CN117471249A - 一种直接耦合式局放传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直接耦合式局放传感器装置，本发明输入采集单元用于感知设备的局放信号，并将其转化为电信号。信号处理单元接收并处理局放传感器输出的电信号，以提取局放信号特征。数据分析单元接收并分析信号处理单元输出的局放信号特征。通信单元通信采用无线和有线通信，可将局放信号及报警信号传送至远程控制中心，以便工作人员对电力设备进行实时监控和故障预警。供电单元主要用于对各单元间进行供电，维持各单元正常运行。其具有结构简单、性能稳定、对局放信号灵敏度高、可远程控制等特点，可用于电力设备局部放电的实时监测和预警。

Description

一种直接耦合式局放传感器装置

技术领域

本发明涉及局放传感器领域，尤其涉及一种直接耦合式局放传感器装置。

背景技术

随着电力系统规模的不断扩大和用电需求的不断增长，电力设备的状态监测和故障预警变得越来越重要。局部放电是电力设备中常见的故障现象之一，其可能导致设备绝缘性能下降、甚至引发短路故障。因此，开发一种能够对局放信号进行实时监测和预警的装置，对于保障电力系统的稳定运行具有重要意义。传统的局放监测方法通常需要对设备进行改装或者安装额外的局放传感器，如罗氏线圈局放传感器，传统的局放传感器往往是非接触式的，灵敏度低，存在漏测的情况，导致设备的安全性和可靠性差。因此，需要一种直接耦合式局放传感器装置，以实现对设备局放情况的高灵敏度实时监测，提高设备的安全性和可靠性。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供一种直接耦合式局放传感器装置。

本发明提供一种直接耦合式局放传感器装置，包括：输入采集单元、信号处理单元、数据分析单元、通信单元和供电单元；

输入采集单元对PTA、PTB、PTC信号一次滤波后得到的CA、CB、CC信号进行采集并输出PDA、PDB、PDC信号；信号处理单元对输入采集单元输出的PDA、PDB、PDC信号进行轮询采集，对信号进一步的进行信号处理；数据分析单元对信号处理单元的信号进行分析，与提前存储的局放干扰信号进行对比，判断局放状态，有异常情况及时通过通信单元进行报警。

更进一步地，外部接入装置连接监测PTA、PTB、PTC信号的带电显示装置单元，所述带电显示装置单元包括三路相同的带电显示装置；带电显示装置中，外部接入装置经滤波电路进行一次滤波后接入到整流管，并联于整流管输出与地之间的电容对直流电压进行滤波储能，连接于整流管输出的齐纳二极管进行稳压限制，连接于齐纳二极管分压电路用于驱动可控硅管，所述可控硅管连接显示灯，所述可控硅管用于驱动显示灯。

更进一步地，所述输入采集单元包括三路相同的输入采集电路，输入采集电路连接滤波电路接收CA、CB、CC信号，每个所述输入采集电路包括形成回路的一个电感、两个电容和高频变压器，高频变压器的二次侧连接供电滤波电路，高频变压器的二次侧连接跟随电路、带通滤波电路和检波芯片，检波芯片连接信号处理单元。

更进一步地，所述信号处理单元包括轮询控制电路和高速AD采集电路；所述轮询控制电路受控连接于数据分析单元，轮询控制电路驱动高速AD采集电路，高速AD采集电路电连接数据分析单元。

更进一步地，所述轮询控制电路包括高速模拟开关U7，所述高速模拟开关U7的1、2、3引脚连接于所述输入采集单元的输出信号；所述高速模拟开关U7的4引脚接地；所述高速模拟开关U7的5、6引脚为控制开关状态引脚，连接到数据分析单元；所述高速模拟开关U7的7引脚为轮询采集输出信号，连接到高速AD采集电路；

更进一步地，所述高速AD采集电路包括：高速AD芯片U10，所述高速AD芯片U10总线连接到数据分析单元；所述高速AD芯片U10的13引脚连接到数据分析单元，构成状态指示；所述高速AD芯片U10的15引脚通过R27电阻连接到数据分析单元，构成时钟信号通讯；所述高速AD芯片U10的26引脚为内部基准电压输出，通过电容C49、电容C54进行滤波，并连接到高速AD芯片U10的21引脚、运放芯片U11A的3引脚和数据分析单元；所述高速AD芯片U10的27引脚为模拟信号采集输入，连接到运放芯片U13的1引脚；所述运放芯片U13的3引脚连接到高速模拟开关U7的轮询输出7引脚；所述运放芯片U13的4引脚连接到运放芯片U11B的基准调节输出电压；所述运放芯片U11B芯片配合电阻R28、电阻R29、电阻R30构成反相比例运算电路，所述运放芯片U11A构成跟随电路，处理高速AD芯片U10的26引脚基准电压，输出到反相比例运算电路。

更进一步地，所述数据分析单元包含主控FPGA芯片U8；

主控FPGA芯片U8连接所述信号处理单元，驱动所述信号处理单元，采集数据；

所述主控FPGA芯片U8连接到通信单元；所述主控FPGA芯片U8驱动所述信号处理单元轮询。

更进一步地，所述通信单元包括连接于所述主控FPGA芯片U8的无线和有线通信电路。

更进一步地，所述供电单元包括一级供电电路、二级供电电路和正负压转换电路；二级供电电路连接一级供电电路的输出电压；正负压转换电路连接一级供电电路的输出电压。

本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请输入采集单元用于感知设备的局放信号，并将其转化为电信号。信号处理单元接收并处理局放传感器输出的电信号，以提取局放信号特征。数据分析单元接收并分析信号处理单元输出的局放信号特征。通信单元通信采用无线和有线通信，可将局放信号及报警信号传送至远程控制中心，以便工作人员对电力设备进行实时监控和故障预警。供电单元主要用于对各单元间进行供电，维持各单元正常运行。其具有结构简单、性能稳定、对局放信号灵敏度高、可远程控制等特点，可用于电力设备局部放电的实时监测和预警。本发明的结构简单易行，具有较高的实用价值和应用价值。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种直接耦合式局放传感器装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的带电显示装置单元的电路图；

图3为本发明实施例提供的输入采集单元的电路图；

图4为本发明实施例提供的信号处理单元的电路图；

图5为本发明实施例提供的数据分析单元的电路图；

图6为本发明实施例提供的通信单元中485有线通信的电路图；

图7为本发明实施例提供的供电单元的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

实施例1

参阅图1所示，本发明实施例提供一种直接耦合式局放传感器装置，包括：

带电显示装置单元、输入采集单元、信号处理单元、数据分析单元、通信单元和供电单元。供电单元为各单元进行正常供电。带电显示装置单元通过外部直接连接的方式连接到外部接入装置中，一般连接地方为PTA、PTB、PTC三相端子，根据不同情况调整。带电显示装置单元的带电显示装置对外部接入的PTA、PTB、PTC三路信号进行实时监测。输入采集单元对经过带电显示装置单元一次滤波PTA、PTB、PTC信号后得到的CA、CB、CC信号进行采集并输出PDA、PDB、PDC信号。信号处理单元对输入采集单元输出的PDA、PDB、PDC信号进行轮询采集，对信号进一步的进行信号处理。数据分析单元对信号处理单元的信号进行分析，与提前存储的局放干扰信号进行对比，判断局放状态，有异常情况及时通过通信单元进行报警。

所示图2为带电显示装置单元的电路原理图，所述带电显示装置单元包括A、B、C三路相同的带电显示装置，带电显示装置中，外部接入装置经滤波电路进行一次滤波后接入到整流管，并联于整流管输出与地之间的电容对直流电压进行滤波储能，连接于整流管输出的齐纳二极管进行稳压限制，连接于齐纳二极管分压电路用于驱动可控硅管，所述可控硅管连接显示灯，所述可控硅管用于驱动显示灯。只展开A通道描述。

A路的带电显示装置中，外部接入装置通过电容C2、电阻R2、电容C7构成的滤波电路进行一次滤波后接入到整流管D5，通过整流输出直流电压，并联于整流管D5输出与地之间的电容C14对直流电压进行滤波储能，连接于整流管D5输出的齐纳二极管DZ1进行稳压限制，连接于齐纳二极管DZ1的电阻R12、连接于电阻R12的电容C19、电阻R13构成分压电路用于驱动可控硅管Q2，所述可控硅管Q2连接经电阻R6接到整流管D5输出的显示灯LED2，所述可控硅管Q2用于驱动显示灯LED2，从而判断外部接入装置的状态。

所示图3为输入采集单元的电路原理图，所述输入采集单元包括A、B、C三路相同的输入采集电路，输入采集电路连接滤波电路接收CA、CB、CC信号，每个所述输入采集电路包括形成回路的一个电感、两个电容和高频变压器，高频变压器的二次侧连接供电滤波电路，高频变压器的二次侧连接跟随电路、带通滤波电路和检波芯片，检波芯片连接信号处理单元。只展开A通道描述。

在所述输入采集电路中，外部接入装置的PTA通过电容C2、电阻R2、电容C7构成的滤波电路形成一次滤波信号CA，滤波信号CA经过形成回路的电感L4、电容C8、高频变压器T2和电容C9后，彻底转化为高频交流信号，其中，电感L4两端并联防护二极管D2。电阻R18、电阻R19形成的分压电路和并联于电阻R19的C101为高频变压器T2的二次侧输入进行供电滤波。高频变压器T2的二次侧连接到运算放大器U5同相输入端，运算放大器U5构成跟随电路，采集的高频交流信号经过跟随电路提高输出能力。信号经过运算放大器U5构成的跟随电路后，经电容C33、电阻R23、电容C38和电容C34构成的带通滤波电路，带通滤波电路对信号进一步滤波后输入检波芯片U2。检波芯片U2就检波输出信号发送给信号处理单元。具体实施中，经过带通的滤波信号连接到检波芯片U2的3引脚，所述检波芯片U2的1、2引脚连接到电源，所述检波芯片U2的4、5、8引脚连接到地，所述检波芯片U2的7引脚为检波输出信号PDA。

所述图4为信号处理单元的电路原理图，所述信号处理单元包含轮询控制电路和高速AD采集电路。所述轮询控制电路包括高速模拟开关U7。所述高速模拟开关U7的1、2、3引脚连接于所述输入采集单元的输出信号。所述高速模拟开关U7的4引脚接地。所述高速模拟开关U7的5、6引脚为控制开关状态引脚，连接到数据分析单元。所述高速模拟开关U7的7引脚为轮询采集输出信号，连接到高速AD采集电路中的运放U13的3引脚。所述高速AD采集电路包括：高速AD芯片U10，所述高速AD芯片U10的5、6、7、8、9、10、11、12引脚为8位总线引脚，连接到数据分析单元。所述高速AD芯片U10的1、14引脚连接到地。所述高速AD芯片U10的13引脚连接到数据分析单元，构成状态指示。所述高速AD芯片U10的15引脚通过R27电阻连接到数据分析单元，构成时钟信号通讯。所述高速AD芯片U10的28引脚为模拟电源供电引脚，通过电感L6连接到模拟电源，连接28引脚的电容C46为滤波电容。所述高速AD芯片U10的2引脚为数字电源供电，连接到数字电源，连接2引脚的电容C47为滤波电容。所述高速AD芯片U10的16、17引脚直连到地，构成模式选择。所述高速AD芯片U10的18引脚通过电阻R59连接到地，预留电阻R60上拉到模拟电源，构成模式选择电路。所述高速AD芯片U10的23引脚通过电阻R46连接到模拟电源，构成芯片模式选择。所述高速AD芯片U10的19、20引脚直接到地。所述高速AD芯片U10的26引脚为内部基准电压输出，通过电容C49、电容C54进行滤波，并连接到高速AD芯片U10的21引脚、运放芯片U11A的3引脚和数据分析单元。所述高速AD芯片U10的22、24引脚通过电容C48、电容C50、电容C51、电容C55构成差分电路。所述高速AD芯片U10的21、25引脚分别连接到高速AD芯片U10的26引脚和地，构成基准选择电路。所述高速AD芯片U10的27引脚为模拟信号采集输入，连接到运放芯片U13的1引脚。所述运放芯片U13的3引脚连接到高速模拟开关U7的轮询输出7引脚。所述运放芯片U13的4引脚连接到运放芯片U11B的基准调节输出电压。所述运放芯片U11B芯片配合电阻R28、电阻R29、电阻R30构成反相比例运算电路，所述运放芯片U11A构成跟随电路，处理高速AD芯片U10的26引脚基准电压，输出到反相比例运算电路。

所示图5为数据分析单元的电路图，所述数据分析单元包括FPGA主控芯片U8，所述FPGA芯片U8内部集成处理缓存单元。所述FPGA芯片U8的58、57、56、55、54、53、52、51引脚连接到高速AD芯片U10的5、6、7、8、9、10、11、12引脚构成总线通信连接。所述FPGA芯片U8的61引脚连接到高速AD芯片U10的15引脚。所述FPGA芯片U8的62引脚连接到高速AD芯片U10的26引脚。所述主控FPGA芯片U8的5、6引脚为晶振输入、输出引脚，晶振X1、电容C74、电容C76构成晶振驱动电路。所述主控FPGA芯片U8的15、16、17引脚为485通信引脚，连接到通信单元。所述主控FPGA芯片U8的26、27引脚连接到高速模拟开关U7的6、7引脚，构成轮询控制。所述主控FPGA芯片U8的39引脚连接到高速AD芯片U10的13，构成状态指示。所述主控FPGA芯片U8的42、43引脚连接到通信单元用于构成LORA通信连接。所述主控FPGA芯片U8的12、18、63引脚连接到地。所述主控FPGA芯片U8的1、13、19、32、48、64引脚连接到电源。

所述通信单元包括无线和有线通信电路。参阅图6，以485有线通信为例说明。485有线通信包括485通信芯片U16，所述485通信芯片U16的1、4引脚连接到主控FPGA芯片U8的17、16引脚，进行485串口通信。所述485通信芯片U16的2、3引脚连接通过电阻R53连接到主控FPGA芯片U8的15引脚，用于485使能控制。所述485通信芯片U16的6、7引脚为外部485接入信号，分别通过电阻R69上拉、电阻R68下拉。所述485通信芯片U16所接信号线之间电阻R70为120R电阻，用于进行终端匹配。所述485通信芯片U16所接信号线上设置由TVS阵列D13、防雷管D14、保险丝F1、保险丝F2组合成的EMS防护电路。

在具体实施中，所示图7为供电单元的电路原理图：所述供电单元包括一级供电电路、二级供电电路和正负压转换电路。一级供电电路包括一级电源供电芯片U19。一级电源供电芯片U19的引脚1和8通过自举电容C92连接，构成自举电路。一级电源供电芯片U19引脚2为电源输入，通过电容C93、电容C94、电容C95、电容C96、电容C97构成电源输入滤波电路。一级电源供电芯片U19引脚3为电源保持引脚，通过连接于电源输入的电阻R56、电阻R55形成的分压电路控制一级电源供电芯片U19保持开启功能。一级电源供电芯片U19的引脚4通过电阻R54连接到地，构成开关电容频率选择。一级电源供电芯片U19的引脚5为FB反馈输入引脚，输出电压通过电阻R51、电阻R52分压反馈到此引脚，构成电源反馈电路。一级电源供电芯片U19引脚6为频率环补偿电路引脚，通过电阻R45、电容C86、电容C87构成频率环补偿电路。一级电源供电芯片U19的7引脚为芯片地。一级电源供电芯片U19的引脚8通过电感L8、肖特基二极管D10、滤波电容C88、滤波电容C89、滤波电容C90、滤波电容C91构成一级电源输出。

二级供电电路包括所述U22为二级电源供电芯片。二级电源供电芯片U22的1引脚接地。二级电源供电芯片U22的2、4引脚为电源输出引脚，通过电容C108、电容C109、电感L1构成输出滤波电路。二级电源供电芯片U22的3引脚连接一级供电电路的输出电压，通过电容C106、电容C107构成电源输入滤波电路。

正负压转换电路包括正负压转换芯片U9。正负压转换芯片U9的1引脚为输出电压引脚，通过电容C43构成输出滤波电路。正负压转换芯片U9的2引脚为一级供电电路的输出电压，通过电容C44、电容C45构成电源输入滤波电路。正负压转换芯片U9的3、6引脚通过电容C42构成电容正负极接入。正负压转换芯片U9的4引脚为芯片地。正负压转换芯片U9的5引脚通过上拉电阻R26连接到输入电压，保持芯片处于开启状态。

综上所述，本发明能够实现对电力设备局放信号的实时监测和预警，具有较高的实用价值和应用价值。通过直接耦合的方式采集局放信号，能够提高监测的准确性和灵敏度；数据处理单元和带电显示装置单元的设计，使得装置能够迅速判断和处理故障；远程控制功能则方便工作人员对电力设备进行实时监控和故障预警。本发明的结构简单易行，可在电力设备监测领域广泛应用。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的结构实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种直接耦合式局放传感器装置，其特征在于，包括：输入采集单元、信号处理单元、数据分析单元、通信单元和供电单元；

输入采集单元对PTA、PTB、PTC信号一次滤波后得到的CA、CB、CC信号进行采集并输出PDA、PDB、PDC信号；信号处理单元对输入采集单元输出的PDA、PDB、PDC信号进行轮询采集，对信号进一步的进行信号处理；数据分析单元对信号处理单元的信号进行分析，与提前存储的局放干扰信号进行对比，判断局放状态，有异常情况及时通过通信单元进行报警。

2.根据权利要求1所述的直接耦合式局放传感器装置，其特征在于，外部接入装置连接监测PTA、PTB、PTC信号的带电显示装置单元，所述带电显示装置单元包括三路相同的带电显示装置；带电显示装置中，外部接入装置经滤波电路进行一次滤波后接入到整流管，并联于整流管输出与地之间的电容对直流电压进行滤波储能，连接于整流管输出的齐纳二极管进行稳压限制，连接于齐纳二极管分压电路用于驱动可控硅管，所述可控硅管连接显示灯，所述可控硅管用于驱动显示灯。

3.根据权利要求1所述的直接耦合式局放传感器装置，其特征在于，所述输入采集单元包括三路相同的输入采集电路，输入采集电路连接滤波电路接收CA、CB、CC信号，每个所述输入采集电路包括形成回路的一个电感、两个电容和高频变压器，高频变压器的二次侧连接供电滤波电路，高频变压器的二次侧连接跟随电路、带通滤波电路和检波芯片，检波芯片连接信号处理单元。

4.根据权利要求1所述的直接耦合式局放传感器装置，其特征在于，所述信号处理单元包括轮询控制电路和高速AD采集电路；所述轮询控制电路受控连接于数据分析单元，轮询控制电路驱动高速AD采集电路，高速AD采集电路电连接数据分析单元。

5.根据权利要求4所述的直接耦合式局放传感器装置，其特征在于，所述轮询控制电路包括高速模拟开关U7，所述高速模拟开关U7的1、2、3引脚连接于所述输入采集单元的输出信号；所述高速模拟开关U7的4引脚接地；所述高速模拟开关U7的5、6引脚为控制开关状态引脚，连接到数据分析单元；所述高速模拟开关U7的7引脚为轮询采集输出信号，连接到高速AD采集电路。

6.根据权利要求4所述的直接耦合式局放传感器装置，其特征在于，所述高速AD采集电路包括：高速AD芯片U10，所述高速AD芯片U10总线连接到数据分析单元；所述高速AD芯片U10的13引脚连接到数据分析单元，构成状态指示；所述高速AD芯片U10的15引脚通过R27电阻连接到数据分析单元，构成时钟信号通讯；所述高速AD芯片U10的26引脚为内部基准电压输出，通过电容C49、电容C54进行滤波，并连接到高速AD芯片U10的21引脚、运放芯片U11A的3引脚和数据分析单元；所述高速AD芯片U10的27引脚为模拟信号采集输入，连接到运放芯片U13的1引脚；所述运放芯片U13的3引脚连接到高速模拟开关U7的轮询输出7引脚；所述运放芯片U13的4引脚连接到运放芯片U11B的基准调节输出电压；所述运放芯片U11B芯片配合电阻R28、电阻R29、电阻R30构成反相比例运算电路，所述运放芯片U11A构成跟随电路，处理高速AD芯片U10的26引脚基准电压，输出到反相比例运算电路。

7.根据权利要求1所述的直接耦合式局放传感器装置，其特征在于，所述数据分析单元包含主控FPGA芯片U8；

主控FPGA芯片U8连接所述信号处理单元，驱动所述信号处理单元，采集数据；

所述主控FPGA芯片U8连接到通信单元；所述主控FPGA芯片U8驱动所述信号处理单元轮询。

8.根据权利要求7所述的直接耦合式局放传感器装置，其特征在于，所述通信单元包括连接于所述主控FPGA芯片U8的无线和有线通信电路。

9.根据权利要求1所述的直接耦合式局放传感器装置，其特征在于，所述供电单元包括一级供电电路、二级供电电路和正负压转换电路；二级供电电路连接一级供电电路的输出电压；正负压转换电路连接一级供电电路的输出电压。