CN112924821A - 用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统，其包括：阅读器，其包括发射机、接收机和控制模块；复合传感天线，其与阅读器的发射机和接收机连接；声表面波传感器，其贴附于待测的电力设备上，声表面波传感器与阅读器的发射机和接收机分别连接；其中，阅读器的控制模块控制阅读器以时分复用的方式检测电力设备的局部放电信号和温度信号；当检测局部放电信号时，控制模块控制接收机与复合传感天线连接，以接收复合传感天线感测到的局部放电信号；当检测温度信号时，控制模块控制发射机向声表面波传感器发射激励信号，复合传感天线从声表面波传感器接收含有温度信号的回波，并将其传输给接收机。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测系统和方法，尤其涉及一种用于电力设备的复合检测系统和方法。
背景技术
电力设备在长期运行和装配过程中存在的人为因素、电效应、热效应以及化学效应等众多因素，这些因素有可能会造成电力设备出现绝缘劣化，导致电气绝缘强度降低，引起局部放电，从而出现导电连接部分的接触不良和内部温度过高等问题。
根据各种统计数据显示，局部放电和发热是电力设备在运行中最主要的两种缺陷类型。在工业生产过程中，为了即使发现电力设备出现局部放电和发热，常常需要采用局部放电检测和温度检测对电力设备进行检测。局部放电检测和温度检测是目前广泛应用于电力设备检测的两种检测方式。
局部放电检测采用的方法主要包括：脉冲电流法、特高频检测法、高频电流检测法和超声检测法。其中，脉冲电流不适用于现场检测，较为成熟的局部放电检测技术主要有超高频和超声波局部放电检测法。在线局放监测设备主要采用超高频原理，现有技术中通常采取安装内置式传感器或在外部电磁波可泄露出来的地方安装外置式超高频探头的方式进行监测。
温度检测采用的方式主要包括：红外测温、光纤测温以及声表面波(SAW)无源无线测温等。其中，红外测温主要采用人工巡检的方式，但无法绕过遮挡物测量温度；而光纤测温所使用的光纤传感器设备造价较高，成本太高。因此，现有技术中通常采用声表面波无源无线测温方案测量高压电力设备温度，其具有纯无源、寿命长、抗放电冲击和抗电磁干扰能力强等优点，其应用前景相当广泛。
但需要注意的是，在实际过程中，电力设备的绝缘系统上持续的局部放电通常会引起设备局部的温度上升，而持续的温度上升也会引起绝缘材料的劣化，从而加剧设备内部的局部放电。
因此，局部放电和温度两个特征量之间存在很强的相关性，若能采用一种既可以检测设备局部放电，又能够用于检测设备温度的复合检测手段进行检测，便可以更好地掌握设备的状态，为设备的差异化状态检修策略提供支持。然而，目前现有技术中针对设备的局部放电和温度的检测都是分开单独进行的，尚未有同时检测两种特征量的检测技术。
基于此，本发明期望获得一种用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统，该复合检测系统既可以有效检测电力设备局部放电缺陷，也可以在需要时检测电力设备发热缺陷时检测设备温度，其检测结果的准确性高，可以更好地协助用户评估电力设备的状态。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统，该复合检测系统既可以有效检测电力设备局部放电缺陷，也可以在需要检测电力设备发热缺陷时检测设备温度，其检测结果的准确性高，可以更好地协助用户评估电力设备的状态。
根据上述发明目的，本发明提出一种用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统，其包括：
阅读器，其包括发射机、接收机和控制模块；
复合传感天线，其与所述阅读器的发射机和接收机连接；
声表面波传感器，其贴附于待测的电力设备上，所述声表面波传感器与所述阅读器的发射机和接收机分别连接；
其中，所述阅读器的控制模块控制阅读器以时分复用的方式检测电力设备的局部放电信号和温度信号；当检测局部放电信号时，所述控制模块控制所述接收机与复合传感天线连接，以接收复合传感天线感测到的局部放电信号；当检测温度信号时，所述控制模块控制发射机向声表面波传感器发射激励信号，所述复合传感天线从声表面波传感器接收含有温度信号的回波，并将其传输给所述接收机。
在本发明的上述技术方案中，本发明通过采用分时原理，利用阅读器中的控制模块对温度测量和局放测量的时序进行控制，从而实现对待测电力设备的温度信号和局部放电信号的无干扰检测，以保证检测结果的准确性。
采用本发明所述的复合检测系统可以有效对电力设备的放电和发热缺陷进行检测，其适用性广泛，检测结果准确性高，可以更好地协助用户评估电力设备的状态。
进一步地，在本发明所述的复合检测系统中，所述复合传感天线包括第一射频开关，所述第一射频开关与接收机连接，当检测温度信号时，所述第一射频开关先与发射机连接，再与接收机连接。
进一步地，在本发明所述的复合检测系统中，所述接收机包括第二射频开关、信号放大器、射频滤波器、检波电路和信号采集电路；当检测局部放电信号时，所述第二射频开关与所述检波电路连接；当检测温度信号时，所述第二射频开关与所述射频滤波器连接。
进一步地，在本发明所述的复合检测系统中，所述复合传感天线被设置为接收窄带特高频信号。
进一步地，在本发明所述的复合检测系统中，所述声表面波传感器为包括有若干个声表面波传感器单体的声表面波传感器阵列。
进一步地，在本发明所述的复合检测系统中，所述信号放大器为低噪声信号放大器。
进一步地，在本发明所述的复合检测系统中，所述接收机包括至少两个低噪声放大器。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种基于本发明上述复合检测系统对电力设备放电和发热缺陷进行检测的方法，该方法可以准确有效的检测电力设备的放电和发热缺陷，其检测结果准确性高，可以更好地协助用户评估电力设备的状态。
根据上述的发明目的，本发明提出了一种基于本发明上述复合检测系统对电力设备放电和发热缺陷进行检测的方法，其包括步骤：
阅读器的控制模块控制阅读器以时分复用的方式检测电力设备的局部放电信号和温度信号；当检测局部放电信号时，所述控制模块控制所述接收机与复合传感天线连接，以接收局部放电信号；当检测温度信号时，所述控制模块关闭局部放电检测，并控制发射机主动向声表面波传感器发射激励信号，所述复合传感天线从声表面波传感器接收含有温度信号的回波，并将其传输给所述接收机。
进一步地，在本发明所述的方法中，所述控制模块控制接收机在常态下与复合传感天线连接，以使得检测局部放电信号为常开状态；并以设定的时间间隔为周期，定时地关闭局部放电检测，同时控制发射机定时地主动向声表面波传感器发射激励信号。
本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统和方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
本发明所述的复合检测系统既可以有效检测电力设备局部放电缺陷，也可以在需要时检测电力设备发热缺陷时检测设备温度，其检测结果的准确性，可以更好地协助用户评估电力设备的状态。
此外，本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测方法基于上述复合检测系统实施，其同样具有上述的优点以及有益效果。
附图说明
图1为本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统在一种实施方式下的系统示意图。
图2示意性地显示了本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统在一种实施方式下的接收机的总体结构框图。
图3示意性地显示了本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统在一种实施方式下的局部放电检测流程图。
图4示意性地显示了本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统的检测原理流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统和方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
图1为本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统在一种实施方式下的系统示意图。
如图1所示，在本实施方式中，本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统可以包括：阅读器、复合传感天线和声表面波传感器。其中，阅读器包括发射机、接收机和控制模块；复合传感天线与阅读器的发射机和接收机连接；声表面波传感器贴附于待测的电力设备上，其同样与阅读器的发射机和接收机分别连接。
本发明所述的电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统既可以检测电力设备的局部放电信号，也可以检测电力设备的温度信号。
在本发明所述的复合检测系统中，阅读器的控制模块可以通过控制阅读器，采用时分复用的方式检测电力设备的局部放电信号和温度信号。当检测局部放电信号时，阅读器中的控制模块可以控制接收机与复合传感天线连接，以接收复合传感天线感测到的局部放电信号；当检测温度信号时，阅读器中的控制模块可以控制发射机向声表面波传感器发射激励信号，复合传感天线可以从声表面波传感器接收含有温度信号的回波，并将其传输给阅读器中的接收机。
需要注意的是，在采用本发明所述的复合检测系统检测电力设备时，复合检测系统中检测电力设备局部放电信号的通路是常开的，即复合检测系统进行局部放电信号检测时，接收机与复合传感天线是常态连接的，只有当检测温度信号时，才会关闭对局部放电信号的检测。
在本发明中，复合检测系统在检测局部放电信号时，可以基于窄带特高频检测法进行检测；相应地，在检测温度信号时，复合检测系统是基于贴附于待测电力设备上的声表面波传感器实现检测温度信号的。其中，声表面波传感器可以为包括有若干个声表面波传感器单体的声表面波传感器阵列。
需要说明的是，在本实施方式中，局部放电信号可以采用中心频率为450MHz，带宽为100MHz的窄带特高频信号测量；温度信号可以采用433MHz无线频段，对于电力设备温度测量的声表面波传感器阵列，检测带宽可以为12MHz。
上述两种测量方法的频带属于包含关系，为了避免相互之间产生干扰，本发明通过采用分时原理，利用阅读器中的控制模块对温度测量和局放测量的时序进行控制，从而实现对待测电力设备的温度信号和局部放电信号的无干扰检测，保证检测结果的准确性。
图2示意性地显示了本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统在一种实施方式下的接收机的总体结构框图。
如图2所示，在本实施方式中，阅读器中的接收机可以包括：第二射频开关、信号放大器(LNA)、射频滤波器、自动增益控制器(AGC)、检波电路、信号采集电路、低通滤波器和锁相环(PLL)频率合成器。
其中，第二射频开关即是本实施方式中射频开关2，射频滤波器可以采用433MHz射频滤波器，信号放大器可以采用低噪声放大器，接收机中可以包括至少两个低噪声放大器。
在本发明所述的复合检测系统中，当检测局部放电信号时，接收机中的射频开关2与检波电路连接；当检测温度信号时，接收机中的射频开关2与433MHz射频滤波器连接。
相应地，在本实施方式中，本发明所述的复合检测系统中的复合传感天线可以采用400-500MHz的天线，以用于复合接收温度传感信号和局部放电特高频信号。其中，复合传感天线可以包括第一射频开关，即图2所示射频开关1，其可以通过射频开关1实现与阅读器的发射机和接收机连接。
如图2所示，在本实施方式中，当本发明所述的复合检测系统用于局部放电检测时，射频开关1与阅读器中的接收机相连，用于局部放电信号接收，射频开关2与检波电路相连，用于局部放电信号的检波处理。此时，如果待测电力设备发生了局部放电，则复合传感天线就会接收到窄带特高频(UHF)信号，该窄带特高频(UHF)信号可以经接收机中的2级低噪声放大器级联放大后送入检波电路检波，而后输出至信号采集电路(ADC)进行采样。
当检测温度信号时，复合传感天线的射频开关1先切换至与阅读器中的发射机相连，阅读器中的控制模块可以控制发射机向声表面波传感器发射短脉冲激励信号，然后射频开关1又切换至与阅读器中的接收机相连，此时复合传感天线将从声表面波传感器接收的含有温度信号的回波传输给接收机进行处理。在此状态下，接收机中的射频开关2切换至与433MHz射频滤波器相连，用于回波信号的处理。在整个测温过程结束之前，射频开关2都与433MHz射频滤波器相连，直到停止检测温度信号，复合检测系统重新开始检测局部放电信号时，射频开关2才再次切换至与检波电路相连。
图3示意性地显示了本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统在一种实施方式下的局部放电检测流程图。
如图3所示，在本实施方式中，复合检测系统可以通过采用窄带特高频检测法对电力设备局部放电进行检测。
当采用本发明所述的复合检测系统检测电力设备的局部放电时，阅读器中接收机开始工作，此时，复合传感天线接收局部放电信号并传输给接收机，进入接收机的局部放电信号可以首先经过两个噪声系数为0.9dB的低噪声放大器级联放大，放大后的信号送入检波电路进行检波，之后由信号采集电路采集检波信号。
相应地，当需要检测温度信号时，本发明所述的复合检测系统可以从“局部放电信号检测周期”转换成“温度信号检测周期”，并停止检测局部放电信号，开始检测温度信号。此时，阅读器中的控制模块配置发射机的频率合成器，控制发射机向声表面波传感器发射激励信号，复合传感天线可以从声表面波传感器接收含有温度信号的回波，并将其传输给接收机，接收机接收回波信号后，回波信号先经过两个低噪声放大器级联放大，之后通过射频滤波器滤波，经自动增益控制后进行I/Q解调，低通滤波后送往信息采集电路(ADC)采样。
考虑到在实际检测过程中待测电力设备温度的变化比较缓慢，在某些实施方式中，用户可以根据实际情况需求，设置复合检测系统采取每10分钟检测一次温度信号。此时，本发明所述的复合检测系统中的控制模块可以控制接收机在常态下与复合传感天线连接，以使得检测局部放电信号为常开状态；并以设定的10分钟时间间隔为周期，定时地关闭局部放电检测，同时控制发射机定时地主动向声表面波传感器发射激励信号。
图4示意性地显示了本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统的检测原理流程图。
如图4所示，在本发明中，采用本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统对电力设备放电和发热缺陷进行复合检测的过程主要包括以下步骤(1)-(6)：
(1)局部放电特高频(UHF)信号检测：在无需检测温度信号时，阅读器中的控制模块控制接收机与复合传感天线连接，本发明所述的复合检测系统可以检测电力设备内是否出现局部放电信号，当在电力设备内出现局部放电信号时，会触发阅读器的接收机接收复合传感天线感测到的局部放电信号。
(2)局部放电信号处理阶段：阅读器的接收机开始接收局部放电信号后，局部放电信号在接收机中需要进行信号调理，即采用信号放大器(LNA)级联放大，提高信号增益，而后对放大后的信号峰值进行检波，从而得到含有局部放电特高频(UHF)幅值和相位信息的检波信号。
(3)局部放电信号采集与记录：利用高速信息采集电路(ADC)采集检波信号，记录并保存采集到的检波信号。
(4)温度信号检测开启阶段：当需要测量关键点温度时，通过控制电路控制，本发明所述的复合检测系统停止局部放电信号检测，开始检测温度信号。
(5)温度查询过程：通过确定正在查询的声表面波传感器的最佳询问频率，利用相应最佳询问频率来重复查询每个声表面波传感器单体多次，得到的频率求取平均值后计算该声表面波传感器的温度值T，照此依次查询声表面波传感器阵列中的每一个个声表面波传感器单体后，温度查询过程结束。
(6)重新开启局部放电特高频(UHF)信号检测通道：当本发明所述的复合检测系统停止检测温度信号后，通过控制电路控制，本发明所述的复合检测系统回到步骤(1)中的局部放电特高频(UHF)信号检测阶段，等待下一次测温的开启。
综上所述可以看出，采用本发明所述的复合检测系统既可以有效检测电力设备局部放电缺陷，也可以在需要时检测电力设备发热缺陷时检测设备温度，其检测结果的准确性高，可以更好地协助用户评估电力设备的状态。
此外，本发明所述的用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测方法基于上述复合检测系统实施，其同样具有上述的优点以及有益效果。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于电力设备放电和发热缺陷检测的复合检测系统，其特征在于，包括：
阅读器，其包括发射机、接收机和控制模块；
复合传感天线，其与所述阅读器的发射机和接收机连接；
声表面波传感器，其贴附于待测的电力设备上，所述声表面波传感器与所述阅读器的发射机和接收机分别连接；
其中，所述阅读器的控制模块控制阅读器以时分复用的方式检测电力设备的局部放电信号和温度信号；当检测局部放电信号时，所述控制模块控制所述接收机与复合传感天线连接，以接收复合传感天线感测到的局部放电信号；当检测温度信号时，所述控制模块控制发射机向声表面波传感器发射激励信号，所述复合传感天线从声表面波传感器接收含有温度信号的回波，并将其传输给所述接收机。
2.如权利要求1所述的复合检测系统，其特征在于，所述复合传感天线包括第一射频开关，所述第一射频开关与接收机连接，当检测温度信号时，所述第一射频开关先与发射机连接，再与接收机连接。
3.如权利要求2所述的复合检测系统，其特征在于，所述接收机包括第二射频开关、信号放大器、射频滤波器、检波电路和信号采集电路；当检测局部放电信号时，所述第二射频开关与所述检波电路连接；当检测温度信号时，所述第二射频开关与所述射频滤波器连接。
4.如权利要求1所述的复合检测系统，其特征在于，所述复合传感天线被设置为接收窄带特高频信号。
5.如权利要求1所述的复合检测系统，其特征在于，所述声表面波传感器为包括有若干个声表面波传感器单体的声表面波传感器阵列。
6.如权利要求2所述的复合检测系统，其特征在于，所述信号放大器为低噪声信号放大器。
7.如权利要求2所述的复合检测系统，其特征在于，所述接收机包括至少两个低噪声放大器。
8.一种基于如权利要求1-7中任意一项所述的复合检测系统对电力设备放电和发热缺陷进行检测的方法，其特征在于，包括步骤：
阅读器的控制模块控制阅读器以时分复用的方式检测电力设备的局部放电信号和温度信号；当检测局部放电信号时，所述控制模块控制所述接收机与复合传感天线连接，以接收局部放电信号；当检测温度信号时，所述控制模块关闭局部放电检测，并控制发射机主动向声表面波传感器发射激励信号，所述复合传感天线从声表面波传感器接收含有温度信号的回波，并将其传输给所述接收机。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制模块控制接收机在常态下与复合传感天线连接，以使得检测局部放电信号为常开状态；并以设定的时间间隔为周期，定时地关闭局部放电检测，同时控制发射机定时地主动向声表面波传感器发射激励信号。
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