CN112462214B - 一种局部放电智能感知终端 - Google Patents

一种局部放电智能感知终端 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种局部放电智能感知终端，包括第一仪器外壳和第二仪器外壳及封装在第一仪器外壳和第二仪器外壳中的印制电路板、锂亚电池、内置TEV传感器、内置AA传感器、对外通信模块、信号处理模块；还包括与印制电路板相连接的仪器电源自锁开关和运行模式自锁开关，电源自锁开关为电源开关，运行模式自锁开关为两种模式切换开关，两种模式分别为间歇运行和连续运行。通过内置TEV传感器、内置AA传感器采集两种局部放电信号，通过信号处理模块对两种局部放电信号进行处理，再通过对外通信模块将信号输出，由于运行模式自锁开关为两种模式切换开关，可运行于在线不间断和定时间隔采样两种工作状态。

Description

一种局部放电智能感知终端
技术领域
本申请涉及局部放电检测技术领域，尤其涉及一种局部放电智能感知终端。
背景技术
高压电气设备长期工作在高压环境下，设备的绝缘材料会逐渐劣化，出现局部放电现象，在强电场作用下甚至会被击穿，严重影响设备的正常运行。长期的局部放电会引起电气设备的绝缘故障，轻则影响设备使用，重则导致设备损坏，甚至发生爆炸，造成人员及财产的重大损失。
目前用来检测局部放电现象的设备有手持式局部放电测试仪和在线式局部放电测试终端两种。由于成本原因，通常采用手持式局部放电测试仪对电气设备进行定期检测，一般检测周期为每年1-2次。当电气设备发生局部放电后，根据局部放电现象的严重程度增加检测频度，但由于需要检测人员参与，无法做到实时在线的连续监测。另一方面，目前的在线式局部放电测试终端除部署成本高之外，还存在体积较大，需要固定的安装位置、外部供电电源以及配套的通讯接收处理装置的缺点，导致了其难以广泛推广使用。
发明内容
本申请提供了一种局部放电智能感知终端，以解决无法做到实时在线的连续监测的问题。
本申请采用的技术方案如下：
本申请提供了一种局部放电智能感知终端，包括相扣合的第一仪器外壳和第二仪器外壳以及封装在第一仪器外壳和第二仪器外壳中的印制电路板、锂亚电池、内置TEV传感器、内置AA传感器、对外通信模块、信号处理模块；
所述锂亚电池、内置TEV传感器、内置AA传感器、对外通信模块、信号处理模块均与所述印制电路板连接；
还包括与所述印制电路板相连接的仪器电源自锁开关和运行模式自锁开关，所述电源自锁开关为电源开关，所述运行模式自锁开关为两种模式切换开关，两种模式分别为间歇运行和连续运行。
进一步地，还包括设置在所述第一仪器外壳或第二仪器外壳表面的多个磁性元件，所述磁性元件用于与电气设备表面吸附，
所述磁性元件为磁铁。
进一步地，还包括与印制电路板相连接的四个指示灯；
四个所述指示灯分别表示通讯状态、连续运行状态、间歇运行状态和告警状态。
进一步地，所述信号处理模块包括第一路信号处理模块、第二路信号处理模块和中央处理器CPU，第一路信号处理模块一端与内置TEV传感器连接，另一端与中央处理器CPU连接，第二路信号处理模块一端与内置AA传感器连接，另一端与中央处理器CPU连接；
所述第一路信号处理模块和第二路信号处理模块均包括依次连接的局部放电信号传感器、放大电路、检波电路和AD转换器。
进一步地，所述对外通信模块包括SMA天线接头和对外通讯接口，用于将中央处理器CPU处理得到的测试数据输出，
所述SMA天线接头与中央处理器CPU连接，且所述SMA天线接头至少部分伸出在所述第一仪器外壳和第二仪器外壳外；
所述对外通讯接口与中央处理器CPU连接。
进一步地，还包括与印制电路板相连接的内部通讯扩展接口；所述内部通讯扩展接口用于实现多种有线和无线通讯方式的扩展。
进一步地，所述检波电路包括二极管和滤波电容。
进一步地，所述中央处理器CPU为低功耗高速单片机。
进一步地，所述印制电路板上具有定时控制电路，所述定时控制电路与运行模式自锁开关连接，用于实现局部放电智能感知终端在间歇运行和连续运行模式的切换。
进一步地，所述定时控制电路的供电回路包括依次连接的仪器电池、仪器电源开关、电源控制电子开关、电源芯片、中央处理器CPU；
还包括定时芯片和电源控制电子开关，所述定时芯片并联在仪器电源开关和电源控制电子开关之间，所述定时芯片与中央处理器CPU串联，所述电源控制电子开关一端连接在电源芯片和中央处理器CPU之间，另一端与所述中央处理器CPU连接；
其中，仪器电池具体为所述锂亚电池，所述仪器电源开关具体为仪器电源自锁开关。
采用本申请的技术方案的有益效果如下：
本发明的一种局部放电智能感知终端，通过内置TEV传感器、内置AA传感器采集两种局部放电信号，通过信号处理模块对两种局部放电信号进行处理，再通过对外通信模块将信号输出，由于运行模式自锁开关为两种模式切换开关，分别为间歇运行和连续运行，可运行于在线不间断和定时间隔采样两种工作状态，同时，通过锂亚电池供电，无需外部电源。
进一步地，本申请的局部放电智能感知终端便于安装和拆卸，既布置使用方便，又可实现设备的重复利用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为一种局部放电智能感知终端的组成结构示意图；
图2为局部放电信号检波示意图；
图3为电源定时控制电路示意图；
图示说明：
其中，印制电路板-100；仪器外壳-101；大容量锂亚电池-102；内置TEV传感器-103；内置AA传感器-104；SMA天线接头-105；磁性元件-106；仪器电源自锁开关-110；运行模式自锁开关-111；指示灯-112；对外通讯接口-113；内部通讯扩展接口-114；
局部放电信号传感器-200；放大电路-201；检波电路-202；局部放电信号-210；放大信号-211；检波信号-212；二极管-220；滤波电容-221；
仪器电池-300；仪器电源开关-301；第一电源控制电子开关-302；第二电源控制电子开关-303；定时芯片-304；电源芯片-305；CPU-306；控制信号-311。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
参见图1至图3。
如图1所示，本申请提供的一种局部放电智能感知终端，包括相扣合的第一仪器外壳101和第二仪器外壳以及封装在第一仪器外壳101和第二仪器外壳中的印制电路板100、锂亚电池102、内置TEV传感器103、内置AA传感器104、对外通信模块、信号处理模块；所述锂亚电池102、内置TEV传感器103、内置AA传感器104、对外通信模块、信号处理模块均与所述印制电路板100连接；还包括与所述印制电路板100相连接的仪器电源自锁开关110和运行模式自锁开关111，所述电源自锁开关110为电源开关，所述运行模式自锁开关111为两种模式切换开关，两种模式分别为间歇运行和连续运行。
所述局部放电智能感知终端采用大容量电池供电，即通过锂亚电池102供电，无需外部电源，可长时间使用而无需更换电池。
同时，还包括与印制电路板100相连接的四个指示灯112；四个所述指示灯112分别表示通讯状态、连续运行状态、间歇运行状态和告警状态。当处于通讯状态(SMA天线接头105传输信号)时，通讯状态对应的灯亮起；当处于连续运行模式时，连续运行对应的灯亮起；当处于间歇运行模式时，间歇运行对应的灯亮起；当局部放电智能感知终端出现故障时，告警状态对应的灯亮起。
如图2所示，所述信号处理模块包括第一路信号处理模块、第二路信号处理模块和中央处理器CPU，第一路信号处理模块一端与内置TEV传感器103连接，另一端与中央处理器CPU连接，第二路信号处理模块一端与内置AA传感器104连接，另一端与中央处理器CPU连接。
其中，本实施例中对外通信模块包括SMA天线接头105和对外通讯接口113，均用于将中央处理器CPU处理得到的测试数据输出，所述SMA天线接头105与中央处理器CPU连接，且所述SMA天线接头105至少部分伸出在所述第一仪器外壳101和第二仪器外壳外；所述对外通讯接口113与中央处理器CPU连接。
第一路信号处理模块和第二路信号处理模块均包括依次连接的局部放电信号传感器(200)、放大电路(201)、检波电路(202)和AD转换器。第一路信号处理模块和第二路信号处理模块的检波电路202均包括二极管220和滤波电容221。第一路信号处理模块和第二路信号处理模块的局部放电信号传感器200采集到局部放电信号210(内置TEV传感器103和内置AA传感器104采集到的信号)，经过放大电路201放大为放大信号211，然后通过检波电路202处理为检波信号212，再利用AD转换器进行信号转换，中央处理器CPU通过AD转换器对检波后的局放信号进行采样并处理计算。其中，AD转换器最低采样率200kHz。
具体来说，局部放电智能感知终端采用峰值检波方式处理高频信号，使原始信号频率降低到10kHz以内。所述局部放电智能感知终端采用包络检波方式处理低频信号，使原始信号频率降低到5kHz以内。所述高频信号包括TEV信号，所述低频信号包括AA信号。所述峰值检波和包络检波电路，由高速开关二极管220和滤波电容221组成，根据初始信号频率选择二极管的开断频率和导通电压、电容器的电容值，实现信号的降频以及滤波功能。第一路信号处理模块处理内置TEV传感器103采集到的信号，第二路信号处理模块处理内置AA传感器104采集到的信号，中央处理器CPU将这两路信号进行处理计算，得到局放信号幅值、脉冲数和PRPD谱图，最后通过对外通讯接口113用有线的方式输出测试数据或者通过SMA天线接头105用无线的方式输出测试数据。
如图2所示，所述局部放电信号处理方式，对高频信号而言，放大电路201带宽要求不低于500MHz，放大倍数不低于10倍，检波器202带宽要求不低于500MHz，其中检波二极管220应采用低导通电压的高速开关管，为使检波输出信号频率降到10kHz以内，滤波电容221选值在10微法左右。
如图2所示，所述局部放电信号处理方式，对低频信号而言，放大电路201带宽要求不低于500kHz，放大倍数不低于1000倍，检波器202带宽要求不低于500kHz，其中检波二极管220应采用超低导通电压的开关管，为使检波输出信号频率降到5kHz以内，滤波电容221选值在47微法左右。
其中，需要说明的是，所述中央处理器CPU为低功耗高速单片机，通信控制器支持RS485方式。
还包括与印制电路板100相连接的内部通讯扩展接口114；所述内部通讯扩展接口114用于实现多种有线和无线通讯方式的扩展。内部通讯扩展接口114，提供了5V电源、通用异步串行接口(UART)、串行外围设备总线(SPI)、通用输入输出接口(GPIO)等。通过该接口，可以实现各种有线和无线通讯方式扩展，如扩展RS485接口、窄带(NB)通讯、4G通讯、LORA通讯等方式。
还包括设置在所述第一仪器外壳101或第二仪器外壳表面的多个磁性元件106，所述磁性元件用于与电气设备表面吸附，所述磁性元件106为磁铁。可直接吸附安装于电气设备表面，无需在设备表面额外开孔或附加固定装置。
所述对外通信模块为SMA天线接头105，所述SMA天线接头105与所述印制电路板100连接，且所述SMA天线接头105至少部分伸出在所述第一仪器外壳101和第二仪器外壳外。
所述印制电路板100上具有定时控制电路，所述定时控制电路与运行模式自锁开关111连接，用于实现局部放电智能感知终端在间歇运行和连续运行模式的切换。
具体来说，所述印制电路板100上具有定时控制电路，所述定时控制电路与运行模式自锁开关连接，用于实现局部放电智能感知终端在间歇运行和连续运行模式的切换。间歇运行和连续运行模式两种运行模式由一个接入中央处理器CPU的IO端口控制。当设定智能终端工作于连续运行模式(运行模式自锁开关111按压进去)，中央处理器CPU的IO端口向定时芯片304输出高电平，不启动计时功能，第一电源控制电子开关302保持导通，系统在线不间断运行。当设定中央处理器CPU工作于规定时间间隔采样模式(运行模式自锁开关111按压弹出)，每次测量后中央处理器CPU的IO端口向定时芯片304输出低电平，控制信号下降沿触发定时芯片304计时，同时，定时芯片304输出信号断开第一电源控制电子开关302，切断系统供电。定时芯片304计时完成，输出信号使第一电源控制电子开关302导通，系统再次恢复供电，实现规定时间间隔采样运行模式。
具体来说，如图3所示，所述定时控制电路的供电回路包括依次连接的仪器电池300(锂亚电池102)、仪器电源开关301(仪器电源自锁开关110)、第一电源控制电子开关302、电源芯片305、中央处理器CPU306；还包括定时芯片304和第二电源控制电子开关303，所述定时芯片304并联在仪器电源开关301和第一电源控制电子开关302之间，所述定时芯片304与中央处理器CPU306串联，所述第二电源控制电子开关303一端连接在电源芯片305和中央处理器CPU306之间，另一端与所述中央处理器CPU306连接；其中，仪器电池300具体为所述锂亚电池102，所述仪器电源开关301具体为仪器电源自锁开关110。
所述电源定时控制电路的供电回路包括仪器电池300，以及串联的仪器电源开关301和第一电源控制电子开关302，仪器电源开关301和第一电源控制电子开关302同时导通，电池300才能给电源芯片305供电。所述仪器电源开关301由操作人员控制，第二电源控制电子开关303受控于定时芯片304OUT脚向第一电源控制电子开关302发出的控制信号311。
所述定时芯片304的供电脚为VB，在电源开关301闭合时，定时芯片304通电运行。定时芯片304功能逻辑为：IN脚下降沿启动计时，计时期间，OUT脚控制输出信号311断开第一电源控制电子开关302；其它状态下，OUT脚控制输出信号311闭合开关302。
如图3所示，当第一电源控制电子开关302闭合，电源芯片305输入电源VB通电，芯片工作，VCC输出电压，则系统通电，中央处理器CPU 306工作，中央处理器CPU306 OUT脚输出高电平，使定时芯片304IN脚获得稳定高电平，从而禁止计时，使得控制信号311一直维持在使电子开关302通电的状态。
如图3所示，当运行模式开关303断开，中央处理器CPU 306工作于间歇模式，完成一次测量后，OUT脚输出低电平，产生下降沿触发定时芯片304计时，同时输出控制信号311打开第一电源控制电子开关302，切断电源芯片305的供电，关闭系统电源。定时芯片304完成计时后，OUT脚输出控制信号311使第一电源控制电子开关302闭合，重新给电源芯片供电，完成系统的重新启动。通过定时间歇运行模式实现节能。
如图3所示，当第二电源控制电子开关303闭合，中央处理器CPU 306将一直维持OUT脚为高电平，阻止定时芯片304计时，避免切断第一电源控制电子开关302，使系统维持连续运行模式。
所述第二电源控制电子开关303，一般采用MOS管，要求内阻小于50毫欧，持续电流不小于1安培。
所述定时芯片304可以配置定时周期为1分钟-240分钟。
本申请通过内置TEV传感器103、内置AA传感器104采集两种局部放电信号210，通过信号处理模块对两种局部放电信号210进行处理，再通过对外通讯接口113或者SMA天线接头105将数据信号输出，由于运行模式自锁开关111为两种模式切换开关，分别为间歇运行和连续运行，可运行于在线不间断和定时间隔采样两种工作状态，同时，通过锂亚电池102供电，无需外部电源。
本申请的一种局部放电智能感知终端，集成了地电波(TEV)和空气超声(AA)两种非侵入式监测功能，原始微弱信号经运算放大器放大后，再通过检波方式进行降频，利用有线(外通讯接口113)或无线通讯(SMA天线接头105)方式实现终端信号收集，装置配有大容量电池，可运行于在线不间断和定时间隔采样两种工作状态，采用磁性自吸附方式安装，具有低功耗，长时不间断运行，装配便捷，信息收集方便和配置成本低等优势。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种局部放电智能感知终端，其特征在于，包括相扣合的第一仪器外壳(101)和第二仪器外壳以及封装在第一仪器外壳(101)和第二仪器外壳中的印制电路板(100)、锂亚电池(102)、内置TEV传感器(103)、内置AA传感器(104)、对外通信模块、信号处理模块；
所述锂亚电池(102)、内置TEV传感器(103)、内置AA传感器(104)、对外通信模块、信号处理模块均与所述印制电路板(100)连接；
还包括与所述印制电路板(100)相连接的仪器电源自锁开关(110)和运行模式自锁开关(111)，所述仪器电源自锁开关(110)为电源开关，所述运行模式自锁开关(111)为两种模式切换开关，两种模式分别为间歇运行和连续运行；
其中，所述印制电路板(100)上具有定时控制电路，所述定时控制电路与所述运行模式自锁开关(111)连接，用于实现局部放电智能感知终端在间歇运行和连续运行模式的切换；
所述定时控制电路的供电回路包括依次连接的仪器电池(300)、仪器电源开关(301)、第一电源控制电子开关(302)、电源芯片(305)、中央处理器CPU(306)；
还包括定时芯片(304)和第二电源控制电子开关(303)，所述定时芯片(304)并联在仪器电源开关(301)和第一电源控制电子开关(302)之间，所述定时芯片(304)与中央处理器CPU(306)串联，所述第二电源控制电子开关(303)一端连接在电源芯片(305)和中央处理器CPU(306)之间，另一端与所述中央处理器CPU(306)连接；
其中，仪器电池(300)具体为所述锂亚电池(102)，所述仪器电源开关(301)具体为仪器电源自锁开关(110)。
2.根据权利要求1所述的局部放电智能感知终端，其特征在于，还包括设置在所述第一仪器外壳(101)或第二仪器外壳表面的多个磁性元件(106)，所述磁性元件用于与电气设备表面吸附，
所述磁性元件(106)为磁铁。
3.根据权利要求1所述的局部放电智能感知终端，其特征在于，还包括与印制电路板(100)相连接的四个指示灯(112)；
四个所述指示灯(112)分别表示通讯状态、连续运行状态、间歇运行状态和告警状态。
4.根据权利要求1所述的局部放电智能感知终端，其特征在于，所述信号处理模块包括第一路信号处理模块、第二路信号处理模块和中央处理器CPU，所述第一路信号处理模块和所述第二路信号处理模块分别与所述中央处理器CPU连接；
所述第一路信号处理模块包括依次连接的第一局部放电信号传感器、放大电路(201)、检波电路(202)和AD转换器，所述第一局部放电信号传感器(200)为内置TEV传感器(103)；
所述第二路信号处理模块包括依次连接的第二局部放电信号传感器、放大电路(201)、检波电路(202)和AD转换器，所述第二局部放电信号传感器为内置AA传感器(104)。
5.根据权利要求1所述的局部放电智能感知终端，其特征在于，所述对外通信模块包括SMA天线接头(105)和对外通讯接口(113)，用于将中央处理器CPU处理得到的测试数据输出，
所述SMA天线接头(105)与中央处理器CPU连接，且所述SMA天线接头(105)至少部分伸出在所述第一仪器外壳(101)和第二仪器外壳外；
所述对外通讯接口(113)与中央处理器CPU连接。
6.根据权利要求5所述的局部放电智能感知终端，其特征在于，还包括与印制电路板(100)相连接的内部通讯扩展接口(114)；
所述内部通讯扩展接口(114)用于实现多种有线和无线通讯方式的扩展。
7.根据权利要求4所述的局部放电智能感知终端，其特征在于，所述检波电路(202)包括二极管(220)和滤波电容(221)。
8.根据权利要求5或6所述的局部放电智能感知终端，其特征在于，所述中央处理器CPU为低功耗高速单片机。
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