CN202583398U

CN202583398U - 基于混频技术的局部放电信号采集装置

Info

Publication number: CN202583398U
Application number: CN 201220049848
Authority: CN
Inventors: 李梅; 胡霞; 高昕
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-02-16

Abstract

本实用新型公开了一种基于混频技术的局部放电信号采集装置，包括有特高频传感器、信号调理单元、数据采集卡、计算机，特高频传感器耦合接收到变压器中局部放电发射的电磁波并将电信号转换为电压脉冲信号，特高频传感器经过同轴通讯电缆或光缆连接控制室的信号调理单元的限幅装置，信号调理单元的检波对数放大单元连接工控机内的数据采集卡，数据采集卡将采集到的信号经A/D转换后接入计算机；计算机通过并行接口程控信号调理单元中的频率综合单元。本实用新型应用了混频技术，使得局部放电特高频信号降频并保留了信号的峰值和相位等特征，从而解决了变压器局部放电特高频检测中的核心问题，从性能和适用性上较频谱分析仪更加适合于进行局部放电特高频的在线监测。

Description

基于混频技术的局部放电信号采集装置

技术领域：

本实用新型涉及电力变压器在线监测领域，具体涉及一种基于混频技术的局部放电信号采集装置。

背景技术：

局部放电是造成电力变压器绝缘劣化的主要原因，也是绝缘劣化的重要征兆和表现形式，与绝缘材料的劣化和击穿过程密切相关，能有效地反映变压器内部绝缘的故障，尤其对突发性故障的早期发现比介损测量、油中色谱分析等方法要有效得多。因此，对局部放电进行有效的监测对于电力设备的安全稳定运行具有重要意义。

将局部放电特高频检测技术和数字化测量两者结合，研究变压器典型局放模型的超高频放电特性，将超高频传感器测得的由局部放电激励的电磁波经放大、混频、滤波后进行A/D转换，然后把提取到的高频窄带时域信号送入计算机进行数据处理和分析，作出各种谱图和统计量，由此分析变压器的局部放电情况。

要研究局部放电信号特高频分量的特征，就要对特高频信号进行采集和滤波。因为对几百MHz到1GHz的信号，单次测量至少要一个工频周期以上，常用的A/D采集卡在采样率和存储深度等方面很难满足要求，而且局部放电测量通常只关心信号的峰值及其出现的相位，把特高频信号无失真地采集下来也意义不大，且数据量极大，数据处理难度高。

实用新型内容：

本实用新型提供一种对信号进行处理，使得能任意选通特高频段一定带宽的某一中心频率的信号，能将信号调整到普通采集卡能处理的频率范围，并保留其峰值和相位等特征，达到既能检测信号，又降低技术要求的目的的电力变压器局部放电信号的采集装置。

基于混频技术的局部放电信号采集装置，其特征在于：包括有特高频传感器、信号调理单元、数据采集卡、计算机，所述的信号调理单元包括有依次连接的限幅装置、前置放大单元、混频单元、中频放大单元、低通滤波单元、检波对数放大单元并依次对信号进行相应的处理，混频单元还连接有频率综合单元；所述的特高频传感器耦合接收到变压器中局部放电发射的电磁波并将电信号转换为电压脉冲信号，所述的特高频传感器经过同轴通讯电缆或光缆连接控制室的信号调理单元的限幅装置，信号调理单元的检波对数放大单元连接工控机内的数据采集卡，数据采集卡将采集到的信号经A/D转换后接入计算机；所述的计算机通过并行接口程控信号调理单元中的频率综合单元。

所述的基于混频技术的局部放电信号采集装置，其特征在于：所述的混频单元包括有混频器，混频器的输入信号的频率范围为20MHz~1.5GHz，中频输出范围为DC~1GHz，动态范围为50dB。

所述的基于混频技术的局部放电信号采集装置，其特征在于：所述的频率综合单元的核心主要是压控振荡器。

所述的基于混频技术的局部放电信号采集装置，其特征在于：所述的低通滤波单元采用了四个7阶切比雪夫Ⅰ型LC低通滤波器，低通滤波器的带宽分别为5MHz、10MHz、20MHz、40MHz，计算机通过继电器选择不同带宽的低通滤波器。

所述的基于混频技术的局部放电信号采集装置，其特征在于：所述的检波对数放大单元中选用的元器件是一个高速电压输出、解调频率范围为DC～440MHz的对数放大器。

本实用新型的工作原理是：变压器中局部放电发射的电磁波经特高频传感器耦合接收后，放电信号转换为电压脉冲信号，然后经过同轴通讯电缆或光缆传送到控制室的信号调理单元。电压脉冲信号经过调理后，调整到普通采集卡能处理的频率范围内，并保留其峰值和相位等特征，送入工控机内的数据采集卡进行处理。计算机通过并行接口实现对信号调理单元的程控。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型应用了混频技术，使得局部放电特高频信号降频为0~5MHz、0~10MHz、0~20MHz或0~40MHz的信号，并保留了信号的峰值和相位等特征，从而解决了变压器局部放电特高频检测中的核心问题。信号调理单元的中心频率和带宽可以有效地避开噪声干扰（主要来自无线通讯），尽可能地提取较为丰富的放电信号，提高系统的测试灵敏度；随着电压的升高，放电脉冲幅值增大，放电重复率增加，而谱图形状变化不大。本实用新型的带宽较宽，所测信号较频谱分析仪也丰富的多，因此，本实用新型从性能和适用性上较频谱分析仪更加适合于进行局部放电特高频的在线监测。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2为油浸纸板沿面型放电所对应的二维谱图。

图3为油浸纸板沿面型放电所对应的三维谱图。

具体实施方式

如图1所示，基于混频技术的局部放电信号采集装置，包括有特高频传感器1、信号调理单元2、数据采集卡3、计算机4，信号调理单元2包括有依次连接的限幅装置5、前置放大单元6、混频单元7、中频放大单元8、低通滤波单元9、检波对数放大单元10并依次对信号进行相应的处理，混频单元7还连接有频率综合单元11；特高频传感器1耦合接收到变压器中局部放电发射的电磁波并将电信号转换为电压脉冲信号，特高频传感器1经过同轴通讯电缆或光缆连接控制室的信号调理单元2的限幅装置5，信号调理单元2的检波对数放大单元10连接工控机内的数据采集卡3，数据采集卡3将采集到的信号经A/D转换后接入计算机4；计算机4通过并行接口程控信号调理单元2中的频率综合单元11。

混频单元7包括有混频器，混频器的输入信号的频率范围为20MHz~1.5GHz，中频输出范围为DC~1GHz，动态范围为50dB。

频率综合单元11的核心主要是压控振荡器。

低通滤波单元9采用了四个7阶切比雪夫Ⅰ型LC低通滤波器，低通滤波器的带宽分别为5MHz、10MHz、20MHz、40MHz，计算机通过继电器选择不同带宽的低通滤波器。

检波对数放大单元10中选用的元器件是一个高速电压输出、解调频率范围为DC～440MHz的对数放大器。

限幅装置5可防止瞬态过电压脉冲损坏信号调理单元和数据采集卡；前置放大单元6对超高频信号进行放大，保证由超高频传感器1感应到的放电信号的功率幅值符合其输入范围；混频单元7主要起降频作用，即输出本振信号与输入信号的差频信号；频率综合单元11是产生满足要求的本振信号，通过计算机4并行接口程控该单元，由此可调节采集信号的中心频率，频率综合器内部的专用集成电路识别指令并给出合适的电压值来驱动压控振荡器工作，振荡器输出信号再通过放大器调整到混频器所需要的合适的功率值以及通过滤波器滤掉信号中的高次谐波便可以得到所需的本振信号了；混频单元7输出的中频信号有10dB ~20dB左右的衰减；中频放大单元8对混频单元7输出的中频信号进行放大，使中频信号幅值满足后续处理的需要；低通滤波单元9滤除混频后的和频分量和本振泄漏部分以及非选通频带的干扰，输出差频分量；检波对数放大单元10对由低通滤波单元9输出的信号进行检波（包络提取）和对数放大，特高频局部放电信号最终变为宽度只有40纳秒到几百纳秒的脉冲。

为说明系统的性能，下面列出油浸纸板沿面型放电的测量和分析结果。沿面型放电激励的特高频电磁波主要集中在300~1000 MHz的频带内，设置局部放电特高频检测仪的测试中心频率为630MHz，带宽为80MHz，相位开窗为4000个，测量工频周期数为100。图2和图3为沿面型放电所对应的二维和三维谱图。从图上可看出，正负半周的放电都出现在电压峰值周围，在30°~120° 和210°~300° 的区间内，谱图形状基本呈锥形对称分布。测试结果很好的保留的该类型局部放电的特征。

Claims

1.一种基于混频技术的局部放电信号采集装置，其特征在于：包括有特高频传感器、信号调理单元、数据采集卡、计算机，所述的信号调理单元包括有依次连接的限幅装置、前置放大单元、混频单元、中频放大单元、低通滤波单元、检波对数放大单元并依次对信号进行相应的处理，混频单元还连接有频率综合单元；所述的特高频传感器耦合接收到变压器中局部放电发射的电磁波并将电信号转换为电压脉冲信号，所述的特高频传感器经过同轴通讯电缆或光缆连接控制室的信号调理单元的限幅装置，信号调理单元的检波对数放大单元连接工控机内的数据采集卡，数据采集卡将采集到的信号经A/D转换后接入计算机；所述的计算机通过并行接口程控信号调理单元中的频率综合单元。

2.根据权利要求1所述的基于混频技术的局部放电信号采集装置，其特征在于：所述的混频单元包括有混频器，混频器的输入信号的频率范围为20MHz~1.5GHz，中频输出范围为DC~1GHz，动态范围为50dB。

3.根据权利要求1所述的基于混频技术的局部放电信号采集装置，其特征在于：所述的频率综合单元的核心主要是压控振荡器。

4.根据权利要求1所述的基于混频技术的局部放电信号采集装置，其特征在于：所述的低通滤波单元采用了四个7阶切比雪夫Ⅰ型LC低通滤波器，低通滤波器的带宽分别为5MHz、10MHz、20MHz、40MHz，计算机通过继电器选择不同带宽的低通滤波器。

5.根据权利要求1所述的基于混频技术的局部放电信号采集装置，其特征在于：所述的检波对数放大单元中选用的元器件是一个高速电压输出、解调频率范围为DC～440MHz的对数放大器。