CN116298741B - 一种绝缘体局部放电检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于绝缘体检测技术领域，涉及一种绝缘体局部放电检测方法，解决绝缘体局部放电关键参数的采集与处理问题。使用缩放采样电路得到缩放电压值US，经过数模转换将Us输入FPGA，计算得到发生局部放电时的局部放电源电压实际值UH；通过数据总线A将局部放电量Q及局部放电源电压实际值UH发送至ARM；将ARM与高压交流电压同步；上位机根据局部放电发生相位φ、局部放电量Q和局部放电发生序号n，绘制得到被试品的φ‑Q‑n的图像。本发明仅使用电压源测试起始信号与高压交流源电压缩放采样电路，完成对电源的相位及电压值的采样，能够完整还原单次局部放电的源电压及发生相位区间，可以求取其精确的相位。

Description

一种绝缘体局部放电检测方法
技术领域
本发明属于绝缘体检测技术领域，具体涉及一种绝缘体局部放电检测方法，解决绝缘体局部放电关键参数的采集与处理问题。
背景技术
对于电机、变压器等产品，由于制造工艺、使用环境等原因使其绝缘固体中存在气隙，在产品使用过程中，绝缘体中的气隙由于外加电压Upd的影响，会发生气隙击穿的现象，Upd远小于绝缘体击穿电压Ubreak，这种现象称为局部放电。绝缘体气隙的产生和存在以及局部放电现象的发生，会导致使用该绝缘体制造的用电设备使用寿命的下降，因此在产品设计、生产制造环节对绝缘体进行局部放电检测，对于提高用电设备的使用寿命和性能具有重要意义。
现有的绝缘体局部放电检测技术方案中，无法还原试品绝缘体的局部放电全过程，现有技术的测试结果仅包含了放电量信息，无法准确反映绝缘体局部放电的完整检测结果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种绝缘体局部放电检测方法，本发明所采用的技术方案如下：
一种绝缘体局部放电检测方法，包括以下步骤：
步骤1：使用缩放采样电路，其中兆欧电阻RM作为分压电阻，千欧电阻Rs作为采样电阻进行采样；通过放大倍率为Au的放大器对信号进行放大，得到缩放电压值US，经过数模转换将Us输入FPGA，计算得到发生局部放电时的局部放电源电压实际值UH：
通过数据总线A将局部放电量Q及局部放电源电压实际值UH发送至ARM；
步骤2、由高压交流电源引出测试起始信号至ARM的IO口，使用上升沿作为测试开始信号，标志着高压交流电源上电运行，将ARM与高压交流电压进行同步；
使用ARM外部中断与定时器计算局部放电发生相位使用外部中断捕获测试起始信号上升沿，开启定时器1和定时器2，相位计数和周期计数由初始状态0变1；定时器1计数溢出时相位计数加1，相位计数1至4分别表示电压源相位位于0～90°、90～180°、180°～270°、270°～360°；当定时器2溢出时表明一个正弦周期的结束，此时相位计数变为1，周期计数加1；
当测试结束时，测试起始信号由高电平变为低电平，通过外部中断捕获下降沿，此时相位计数、周期计数归零；第i个放电数据依次将数据经由数据总线B传输至上位机，通过反三角函数arcsinUi及所在相位区间即可获取该次局部放电的精确局部放电发生相位
步骤3、上位机根据局部放电发生相位局部放电量Q和局部放电发生序号n，绘制得到被试品的局部放电发生相位/>-局部放电量Q-局部放电发生序号n的图像，其中，横轴表示测试电压的相位，依次排列垂线的高度表示对应相位上发生的局部放电量Q。
优选的，每发生一次局部放电，ARM记录的数据格式如图5所示，其中，变量1表示局部放电序号，变量2表示相位序号，变量3表示周期序号，变量4表示放电电压值，变量5表示放电量。
本发明的有益效果：
本发明电路设计简单、充分利用ARM资源实现相位识别功能。仅需使用电压源测试起始信号与高压交流源电压缩放采样电路，即可完成对电源的相位及电压值的采样，使其能够完整还原单次局部放电的源电压及发生相位区间，进而可以求取其精确的相位。
其中电压源测试起始信号仅需电平量即可表征其测试状态，无需复杂的通信接口。在ARM使用两组定时器能够提高容错率，使相位区间的甄别更加准确。而在ARM使用的单次局部放电参数格式，能够使上位机充分还原整个测试中的局部放电过程，由此绘制单周期至全测试过程中的-Q-n图像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，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属于本申请保护范围之内的附图。
图1是现有技术中绝缘体局部放电检测的原理示意图；
图2是本发明实施例的绝缘体局部放电检测的原理示意图；
图3是本发明实施例的绝缘体局部放电检测采样电路的结构示意图；
图4是本发明实施例的局部放电状态时序图；
图5是本发明实施例的单次放电数据格式示意图；
图6是本发明实施例的局部放电发生相位-局部放电量-局部放电发生序号的图像示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
绝缘体局部放电检测的关键参数包括局部放电源电压实际值、局部放电量Q、局部放电发生相位和局部放电发生序号n，现有技术中绝缘体局部放电检测结果只包含了局部放电量Q。
如图1所示，是现有技术中绝缘体局部放电检测的原理示意图。目前在绝缘体局部放电测量中，为了完整测量试品放电次数及放电量，局部放电检测电路的数模转换芯片(ADC)采样频率一般高达几兆至几十兆赫兹，其中的测量电路控制器一般选用FPGA，而用于数据处理解析及转发至上位机的后端控制器则选用ARM处理器。
通过高压交流电源在被试品绝缘体两端施加测试工频高压交流电压U，并持续t秒。若被试品发生局部放电，经由信号采集电路及FPGA完成测试电路信号采集(采集的是放电电荷量)，通过数据总线A将放电电荷量发送至ARM处理器中，并缓存至ARM处理器的RAM中，最终由数据总线B发送至上位机显示，该方法可得到t秒内绝缘体的全部局放的放电值(即放电电荷量)。
如图2所示，是本发明实施例的绝缘体局部放电检测的原理示意图；如图3所示，是本发明实施例的绝缘体局部放电检测缩放采样电路的结构示意图。该绝缘体局部放电检测缩放采样电路，是一种常见的采样电路结构。
一种绝缘体局部放电检测方法，包括以下步骤：
步骤1：由于高压交流源电压UH可达千伏级，无法直接采样，因此使用缩放采样电路，其中兆欧电阻RM作为分压电阻，千欧电阻Rs作为采样电阻进行采样；通过放大倍率为Au的放大器对信号进行放大，得到缩放电压值US。经过数模转换(ADC)将Us输入FPGA。在被试品绝缘体发生局部放电的同时采样缩放电压值Us，由此可计算得到发生局部放电时的局部放电源电压实际值UH，UH的计算方法如公式1。通过数据总线A，将局部放电量Q及局部放电源电压实际值UH发送至ARM。
步骤2、仅测得局部放电源电压实际值UH尚无法得知局部放电发生相位和局部放电发生序号n，因此需要ARM与高压交流电压进行同步。由高压交流电源引出测试起始信号至ARM的IO口，使用上升沿作为测试开始信号，标志着高压交流电源上电运行。
为了计算局部放电发生相位使用ARM外部中断与定时器进行如下设计，如图4局部放电状态时序图所示。使用外部中断捕获测试起始信号上升沿，开启定时器1和定时器2，相位计数和周期计数由初始状态0变1。由于高压交流电源的频率为50Hz，设定定时器1计时5ms，定时器2计时20ms。
定时器1计数溢出时相位计数加1，相位计数1至4分别表示电压源相位位于0～90°、90～180°、180°～270°、270°～360°。当定时器2溢出时表明一个正弦周期的结束，此时相位计数变为1，周期计数加1。
当测试结束时，测试起始信号由高电平变为低电平，通过外部中断捕获下降沿，此时相位计数、周期计数归零。每发生一次局部放电，ARM记录的数据格式如图5所示，其中，变量1表示局部放电序号，变量2表示相位序号，变量3表示周期序号，变量4表示放电电压值，变量5表示放电量。第i个放电数据依次将数据经由图2中的数据总线B传输至上位机，通过反三角函数arcsinUi及所在相位区间即可获取该次局部放电的精确局部放电发生相位
步骤3、上位机根据局部放电发生相位局部放电量Q和局部放电发生序号n，绘制得到被试品的局部放电发生相位/>-局部放电量Q-局部放电发生序号n的图像(即/>图像)，如图6所示，其中，横轴表示测试电压的相位，依次排列垂线的高度表示对应相位上发生的局部放电量Q。
本发明在数据总线A中加入局部放电测试的源电压实际值数据及测试起始信号，采集局部放电关键参数，设计了局部放电数据处理与关键参数提取方法，用于实现局部放电测试中任一周期的图像绘制。
本发明实施例中，未详细描述的技术特征均为现有技术或者常规技术手段，在此不再赘述。
最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种绝缘体局部放电检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：使用缩放采样电路，其中兆欧电阻RM作为分压电阻，千欧电阻Rs作为采样电阻进行采样；通过放大倍率为Au的放大器对信号进行放大，得到缩放电压值US，经过数模转换将US输入FPGA，计算得到发生局部放电时的局部放电源电压实际值UH：
；
通过数据总线A将局部放电量Q及局部放电源电压实际值UH发送至ARM；
步骤2、由高压交流电源引出测试起始信号至ARM的IO口，使用上升沿作为测试开始信号，标志着高压交流电源上电运行，将ARM与高压交流电压进行同步；
使用ARM外部中断与定时器计算局部放电发生相位φ，使用外部中断捕获测试起始信号上升沿，开启定时器1和定时器2，相位计数和周期计数由初始状态0变1；定时器1计数溢出时相位计数加1，相位计数1至4分别表示电压源相位位于0~90°、90~180°、180°~270°、270°~360°；当定时器2溢出时表明一个正弦周期的结束，此时相位计数变为1，周期计数加1；
当测试结束时，测试起始信号由高电平变为低电平，通过外部中断捕获下降沿，此时相位计数、周期计数归零；第i个放电数据依次将数据经由数据总线B传输至上位机，通过反三角函数arcsinUi及所在相位区间即可获取该次局部放电的精确局部放电发生相位φ；
步骤3、上位机根据局部放电发生相位φ、局部放电量Q和局部放电发生序号n，绘制得到被试品的局部放电发生相位φ-局部放电量Q-局部放电发生序号n的图像，其中，横轴表示测试电压的相位，依次排列垂线的高度表示对应相位上发生的局部放电量Q。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘体局部放电检测方法，其特征在于，每发生一次局部放电，ARM记录的数据包括变量1、变量2、变量3、变量4和变量5，其中，变量1表示局部放电序号，变量2表示相位序号，变量3表示周期序号，变量4表示放电电压值，变量5表示放电量。
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