤波器（简称压控滤波器）、可变直流稳压电源模块、有源宽频放大器、中央微处理器（MPU）及A/D采集单元构成，如附图1所示；
2）首先将压控滤波器短路，通过安装好的高频电流传感器得到背景干扰噪声信号，当背景噪声干扰信号的模拟带宽小于罗格夫斯基高频电流传感器响应带宽时，其输出信号带宽由背景噪声干扰信号模拟带宽决定；当背景噪声干扰信号的模拟带宽大于罗格夫斯基高频电流传感器响应带宽时，其输出信号带宽由罗格夫斯基高频电流传感器响应带宽决定；一般罗格夫斯基高频电流传感器自身的响应频带上限应不小于30MHz；
3）通过有源宽频放大器放大至A/D采集单元的有效输入范围，一般有源宽频放大器频带范围应覆盖罗格夫斯基高频电流传感器响应带宽；
4）通过MPU及A/D采集单元对背景干扰噪声进行录波和频域谱分析，录波时长由A/D采样单元的采样深度决定，频域谱分析采用快速傅里叶（FFT）方法，其频率间隔密度由MPU浮点运算能力决定，可采用32位单片机；在人工设置Δf后，可确定噪声频率分布的上、下限（fL=fm-Δf；fH=fm+Δf）。Δf的选取可根据噪声频域分布主成分的宽度来决定。背景干扰噪声进行录波和频域谱分析的方法如附图3所示。
5）获得噪声频谱分布的中心频率值fm，在人工设置Δf后，可确定噪声频率分布的上、下限（fL=fm-Δf；fH=fm+Δf）；
6）通过MPU计算噪声频域分布上下限值所对应的压控滤波器输入电压，通过调整两个输入电压（UL、UH）实现带阻滤波带宽上、下限的调整，并且可在背景干扰噪声频率分布范围连续调整，输入电压由受MPU控制的可变直流稳压电源模块产生。上述可调带宽信号滤波基本原理如附图2所示；
本发明中所涉及到的电路、电子元器件及控制器均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，凡在本发明的精神和原则之内，其对上述具体实施例所记载的技术方案或部分技术特征进行的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可调带宽的局部放电地电波信号处理方法，采用安装于设备主绝缘接地线上的处理装置：该处理装置包括罗格夫斯基高频电流传感器、有源宽频放大器、电压控制型有源带通滤波器、可变直流稳压电源模块、中央微处理器及A/D采集单元；所述罗格夫斯基高频电流传感器与有源宽频放大器连接，所述有源宽频放大器分别与压控滤波器及A/D采集单元连接，所述A/D采集单元与中央微处理器连接，所述中央微处理器与可变直流稳压电源模块连接，所述可变直流稳压电源模块与压控滤波器连接；该方法包括如下内容：
首先将压控滤波器短路，通过安装好的高频电流传感器得到背景干扰噪声信号，并通过有源宽频放大器放大至A/D采集单元的有效输入范围；通过中央微处理器及A/D采集单元对背景干扰噪声进行录波和频域谱分析，获得噪声频谱分布的主要频率区域的上、下限；中央微处理器计算噪声频域分布上、下限值所对应的压控滤波器输入电平值，最终通过可变直流稳压电源模块对压控滤波器进行带宽控制。
2.根据权利要求1所述可调带宽的局部放电地电波信号处理方法，其特征在于：所述高频电流传感器得到背景干扰噪声信号的处理如下：当背景噪声干扰信号的模拟带宽小于罗格夫斯基高频电流传感器响应带宽时，其输出信号带宽由背景噪声干扰信号模拟带宽决定；当背景噪声干扰信号的模拟带宽大于罗格夫斯基高频电流传感器响应带宽时，其输出信号带宽由罗格夫斯基高频电流传感器响应带宽决定。
3.根据权利要求1或2所述可调带宽的局部放电地电波信号处理方法，其特征在于：所述中央微处理器及A/D采集单元对背景干扰噪声进行录波和频域谱分析如下：录波时长由A/D采样单元的采样深度决定，频域谱分析采用快速傅里叶方法，其频率间隔密度由中央微处理器浮点运算能力决定；噪声频谱分布的主要频率区域的上、下限（fL、fH）由中心频率fm±Δf确定。
4.根据权利要求1或2所述可调带宽的局部放电地电波信号处理方法，其特征在于：所述压控滤波器的带宽控制如下：通过调整两个输入电压（UL、UH）实现带阻滤波带宽上、下限的调整，并且可在背景干扰噪声频率分布范围连续调整，输入电压由受中央微处理器控制的可变直流稳压电源模块产生；压控滤波器输入电压（UL、UH）的确定是基于压控滤波器输入电压（UL、UH）和带宽上、下限（fL、fH）的映射关系得到的，即（UL、UH）=F(fL、fH)。
5.根据权利要求3所述可调带宽的局部放电地电波信号处理方法，其特征在于：所述压控滤波器的带宽控制如下：通过调整两个输入电压（UL、UH）实现带阻滤波带宽上、下限的调整，并且可在背景干扰噪声频率分布范围连续调整，输入电压由受中央微处理器控制的可变直流稳压电源模块产生；压控滤波器输入电压（UL、UH）的确定是基于压控滤波器输入电压（UL、UH）和带宽上、下限（fL、fH）的映射关系得到的，即（UL、UH）=F(fL、fH)。
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