CN111999537A - 一种微型内置信号发生器及其电缆局放仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型内置信号发生器，包括通讯模块、信号处理模块、信号发生模块和DAC模块；通讯模块用于连接上位机；信号处理模块电连接通讯模块，用于接收用户的局放仿真参数设定及仿真波形文件，并将其转换为数据流传输给信号发生模块；信号发生模块与信号处理模块电连接，用于接收信号处理模块的局放仿真数据流，并产生局放仿真波形数据流；DAC模块与信号发生模块电连接，用于接收信号发生模块的局放仿真波形数据流，并转换为模拟量信号输出到电缆的半导体层。只需要在上位机设定好参数就可以在电缆上产生需要发生缺陷所对应的局放信号，无需电缆处于高压通电的状态，保证了仿真实验过程的安全性，同时无需专业高压作业人员监管，减少人力成本。

Description

一种微型内置信号发生器及其电缆局放仿真方法

技术领域

本发明涉及电缆局放仿真领域，更具体地，涉及一种微型内置信号发生器及其电缆局放仿真方法。

背景技术

在供电系统中XLPE电缆线路的应用非常广泛，电缆不可避免发生局部放电，而随着局部放电的累积效应加剧到一定程度，电缆将会发生击穿故障导致供电区域停电，造成大量的经济损失。因此研究分析电缆局部放电特性一直是电力行业高度关注的方向，并应此需求催生出局放仿真设备和仿真方法。现行XLPE电缆局部放电的仿真方法，主要是基于在真实XLPE电缆上人为制造电缆缺陷，通过高压电源对电缆通电，并观测此时产生的缺陷局放来仿真现实中电缆缺陷局放现象。

公开号为“CN104569769A”，公开日为2015年4月29日的专利申请文件中公开了一种电缆局部放电仿真系统及测试方法，通过在电缆一端的导线注入局放仿真脉冲，通过导体上的多个传感器共同监测，从而发现电缆的缺陷问题。

但在上述的技术方案中，仿真实验需要电缆处于正常的运行状态，此时电缆的处于高压状态，具有一定的危险性，因此需要高压作业人员保持对整个实验过程的调试和监管。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中有仿真实验过程需要高压作业人员监管和电缆处于高压状态的问题，提供一种微型内置信号发生器及其电缆局放仿真方法，利用微型内置信号发生系统内嵌入电缆半导体层中，仿真电缆的局放发生，无需电缆处于高压的工作状态，更加安全和无需高压作业人员监管实验过程。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种微型内置信号发生器，包括通讯模块、信号处理模块、信号发生模块和DAC模块；所述通讯模块用于连接上位机；所述信号处理模块电连接所述通讯模块，用于接收用户的局放仿真参数设定及仿真波形文件，并将其转换为数据流传输给所述信号发生模块；所述信号发生模块与所述信号处理模块电连接，用于接收所述信号处理模块的局放仿真数据流，并产生相应的局放仿真波形数据流；所述DAC模块与所述信号发生模块电连接，用于接收所述信号发生模块的局放仿真波形数据流，并将其转换为模拟量信号，同时输出到电缆的半导体层。

在上述的技术方案中，当需要进行电缆局放仿真的时候，在上位机上设定好局放仿真参数或者仿真波形文件后，通过通讯模块将数据发送至信号处理模块。信号处理模块将其转换为局放仿真数据流后发送至信号发生模块，在信号发生模块收到局放仿真数据流后生成局放仿真波形，但但此时的波形是以数据流形式存在，即局放仿真波形数据流，因此信号发生模块还要将此数据流传输到DAC数模转换模块。DAC数模转换模块将局放仿真波形数据流转换为模拟量信号，同时输出到XLPE电缆的半导体层，电缆的半导体层即产生了局放的电信号。

优选的，所述DAC模块的数模转换分辨率为16位，输出带宽为500MHz，数模转换速度为1.0GSPS，该设定下，DAC模块输出的模拟量信号可以真实地仿真局放信号这种不规律的信号，同时还能产生干扰波形模仿现场的干扰情况。

优选的，所述信号发生模块采用数字式频率合成器。

优选的，所述通讯模块、所述信号处理模块、所述信号发生模块和所述DAC模块集成与基板上。基板可以为PCB板，将所有模块都放置在PCB板上，更加方便将微型内置信号发生器安装在电缆上。

优选的，所述基板的长为35-45mm，宽为10-20mm，高为3-8mm，在该尺寸范围下，整个微型内置信号发生器可以内置在电缆半导体层上，同时不影响电缆的物理性能。

还提供一种电缆局放仿真方法，包括如下步骤：

步骤一：在待测电缆的半导体放置有若干个上述的微型内置信号发生器和若干对金属电极；

步骤二：所述金属电极连接有监测器；

步骤三:通过上位机将设定好的仿真参数或仿真波形文件经过通讯模块传输到微型内置信号发生器，微型内置信号发生器将相应的信号转换为模拟量信号并输出至电缆的半导体层中；

步骤四：金属电极检测到模拟量信号显示在监测器上。

优选的，在所述步骤一中，所述微型内置信号发生器等距布置在电缆上。等距布置能够较好地在电缆上模拟不同部位局放信号发生的情况

优选的，所述金属电极布置在远离所述微型内置信号发生器的一侧，避免微型内置信号发生器对金属电极的工作产生影响。可以通过比较不同布置位置的电极更加准确判断局放信号发生位置。

优选的，所述电缆的两端安装有电缆接头，所述电缆接头的接地端与所述微型内置信号发生器的接地端电连接。装有电缆接头，与现场环境更加贴近，仿真效果更好。在现场环境下运行的电缆都在两端装有电缆接头，接地的连接是为了让局放电信号在电缆半导体层和信号发生器形成通电回路，这样局放电信号能在电缆半导体中流通。

优选的，所述监测器为示波器或金属箔传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：只需要在上位机设定好参数就可以在电缆上产生需要发生缺陷所对应的局放信号，无需电缆处于高压通电的状态，保证了仿真实验过程的安全性，同时无需专业高压作业人员监管，减少人力成本。

附图说明

图1是本发明一种微型内置信号发生器的示意图；

图2是本发明的数字式频率合成器的架构图；

图3是本发明一种电缆局放仿真方法的流程图；

图4是本发明一种电缆局放仿真方法的仿真状态图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

如图1所示为一种微型内置信号发生器的实施例，包括通讯模块1、信号处理模块2、信号发生模块3和DAC模块4；所述通讯模块1用于连接上位机；所述信号处理模块2电连接所述通讯模块1，用于接收用户的局放仿真参数设定及仿真波形文件，并将其转换为数据流传输给所述信号发生模块3；所述信号发生模块3与所述信号处理模块2电连接，用于接收所述信号处理模块2的局放仿真数据流，并产生相应的局放仿真波形数据流；所述DAC模块4与所述信号发生模块3电连接，用于接收所述信号发生模块3的局放仿真波形数据流，并将其转换为模拟量信号，同时输出到电缆的半导体层。在本实施例中，通讯模块1为USB接口，信号处理模块2是型号为MKL82Z128Vxx7的ARM芯片，信号发生模块3是型号为XC7S15的FPGA芯片，DAC模块4是型号为DAC5681Z的DAC芯片。

具体的，所述DAC模块4的数模转换分辨率为16位，输出带宽为500MHz，数模转换速度为1.0GSPS，该设定下，DAC模块4输出的模拟量信号可以真实地仿真局放信号这种不规律的信号，同时还能产生干扰波形模仿现场的干扰情况。

在本实施例中，信号发生模块3采用数字式频率合成器，其具体架构如图2所示，累加器每次累加一个频率控制字，调节频率控制字的数值，可以改变累加器的累加速度，进而可以调节从ROM查找表中读取波形数据的速度。即频率控制字越大，频率越高。相位控制字可以用来调节初始相位，即ROM地址自加的初始值。DDS模块的输出频率是系统工作频率、相位累加器比特数N以及频率控制字K三者的一个函数，其数学关系为:

DDS的频率分辨率，即频率变化间隔：

从查找表读取出来的数据，经DA转换芯片可以直接输出任意设定的局放仿真波形。

具体的，通讯模块1、所述信号处理模块2、所述信号发生模块3和所述DAC模块4集成与基板上。基板为PCB板，长为35-45mm，宽为10-20mm，高为3-8mm，将所有模块都放置在PCB板上，更加方便将微型内置信号发生器安装在电缆上，同时不影响电缆的物理性能。

本实施例的工作原理：当需要进行电缆局放仿真的时候，在上位机上设定好局放仿真参数或者仿真波形文件后，通过通讯模块1将数据发送至信号处理模块2。信号处理模块2将其转换为局放仿真数据流后发送至信号发生模块3，在信号发生模块3收到局放仿真数据流后生成局放仿真波形，但但此时的波形是以数据流形式存在，即局放仿真波形数据流，因此信号发生模块3还要将此数据流传输到DAC数模转换模块。DAC数模转换模块将局放仿真波形数据流转换为模拟量信号，同时输出到XLPE电缆的半导体层，电缆的半导体层即产生了局放的电信号。

本实施的有益效果：只需要在上位机设定好参数就可以在电缆上产生需要发生缺陷所对应的局放信号，无需电缆处于高压通电的状态，保证了仿真实验过程的安全性，同时无需专业高压作业人员监管，减少人力成本。

实施例2

如图3-4所示为一种电缆5局放仿真方法的实施例，包括如下步骤：

步骤一：在待测电缆5的半导体等距放置有若干个实施例1所述的微型内置信号发生器6和若干对金属电极7；

步骤二：所述金属电极7连接有监测器，具体为示波器；

步骤三:通过上位机将设定好的仿真参数或仿真波形文件经过通讯模块1传输到微型内置信号发生器6，微型内置信号发生器6将相应的信号转换为模拟量信号并输出至电缆5的半导体层中；

步骤四：金属电极7检测到模拟量信号显示在监测器上。

其中，所述金属电极7布置在远离所述微型内置信号发生器6的一侧，避免微型内置信号发生器6对金属电极7的工作产生影响。

另外的，所述电缆5的两端安装有电缆接头8，所述电缆接头8的接地端与所述微型内置信号发生器6的接地端电连接。在现场环境下运行的电缆都在两端装有电缆接头8，电缆装有电缆接头8，与现场环境更加贴近，仿真效果更好。接地的连接是为了让局放电信号在电缆半导体层和信号发生器形成通电回路，这样局放电信号能在电缆半导体中流通。

本实施例的有益效果：只需要在上位机设定好参数就可以在电缆5上产生需要发生缺陷所对应的局放信号，无需电缆5处于高压通电的状态，保证了仿真实验过程的安全性，同时无需专业高压作业人员监管，减少人力成本。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微型内置信号发生器，其特征在于，包括通讯模块(1)、信号处理模块(2)、信号发生模块(3)和DAC模块(4)；所述通讯模块(1)用于连接上位机；所述信号处理模块(2)电连接所述通讯模块(1)，用于接收用户的局放仿真参数设定及仿真波形文件，并将其转换为数据流传输给所述信号发生模块(3)；所述信号发生模块(3)与所述信号处理模块(2)电连接，用于接收所述信号处理模块(2)的局放仿真数据流，并产生相应的局放仿真波形数据流；所述DAC模块(4)与所述信号发生模块(3)电连接，用于接收所述信号发生模块(3)的局放仿真波形数据流，并将其转换为模拟量信号，同时输出到电缆的半导体层。

2.根据权利要求1所述的一种微型内置信号发生器，其特征在于，所述DAC模块(4)的数模转换分辨率为16位，输出带宽为500MHz，数模转换速度为1.0GSPS。

3.根据权利要求1所述的一种微型内置信号发生器，其特征在于，所述信号发生模块(3)采用数字式频率合成器。

4.根据权利要求1所述的一种微型内置信号发生器，其特征在于，所述通讯模块(1)、所述信号处理模块(2)、所述信号发生模块(3)和所述DAC模块(4)集成与基板上。

5.根据权利要求4所述的一种微型内置信号发生器，其特征在于，所述基板的长为35-45mm，宽为10-20mm，高为3-8mm。

6.一种电缆局放仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在待测电缆(5)的半导体放置有若干个权利要求1-5任一所述的一种微型内置信号发生器(6)和若干对金属电极(7)；

步骤二：所述金属电极(7)连接有监测器；

步骤三:通过上位机将设定好的仿真参数或仿真波形文件经过通讯模块(1)传输到微型内置信号发生器(6)，微型内置信号发生器(6)将相应的信号转换为模拟量信号并输出至电缆(5)的半导体层中；

步骤四：金属电极(7)检测到模拟量信号显示在监测器上。

7.根据权利要求6所述的电缆局放仿真方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述微型内置信号发生器(6)等距布置在电缆上。

8.根据权利要求7所述的电缆局放仿真方法，其特征在于，所述金属电极(7)布置在远离所述微型内置信号发生器(6)的一侧。

9.根据权利要求6所述的电缆局放仿真方法，其特征在于，所述电缆(5)的两端安装有电缆接头(8)，所述电缆接头(8)的接地端与所述微型内置信号发生器的接地端电连接。

10.根据权利要求6所述的电缆局放仿真方法，其特征在于，所述监测器为示波器或金属箔传感器。

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