CN110896299A - 一种开关柜局放信号的抗噪优化电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种开关柜局放信号的抗噪优化电路，包括：第一端作为第一信号输入端，第二端作为第二信号输入端，用于接收局放信号的第一差模电容；第一输入端与第一差模电容的第一端连接，第一输出端分别与第二差模电容的第一端及共模干扰信号滤波电路的第一输入端连接，第二输入端与第一差模电容的第二端连接，第二输出端分别与第二差模电容的第二端以及共模干扰信号滤波电路的第二输入端连接的共模电感；第二差模电容；用于过滤共模干扰信号的共模干扰信号滤波电路；与共模干扰信号滤波电路连接的运放电路；与运放电路连接，用于进行信号发射的发射电路；用于接收发射电路发射的信号的接收装置。应用本申请的方案有效地实现了局放信号的去噪。

Description

一种开关柜局放信号的抗噪优化电路

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别是涉及一种开关柜局放信号的抗噪优化电路。

背景技术

在电气设备的绝缘系统中，各部位的电场强度往往是不相等的，当局部区域的电场强度达到该区域介质的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这放电并没有贯穿施加电压的两导体之间，即整个绝缘系统并没有击穿，仍然保持绝缘性能，这种现象称为局部放电。

在进行局放信号的检测时，通常会通过滤波电路过滤出一定频率范围的信号，进而进行后续的信号分析。而干扰源的传输途经可以分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围很宽，通常可以从10kHz到30MHz，传统方案中的通常仅从产生干扰的原因出发，通过控制脉冲的上升与下降时间来解决干扰问题，但是，这样的方案降低干扰的效果仍然不尽如人意。

综上所述，如何更加有效地进行局放信号的去噪，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关柜局放信号的抗噪优化电路。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种开关柜局放信号的抗噪优化电路，包括：

第一端作为第一信号输入端，第二端作为第二信号输入端，用于接收局放信号的第一差模电容；

第一输入端与所述第一差模电容的第一端连接，第一输出端分别与第二差模电容的第一端以及共模干扰信号滤波电路的第一输入端连接，第二输入端与所述第一差模电容的第二端连接，第二输出端分别与所述第二差模电容的第二端以及所述共模干扰信号滤波电路的第二输入端连接的共模电感；

所述第二差模电容；

用于过滤共模干扰信号的所述共模干扰信号滤波电路；

与所述共模干扰信号滤波电路连接的运放电路；

与所述运放电路连接，用于进行信号发射的发射电路；

用于接收所述发射电路发射的信号的接收装置。

优选的，还包括：温度调节箱以及温度控制器；

所述温度控制器用于根据控制信号调节所述温度调节箱中的温度，所述共模电感设置在所述温度调节箱中。

优选的，所述共模干扰信号滤波电路包括：

第一端分别与所述第二差模电容的第一端以及所述运放电路连接，第二端接地的第一共模电容；

第一端接地，第二端分别与所述第二差模电容的第二端以及所述运放电路连接的第二共模电容。

优选的，所述运放电路包括：

第一端作为所述运放电路的第一输入端，第二端分别与第一滤波电容的第一端以及第一运放的同相输入端连接的第一电阻；

第一端作为所述运放电路的第二输入端，第二端分别与所述第一滤波电容的第二端以及所述第一运放的反相输入端连接的第二电阻；

所述第一滤波电容；

输出端作为所述运放电路的输出端的所述第一运放。

优选的，所述发射电路具体用于：将接收的电信号转换为声音信号进行信号发射。

优选的，所述发射电路包括M个声音发生电路，M为不小于2的正整数。

优选的，针对任一声音发生电路，该声音发生电路包括：

基极作为该声音发生电路的输入端并与所述运放电路连接，发射极接地，集电极分别与第三电阻的第二端以及蜂鸣器的第一端连接的第一三极管；

第一端与第一电源正极连接的所述第三电阻；

第二端接地，用于输出声音信号的所述蜂鸣器。

应用本发明实施例所提供的技术方案，考虑到共模干扰信号和差模干扰信号的差别，本申请设置了一种开关柜局放信号的抗噪优化电路，能够有效地进行局放信号的去噪，从而保障后续的信号分析的准确性。具体的，本申请的电路中设置了第一差模电容和第二差模电容，用于抑制差模干扰信号。第一差模电容并联在信号输入端，可以提供最短的路径使得差模干扰信号被旁路。第二差模电容则可以进一步地实现对差模干扰信号的抑制。第一差模电容和第二差模电容与共模电感组成π型滤波电路，特别是对于EMI等干扰具有较好的过滤效果。共模电感的第一输入端与第一差模电容的第一端连接，第一输出端分别与第二差模电容的第一端以及共模干扰信号滤波电路的第一输入端连接，共模电感的第二输入端与第一差模电容的第二端连接，第二输出端分别与第二差模电容的第二端以及共模干扰信号滤波电路的第二输入端连接，因此当有高频共模电流流经共模电感时，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减高频共模电流，即达到了滤除共模干扰的作用。进一步地，还设置了用于过滤共模干扰信号的共模干扰信号滤波电路，进一步地增强对共模干扰的过滤效果。

因此，本申请的方案考虑到共模信号和差模信号的区别，针对检测局放信号时噪声的频率范围较宽的情况，设置了开关柜局放信号的抗噪优化电路对共模干扰和差模干扰进行过滤，有效地实现了局放信号的去噪。

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他的附图。

图1为本发明中一种开关柜局放信号的抗噪优化电路的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式中的共模干扰信号滤波电路以及运放电路的电路结构示意图；

图3为本发明一种具体实施方式中的温度调节箱以及温度控制器的结构示意图；

图4为本发明一种具体实施方式中的单个声音发生电路的电路结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。

请参考图1，图1为本发明中一种开关柜局放信号的抗噪优化电路的结构示意图，包括：

第一端作为第一信号输入端，第二端作为第二信号输入端，用于接收局放信号的第一差模电容C1；

第一输入端与第一差模电容C1的第一端连接，第一输出端分别与第二差模电容C2的第一端以及共模干扰信号滤波电路10的第一输入端连接，第二输入端与第一差模电容C1的第二端连接，第二输出端分别与第二差模电容C2的第二端以及共模干扰信号滤波电路10的第二输入端连接的共模电感L1；

第二差模电容C2；

用于过滤共模干扰信号的共模干扰信号滤波电路10；

与共模干扰信号滤波电路10连接的运放电路20；

与运放电路20连接，用于进行信号发射的发射电路30；

用于接收发射电路30发射的信号的接收装置40。

第一差模电容C1和第二差模电容C2的具体电容值可以根据实际需要进行设定和调整，例如均选取为0.1uF，但在实际应用中，第一差模电容C1和第二差模电容C2的电容值通常不会大于1.5uF。本申请的方案中，利用第一差模电容C1和第二差模电容C2对差模干扰进行过滤，差模干扰通常是高频的差模干扰信号。相应的，共模干扰通常是高频的共模干扰信号。

第一差模电容C1的第一端作为第一信号输入端，在图1中用L表示，第二端作为第二信号输入端，在图1中用N表示，第一差模电容C1用于接收局放信号。第一差模电容C1并联在信号的输入端，可以提供最短的路径使得高频的差模干扰信号被旁路。第二差模电容C2也是接在线路的两端，从而进一步地提高对差模干扰的过滤效果。并且在实际应用中，第一差模电容C1通常会和第二差模电容C2之间存在合适的间距。

本申请还在第一差模电容C1和第二差模电容C2之间设置了共模电感L1，第一差模电容C1，第二差模电容C2以及共模电感L1可以组成π型滤波电路，特别是对于EMI等干扰具有较好的过滤效果。

共模电感L1也可以称为共模扼流圈，可以起到滤除共模干扰的作用，也可以抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。

具体的，共模电感L1具有两个线圈，这两个线圈需要绕制在同一磁芯上，并且同名端位于同一侧，例如图1的实施方式中，共模电感L1的同名端都在线圈左侧。共模电感L1这样的接线方式，对差模电流产生的磁通会相互抵消，不会产生磁路饱和，因此对差模干扰难以起到作用。但是，当出现共模干扰时，特别是高频共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后的总电感量迅速增大，因此对共模干扰可以呈现很大的感抗，使之不易通过，故称为共模电感。

因此，当正常的电流信号流经共模电感L1时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，即此时正常电流主要受线圈电阻的影响以及少量因漏感造成的阻尼。而当有高频共模电流流经共模电感L1时，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减高频共模电流，也就达到了滤除共模干扰的作用。

为了进一步地增强对共模干扰的过滤效果，本申请还设置了用于过滤共模干扰信号的共模干扰信号滤波电路10，共模干扰信号滤波电路10的具体电路构成可以根据实际需要进行设定，例如在本发明的一种具体实施方式中，可参阅图2，共模干扰信号滤波电路10包括：

第一端分别与第二差模电容C2的第一端以及运放电路20连接，第二端接地的第一共模电容C3；

第一端接地，第二端分别与第二差模电容C2的第二端以及运放电路20连接的第二共模电容C4。

第一共模电容C3和第二共模电容C4的具体电容值可以根据实际需要进行设定和调整。与差模电容的原理一致，该种实施方式中，也是利用电容对高频信号的低阻抗的特性，使得高频干扰短路。而由于针对的是共模干扰，因此第一共模电容C3和第二共模电容C4均是一端接地，另一端接在信号线路上，也即第一共模电容C3和第二共模电容C4是线对地短路，而前文中的两个差模电容则是两极之间短路。

该种实施方式中利用第一共模电容C3和第二共模电容C4实现了共模干扰信号滤波电路10，电路构成简单，成本较低，便于实施，电路也不容易出现故障，可靠性高。

运放电路20用于进行信号的放大，具体电路结构可以根据实际情况进行设定和调整。在本发明的一种具体实施方式中，可参阅图2，运放电路20包括：

第一端作为运放电路20的第一输入端，第二端分别与第一滤波电容C5的第一端以及第一运放OP1的同相输入端连接的第一电阻R1；

第一端作为运放电路20的第二输入端，第二端分别与第一滤波电容C5的第二端以及第一运放OP1的反相输入端连接的第二电阻R2；

第一滤波电容C5；

输出端作为运放电路20的输出端的第一运放OP1。

第一电阻R1和第二电阻R2用于限流。该种实施方式中，设置了第一滤波电容C5，电容值通常在pF到uF之间，通过第一滤波电容C5可以有效地滤除第一运放OP1的正、负输入信号中带有的毛刺、脉冲、谐波等杂散信号。同时，也有利于进一步地对共模干扰进行滤除。

并且需要指出的是，在传统的运放电路20中，通常是在第一运放OP1的两个输入引脚上各自接一个滤波电容实现滤波，且这两个滤波电容均各自接地。但是这样的方式，在输入信号的波动较大时，容易导致误动作的情况，本申请则是采用单个电容的设计，即第一滤波电容C5。第一滤波电容C5的两端分别设置在第一运放OP1的两个输入引脚上，有利于避免输入信号的波动大导致的误动作情况的发生，确保了运放电路20的可靠性。并且，本申请的该种方案结构也更为简单。

此外，第一运放OP1的具体型号也可以根据需要进行设定，例如可以选用LM358。LM358是常见的运算放大器，是由两个独立的、高增益、内置频率补偿的运算放大器组成的基础电路。可以单电源供电，兼容多种逻辑模式，并且功耗小。此外，频率增益有温度补偿，输入偏置有温度补偿。

发射电路30用于进行信号发射，在本发明的一种具体实施方式中，发射电路30可以具体用于：将接收的电信号转换为声音信号进行信号发射。该种实施方式中，基于声振耦合的方式进行信号发射，实现了对上级电路和下级电路之间的隔离，并且也有利于降低信号在传递过程中引入的干扰，也就有利于进一步地提高后续的信号分析结果的准确性。

为了进一步地保障发射电路30发出的声音能够被接收装置40接收到，在本发明的一种具体实施方式中，发射电路30可以包括M个声音发生电路，M为不小于2的正整数。例如图3的实施方式中，设置了4个声音发生电路，且这4个声音发生电路的蜂鸣器依次固定在箱子的四个顶角处，也即图3中示出的声源1，声源2，声源3以及声源4。当然，在部分场合中，也可以仅设置一个声音发生电路，并不影响本发明的实施。

每个声音发生电路的具体电路构成也均可以根据实际需要进行设定和调整，例如，可参阅图4，在该种具体实施方式中，针对任一声音发生电路，该声音发生电路可以包括：

基极作为该声音发生电路的输入端并与运放电路20连接，发射极接地，集电极分别与第三电阻R3的第二端以及蜂鸣器B1的第一端连接的第一三极管Q1；

第一端与第一电源正极连接的第三电阻R3；

第二端接地，用于输出声音信号的蜂鸣器B1。

也就是说，该种实施方式中，每一个声音发生电路均是由一个三极管，一个电阻以及一个蜂鸣器构成。各个声音发生电路的三极管均与运放电路20的输出端连接。声音发生电路中的蜂鸣器B1可以是无源蜂鸣器，也可以是有源蜂鸣器。局放信号经过滤波、放大之后输出至声音发生电路，局放信号的频率变化时，声音发生电路发出的声音的频率便会相适应地变化，接收装置40中的声音接收器便会产生不同频率的响应，并且可以将响应信号输出至接收装置40中的信号分析装置，从而实现对局放信号的分析处理。

应用本发明实施例所提供的技术方案，考虑到共模干扰信号和差模干扰信号的差别，本申请设置了一种开关柜局放信号的抗噪优化电路，能够有效地进行局放信号的去噪，从而保障后续的信号分析的准确性。具体的，本申请的电路中设置了第一差模电容C1和第二差模电容C2，用于抑制差模干扰信号。第一差模电容C1并联在信号输入端，可以提供最短的路径使得差模干扰信号被旁路。第二差模电容C2则可以进一步地实现对差模干扰信号的抑制。第一差模电容C1和第二差模电容C2与共模电感L1组成π型滤波电路，特别是对于EMI等干扰具有较好的过滤效果。共模电感L1的第一输入端与第一差模电容C1的第一端连接，第一输出端分别与第二差模电容C2的第一端以及共模干扰信号滤波电路10的第一输入端连接，共模电感L1的第二输入端与第一差模电容C1的第二端连接，第二输出端分别与第二差模电容C2的第二端以及共模干扰信号滤波电路10的第二输入端连接，因此当有高频共模电流流经共模电感L1时，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减高频共模电流，即达到了滤除共模干扰的作用。进一步地，还设置了用于过滤共模干扰信号的共模干扰信号滤波电路10，进一步地增强对共模干扰的过滤效果。

因此，本申请的方案考虑到共模信号和差模信号的区别，针对检测局放信号时噪声的频率范围较宽的情况，设置了开关柜局放信号的抗噪优化电路对共模干扰和差模干扰进行过滤，有效地实现了局放信号的去噪。

在本发明的一种具体实施方式中，还可以包括：温度调节箱以及温度控制器；

温度控制器用于根据控制信号调节温度调节箱中的温度，共模电感L1设置在温度调节箱中。

本申请的共模电感L1可以有效地抑制共模干扰。但是，在实际应用中，不同场景下的噪声信号的频率以及局放信号的频率均可能会发生变化，当共模电感L1的线圈电感量固定时，无法很好地满足各种复杂的实际场景，因此，本申请的方案中，还设置了温度调节箱以及温度控制器，共模电感L1则设置在温度调节箱中，温度控制器根据控制信号调节温度调节箱中的温度，便可以改变共模电感L1的温度，也就实现了对共模电感L1的线圈电感量的调节，进而可以方便地满足不同场景的实际需要，达到最佳的针对共模干扰的滤波效果。

可参阅图3，温度调节箱通常可以由箱体51，电热丝52，外置的空气压缩机53以及温度采集单元组成，温度采集单元在图3中未示出。当然，在具体场景中，温度调节箱还可以根据需要设置其他部件，并不影响本发明的实施。

温度控制器可以控制电热丝52的通电状态，可以理解的是，当温度控制器控制电热丝52通电时，温度调节箱内部的温度升高，共模电感L1的温度也就会升高。相应的，当温度控制器控制电热丝52不通电，且开启空气压缩机53时，温度调节箱内的温度会降低，共模电感L1的温度也就随之降低。此外需要说明的是，温度调节箱可以稳定在某一温度，因此通常也可以称为恒温箱。

磁性材料的相对磁导率通常会随温度上升而达到一个最大值，然后在达到居里温度时剧烈降低为1。而线圈电感量与磁性材料的相对磁导率成正比，因此，温度变化时，共模电感L1的线圈电感量也会跟着变化。

温度控制器需要根据控制信号调节温度调节箱中的温度，进而可以改变共模电感L1的温度，也就改变了共模电感L1的线圈电感量。该控制信号可以由人工进行输入，也可以是自动生成的。具体的，例如接收装置40中的信号分析装置可以将接收的信号波形以及相关的分析结果进行显示，工作人员可以根据显示出的信息，来决定是否需要调节共模电感L1的电感值。例如，工作人员可以通过相关输入装置向温度控制器输入控制信号，控制信号中可以携带有温度值，例如30℃，则温度控制器便会控制温度调节箱中的温度为30℃，工作人员可以根据信号分析装置显示出的信息，例如确定当前的滤波效果不佳，又输入控制信号至温度控制器，控制信号中携带有温度值例如为40℃，则温度控制器便会控制温度调节箱中的温度为40℃。在实际应用中，工作人员通常可以不断调整温度调节箱中的温度，当发现滤波效果最佳时，便可以停止调整。此外，该种例子中，工作人员基于接收装置40接收的信号进行温度调整，在其他实施方式中，也可以直接根据滤波电路的输出信号进行温度调整，此处描述的滤波电路指的是由第一差模电容C1，共模电感L1，第二差模电容C2以及共模干扰信号滤波电路10构成的滤波电路，例如可以直接用示波器测量共模干扰信号滤波电路10的输出信号的波形，再通过调整温度值，使得本申请的共模电感L1能够处于最佳的电感值，从而更有效地对共模干扰进行抑制，适合当前情况下的干扰。

当然，在其他实施方式中，控制信号也可以是自动生成的。例如。接收装置40中的信号分析装置根据接收的信号强度等参数自动进行分析，例如信号分析装置可以与温度控制器通信连接，以向温度控制器发送控制信号实现温度调节，当信号分析装置接收到的信号强度高于阈值时，则停止对温度的调节。当然，该例子中基于信号强度来确定滤波效果是否达到要求，其他实施方式中还可以根据需要结合其他相关的参数信息，能够确定出合适的温度值，以使得共模电感L1的电感值适用于当前的干扰情况即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种开关柜局放信号的抗噪优化电路，其特征在于，包括：

第一端作为第一信号输入端，第二端作为第二信号输入端，用于接收局放信号的第一差模电容；

第一输入端与所述第一差模电容的第一端连接，第一输出端分别与第二差模电容的第一端以及共模干扰信号滤波电路的第一输入端连接，第二输入端与所述第一差模电容的第二端连接，第二输出端分别与所述第二差模电容的第二端以及所述共模干扰信号滤波电路的第二输入端连接的共模电感；

所述第二差模电容；

用于过滤共模干扰信号的所述共模干扰信号滤波电路；

与所述共模干扰信号滤波电路连接的运放电路；

与所述运放电路连接，用于进行信号发射的发射电路；

用于接收所述发射电路发射的信号的接收装置。

2.根据权利要求1所述的开关柜局放信号的抗噪优化电路，其特征在于，还包括：温度调节箱以及温度控制器；

所述温度控制器用于根据控制信号调节所述温度调节箱中的温度，所述共模电感设置在所述温度调节箱中。

3.根据权利要求1所述的开关柜局放信号的抗噪优化电路，其特征在于，所述共模干扰信号滤波电路包括：

第一端分别与所述第二差模电容的第一端以及所述运放电路连接，第二端接地的第一共模电容；

第一端接地，第二端分别与所述第二差模电容的第二端以及所述运放电路连接的第二共模电容。

4.根据权利要求1所述的开关柜局放信号的抗噪优化电路，其特征在于，所述运放电路包括：

第一端作为所述运放电路的第一输入端，第二端分别与第一滤波电容的第一端以及第一运放的同相输入端连接的第一电阻；

第一端作为所述运放电路的第二输入端，第二端分别与所述第一滤波电容的第二端以及所述第一运放的反相输入端连接的第二电阻；

所述第一滤波电容；

输出端作为所述运放电路的输出端的所述第一运放。

5.根据权利要求1至4任一项所述的开关柜局放信号的抗噪优化电路，其特征在于，所述发射电路具体用于：将接收的电信号转换为声音信号进行信号发射。

6.根据权利要求5所述的开关柜局放信号的抗噪优化电路，其特征在于，所述发射电路包括M个声音发生电路，M为不小于2的正整数。

7.根据权利要求6所述的开关柜局放信号的抗噪优化电路，其特征在于，针对任一声音发生电路，该声音发生电路包括：

基极作为该声音发生电路的输入端并与所述运放电路连接，发射极接地，集电极分别与第三电阻的第二端以及蜂鸣器的第一端连接的第一三极管；

第一端与第一电源正极连接的所述第三电阻；

第二端接地，用于输出声音信号的所述蜂鸣器。

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