CN113064035A - 高频局部放电信号检测系统 - Google Patents

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CN113064035A
CN113064035A CN202110365529.3A CN202110365529A CN113064035A CN 113064035 A CN113064035 A CN 113064035A CN 202110365529 A CN202110365529 A CN 202110365529A CN 113064035 A CN113064035 A CN 113064035A
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刘骥
李犇鑫
张明泽
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Harbin University of Science and Technology
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    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G—PHYSICS
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Abstract

本专利公开一种模块化的高频局部放电信号检测系统。其功能是利用高频电流传感器（HFCT）搭建检测系统，包括滤波放大电路、高速比较电路、数字信号处理器、无线数据传输模块，对电缆局部放电（PD）信号在线检测。本发明通过HFCT采集PD信号，经过滤波放大电路处理，后与高速比较电路连接，将连续的模拟信号转化为离散的数字信号传给DSP，通过软件算法将比较后的离散信号，恢复为原始的PD信号，实现类型识别，极大地降低了数据采样的成本。最后由无线传输模块将数据发送到监控检测主机上，工作人员即可知道开关柜内部是否存在局部放电的现象。

Description

高频局部放电信号检测系统
技术领域
本发明涉及电缆放电监测技术领域，具体涉及一种模块化的高频局部放电信号检测系统。
背景技术
高压开关柜（switch cabinet）是电力系统中数量最多且使用范围极广的一种开关设备。高压开关柜在设计、制造、安装和运行维护等方面容易出现不同程度的问题，尤其是在长时间运行后，其出现故障的概率比较高，在不同原因导致的高压开关柜事故中，10kV及以上电压等级的开关柜更容易出现绝缘事故，造成的事故后果也更为严重，因此，迫切需要对10 kV及以上的高压开关柜进行实时的状态监测，根据设备运行实时在线监测结果，判断设备的运行状态和绝缘的劣化程度，从而确定检修时间和检修措施，以减少停电检修时间，降低事故的发生概率，进而提高整个电力系统运行的自动化程度及安全可靠性，高压开关柜采用传统的人工干预监测维护方法，需要安排人员检查未知的不确定存在与否的问题，这种方法不但不可靠，而且相关成本也比较高，人工带电巡检的方式存在漏检等问题，因此，高压开关柜的绝缘状态检测是确保其安全运行的有效方法，而局部放电作为开关柜绝缘故障的重要征兆及表现方式，其类型的识别对于开关柜绝缘状态的评估具有重要的意义。
综上所述，提出一种高频局部放电信号检测系统来解决现有技术问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高频局部放电信号检测系统，从而解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供一种可以实现类型识别，极大地降低数据采样成本，具有较高的数据传输效率的高频局部放电信号检测系统，本发明中，它包括信号采集模块、数据处理模块，所述系统，通过高频电流传感器采集PD信号，经过滤波放大电路处理，后与高速比较电路连接，将连续的模拟信号转化为离散的数字信号传给DSP，通过软件算法将比较后的离散信号，恢复为原始的PD信号，实现类型识别，最后由无线传输模块将数据发送到监控检测主机上。
所述的信号采集模块包括HFCT、滤波放大电路、高速比较电路。
所述的HFCT基于罗氏线圈结构的 I/U 转化型电流传感器，通过耦合电气设备接地引线上的脉冲电流来检测局部放电信号，HFCT选择 NiZn200作为传感器磁芯，磁芯的外径为 85mm，内径为 55mm，厚度为 15mm，选择铜漆包线绕制HFCT，选择的漆包线直径为0.8mm，绕线匝数为 10 匝，工作频率为800kHz 至 20MHz，通过SMA同轴电缆线将信号传输至滤波放大电路。
所述的滤波采用带通滤波器，工作频率为100KHz-30MHz，这样可以消除大部分不必要的信号干扰，。放大电路采用同相放大的方案，放大倍数为10倍，这样可以较为准确地捕捉到微小的局部放电信号，同时不会造成信号特征的损失。
所述的高速比较电路包括比较电路和D/A模块，比较电路会将放大后的PD信号与不同电压值进行比较，被比较的电压值由D/A模块根据DSP发出的信号产生，不断循环这个过程，完成模拟量到数字量的转换。
所述的信号处理模块包括数字信号处理器（DSP）、无线数据传输模块，在DSP中实现的功能特征包括：对初始PD信号的还原、对放电类型的判断、对D/A模块的控制、数据通信，最终通过WIFI模块将数据传输至上位机。
本发明的有益效果为：本发明所涉及一种模块化的高频局部放电信号检测系统，可以实现对局部放电类型识别，并且不需要高速的A/D采样芯片，极大地降低了数据采样成本，具有较高的数据传输效率。
附图说明：
图1 为本发明的高频电流传感器结构图；
图2 为本发明的信号处理电路原理图；
图3为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式:
下面结合实例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1。
结合图1、图2说明本实例，在本实例中，本发明所涉及一种模块化的高频局部放电信号检测系统，它包括信号采集模块、数据处理模块，所述信号采集模块中，HFCT基于罗氏线圈结构的 I/U 转化型电流传感器，通过耦合电气设备接地引线上的脉冲电流来检测局部放电信号，HFCT选择 NiZn200作为传感器磁芯，磁芯的外径为 85mm，内径为 55mm，厚度为 15mm，工作频率为800kHz 至 20MHz，通过SMA同轴电缆线将信号传输至滤波放大电路，高频电流传感器采集PD信号，经过滤波放大电路处理，后与高速比较电路连接，将连续的模拟信号转化为离散的数字信号传给DSP。
实施例2。
结合图2说明本实施例，在本实施例中，分析高速比较电路，使用 Multisim 软件对该电路进行仿真，微调电路的元件参数，使其在高速频段上有良好的比较效果，实际操作中，首先用可调电压源代替D/A模块，信号源频率设为实际中的最高工作频率20MHz，挑选双电源供电、轨至轨输出的高速比较器，经过不断测试，确定了MAX系列的高速比较器，考虑到DSP的IO口输入为3.3V，在高速比较器与DSP之间需要加一个稳压二级管保护DSP。
结合图2、图3说明本实例，在本实例中，本发明所涉及一种模块化的高频局部放电信号检测系统，可以实现对局部放电类型识别，并且不需要高速的A/D采样芯片，极大地降低了数据采样成本，具有较高的数据传输效率，它包括信号采集模块、数据处理模块。
所述数据处理模块中，DSP作为数据处理中心，接收来自高速比较电路的离散数字信号，并且要控制D/A模块的电压输出，在一个信号处理周期内，由DSP控制D/A模块产生一个电压值，输出至高速比较器的反相输入端，即被比较电压V_ref，同向输入端的信号由放大电路提供，即放大后的PD信号，二者经过高速比较器输出一个电平信号，传入DSP，一个周期内经过多次循环即可得到一组可靠的数据初值，在DSP内，将离散的数字信号还原到初始的PD信号。
根据所述的数据初值结合 BP 神经网络对统计特征和分形特征进行类型识别，发现统计特征的识别效果要优于分形特征的识别效果，通过 BP 神经网络验证了统计特征和分形特征组成的混合特征向量具有最优识别效果，将最终的处理结果以及还原后的PD信号通过WIFI模块传输至监控检测主机上，工作人员即可知道开关柜内部是否存在局部放电的现象。

Claims (7)

1.一种模块化的高频局部放电信号检测系统，其特征包括：高频电流传感器，用于采集PD信号；滤波放大电路，用于过滤信号采集过程中的噪声干扰，并且将幅值较小的原始PD信号进行放大；高速比较电路，将连续的模拟信号转化为离散的数字信号，输出至DSP；通过算法还原初始PD信号；最后通过WIFI模块将数据传至上位机。
2.根据权利要求1所述的高频电流传感器，是基于罗氏线圈结构的 I/U 转化型电流传感器，通过耦合电气设备接地引线上的脉冲电流来检测局部放电信号；高频电流传感器通过SMA同轴电缆线将信号传输至滤波放大电路。
3.根据权利要求1所述的滤波放大电路，其特征在于，滤波采用带通滤波器，工作频率为100KHz-30MHz，放大电路则是一级放大电路，后连接高速比较电路。
4.根据权利要求1所述的高速比较电路包括比较电路和D/A模块，其特征是比较电路会将放大后的PD信号与不同电压值进行比较，被比较的电压值由D/A模块根据DSP产生的信号发出，经过不断的比较完成模拟量到数字量的转换，然后输出至DSP。
5.根据权利要求1所述信号处理模块，其特征在于，在DSP中完成对初始PD信号的还原与类型识别，最终通过WIFI模块将数据传输至上位机。
6.根据权利要求2所述的高频电流传感器，其特征在于：高频电流传感器选择 NiZn200作为传感器磁芯，磁芯的外径为 85mm，内径为 55mm，厚度为 15mm，选择铜漆包线绕制高频电流传感器，选择的漆包线直径为 0.8mm，绕线匝数为 10 匝，工作频率为800kHz 至20MHz。
7.根据权利要求4或5所述的高速比较电路，其特征是前一级放大电路传来的信号，会和D/A模块的电压值比较，将PD信号转换为离散的数字信号，传输至DSP，并且DSP会向D/A模块不断发出信号，调整被比较的电压值；在DSP中实现的功能特征包括：对初始PD信号的还原、对放电类型的判断、对D/A模块的控制、数据通信。
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