CN202256581U - 局部放电超高频信号包络检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种局部放电超高频信号包络检测装置，其包括：一特高频传感器，实时检测局部放电超高频信号；一特高频放大器，其与所述特高频传感器连接，将所述特高频传感器传输的局部放电超高频信号放大并提取出包络信号后输出；一数据采集装置，其与所述特高频放大器连接，采集所述特高频放大器输出的数据；一数据服务器，其与所述DSP数据采集装置连接，对所述DSP数据采集装置输出的数据进行分析和显示。该局部放电超高频信号包络检测装置能够对局部放电超高频信号进行准确、有效的捕捉，从而实现对发出局部放电超高频信号的电力设备的工作状态进行准确高效的判断。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种信号检测装置，尤其涉及一种局部放电信号的检测装置。
背景技术
绝缘故障是电力设备在运行中的主要故障之一，电力设备发生绝缘故障前，一般都会有一个逐渐发展的局部放电过程，并最终导致绝缘击穿。如果在这个过程能够对运行设备进行局部放电监测和诊断，及时发现局部放电信号，提前对缺陷进行处理，就能有效避免绝缘击穿故障的发生。此外，对局部放电位置的定位，也有助于制定更有针对性的检修处理方案，减少停电时间，提高检修效率。
GIS(Gas Insulated Switchgear)，即气体绝缘组合电器设备，其全部或者部分采用气体而不采用处于大气压下的空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备。它由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有绝缘性能和灭弧性能优异的SF6(六氟化硫)气体作为绝缘和灭弧介质，故也称SF6全封闭组合电器。GIS设备自20世纪60年代实用化以来，已广泛运行于世界各地。气体绝缘组合电器设备不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用。与常规敞开式变电站相比，GIS的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。因此，作为常用的电力设备，为了保证气体绝缘组合电器设备的正常工作，往往需要对气体绝缘组合电器设备的局部放电超高频信号进行检测。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种局部放电超高频信号包络检测装置，其应当能够对局部放电超高频信号进行准确、有效的捕捉，并对采集的信号进行处理，从而实现对发出局部放电超高频信号的电力设备的工作状态进行准确高效的判断。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种局部放电超高频信号包络检测装置，其用于检测电气设备发出的局部放电超高频信号，例如气体绝缘组合电器设备(GIS)发出的局部放电超高频信号。所述局部放电超高频信号包络检测装置包括：
一特高频(UHF，Ultra High Frequency)传感器(特高频的频率范围是指300-3000MHz)，其实时检测局部放电超高频信号；
一特高频(UHF)放大器，其与所述特高频传感器连接，将所述特高频传感器传输的局部放电超高频信号放大并提取出包络信号后输出；
一DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)数据采集装置，其与所述特高频放大器连接，采集所述特高频放大器输出的数据；
一数据服务器，其与所述DSP数据采集装置连接，对所述DSP数据采集装置输出的数据进行分析和显示。
本实用新型所述的局部放电超高频信号包络检测装置采用UHF传感器实时检测气体绝缘组合电器设备发出的局部放电超高频信号，然后经UHF放大器获取GIS局部放电超高频信号的包络，然后DSP数据采集系统用相对低速的采样率将包络信号数字化后将其传输至数据服务器，由于不同的气体绝缘组合电器设备(或称为GIS)缺陷产生的局部放电电磁波信号波形特征和持续时间均不同，故包络信号特征也不同，这就使得数据服务器可以对数字化后的包络信号进行特征提取和模式识别，从而得到绝缘缺陷的相关信息，实现缺陷的判别。
在局部放电超高频信号包络检测装置中，所述DSP数据采集装置与所述数据服务器通过光缆远距离连接，从而实现数据的传输。
在上述局部放电超高频信号包络检测装置中，所述特高频传感器为圆盘形，采用圆盘形可以保证局部放电测量过程中的安全。
在上述局部放电超高频信号包络检测装置中，所述特高频放大器包括：
一带通滤波器，其输入端与所述特高频放大器的输入端连接，滤除所述局部放电超高频信号中的带外噪声和通讯频率信号；
一信号放大器，其输入端与所述带通滤波器的输出端连接，将接收到的局部放电超高频信号放大；
一包络检波电路，其输入端与信号放大器的输出端连接，所述包络检波电路提取经过放大的局部放电超高频信号中的包络信号，所述包络检波电路的输出端与所述DSP数据采集装置连接。
在上述局部放电超高频信号包络检测装置中，所述特高频放大器的输入端并联连接有一保护电阻，所述保护电阻的电阻值最小为100kΩ。由于当UHF传感器空载或后端电路的输入阻抗较大时，其输出端的工频电压高达几千伏，如此的高电压可能导致后端的特高频放大器的损坏，甚至危害人身安全，因此根据本技术方案的特点，设置一个具有适当电阻值的保护电阻。
在上述局部放电超高频信号包络检测装置中，所述带通滤波器设置为七阶带通滤波器，其滤除300MHz～1500MHz以外的所述带外噪声和900MHz的所述通讯频率信号。
在上述局部放电超高频信号包络检测装置中，所述信号放大器为三级级联放大器，所述三级级联放大器的第一级为一低噪声放大器。其中，所述低噪声放大器的噪声因数为0.8，增益为20dB；所述三级级联放大器的第二级和第三级放大器的噪声因数均为3.5，增益均为15dB。
在本技术方案中，由于UHF传感器接收到的局部放电信号功率约为-85dBm～-15dBm，包络检波电路的灵敏度不高于-40dBm，因此在包络检波之前必须先使用信号放大器将UHF信号放大。此外，信号检测的目的是从被噪声污染的信号中恢复有用信号，为了将幅值较小的传感器输出信号放大到信号处理电路可以处理的水平，必须使用信号放大器。但是，放大器在放大有用信号的同时也放大了噪声，而且放大器本身还会引入新的噪声，包括不合理的电路结构引起的外界干扰噪声、电路中电阻、电容和电感的电阻分量产生的热噪声，放大器内部半导体的散弹噪声和爆裂噪声等。因此需要对信号放大器进行合理的设置。本实用新型所述的技术方案通过上述设置方式，使得本技术方案中的信号放大器的输出信号的信噪比只有输入信号信噪比的80％。
本实用新型的所述的局部放电超高频信号包络检测装置由于采用了上述技术方案，使得其具有以下优点：
(1)本实用新型的所述的局部放电超高频信号包络检测装置通过从局部放电超高频信号中提取包络信号来实现对于局部放电信号的检测，从而克服了超高频信号难以检测的问题；
(2)采用本实用新型的所述的局部放电超高频信号包络检测装置检测超高频信号时，检测方法简单，准确率高，检波电路幅频特性好，检波误差小；
(3)在本实用新型的所述的局部放电超高频信号包络检测装置的一种实施方案中，由于采用了述三级级联放大器，使得信号放大器输出信号的信噪比只有输入信号信噪比的80％，从而提高检测的准确性。
附图说明
图1是本实用新型所述的局部放电超高频信号包络检测装置的结构框图。
图2是本实用新型所述的局部放电超高频信号包络检测装置在一种实施方式中信号放大器的结构框图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例及其附图对本实用新型所述的局部放电超高频信号包络检测装置进行进一步地详细描述。
如图1所示，本实施例中的局部放电超高频信号包络检测装置包括：圆盘状的UHF传感器2，其内置的设于GIS(气体绝缘组合电器设备)1的外壳内，实时检测GIS的局部放电超高频信号；UHF放大器与传感器连接，将接收到的局部放电超高频信号放大并提取出包络信号后输出；DSP数据采集装置与UHF放大器连接，采集UHF放大器输出的数据，并对包络信号进行数字化处理；数据服务器与DSP数据采集装置通过光缆连接，数字化的包络信号传输至数据服务器后，由数据服务器进行特征提取和模式识别，从而得到GIS绝缘缺陷的相关信息，实现缺陷的判别。
继续参阅图1，在本实施例中，UHF放大器的输入端并联连接有100kΩ的输入保护电阻，从而防止当UHF传感器空载或后端电路的输入阻抗较大时，其输出端的工频电压导致后端的特高频放大器的损坏。此外，UHF放大器包括：七阶带通滤波器，其输入端与UHF放大器的输入端连接，将局部放电超高频信号中300MHz～1500MHz以外的带外噪声和900MHz的通讯频率信号滤除；信号放大器，其输入端与带通滤波器的输出端连接，将接收到的局部放电超高频信号放大；包络检波电路，其输入端与信号放大器的输出端连接，其输出端与DSP数据采集装置连接，该包络检波电路提取经过放大的局部放电超高频信号中的包络信号，然后将包络信号传输至DSP数据采集装置中进行数字化处理。
在本实施例所述的技术方案中，为了保证UHF传感器实时检测到的局部放电超高频信号能够获得较好的放大效果，将信号放大器设置为三级级联放大器，其结构如图2所示。在本实施例中，三级级联放大器的第一级为低噪声放大器(LNA)，该低噪声放大器的噪声因数NF为0.8，增益Gain为20dB；三级级联放大器的第二级放大器RF AMP1和第三级放大器RF AMP2的噪声因数NF均为3.5，增益Gain均为15dB。这样设置信号放大器，可以使得信号放大器输出信号的信噪比只有输入信号信噪比的80％。
要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种局部放电超高频信号包络检测装置，其特征在于，包括：
一特高频传感器，其实时检测局部放电超高频信号；
一特高频放大器，其与所述特高频传感器连接，将所述特高频传感器传输的局部放电超高频信号放大并提取出包络信号后输出；
一DSP数据采集装置，其与所述特高频放大器连接，采集所述特高频放大器输出的数据；
一数据服务器，其与所述DSP数据采集装置连接，对所述DSP数据采集装置输出的数据进行分析和显示。
2.如权利要求1所述的局部放电超高频信号包络检测装置，其特征在于，所述DSP数据采集装置与所述数据服务器通过光缆远距离连接。
3.如权利要求1所述的局部放电超高频信号包络检测装置，其特征在于，特高频传感器为圆盘形。
4.如权利要求1或2所述的局部放电超高频信号包络检测装置，其特征在于，
所述特高频放大器包括：
一带通滤波器，其输入端与所述特高频放大器的输入端连接，滤除所述局部放电超高频信号中的带外噪声和通讯频率信号；
一信号放大器，其输入端与所述带通滤波器的输出端连接，将接收到的局部放电超高频信号放大；
一包络检波电路，其输入端与信号放大器的输出端连接，所述包络检波电路提取经过放大的局部放电超高频信号中的包络信号，所述包络检波电路的输出端与所述DSP数据采集装置连接。
5.如权利要求4所述的局部放电超高频信号包络检测装置，其特征在于，所述特高频放大器的输入端并联连接有一保护电阻，所述保护电阻的电阻值最小为100kΩ。
6.如权利要求4所述的局部放电超高频信号包络检测装置，其特征在于，所述带通滤波器设置为七阶带通滤波器，其滤除300MHz～1500MHz以外的所述带外噪声和900MHz的所述通讯频率信号。
7.如权利要求4所述的局部放电超高频信号包络检测装置，其特征在于，所述信号放大器为三级级联放大器，所述三级级联放大器的第一级为一低噪声放大器。
8.如权利要求7所述的局部放电超高频信号包络检测装置，其特征在于，所述低噪声放大器的噪声因数为0.8，增益为20dB；所述三级级联放大器的第二级和第三级放大器的噪声因数均为3.5，增益均为15dB。
9.如权利要求1所述的局部放电超高频信号包络检测装置，所述特高频传感器内置于发出所述局部放电超高频信号的电气设备内。
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