CN203658527U - 一种用于高压电气设备的超声波局部放电探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高压电气设备的超声波局部放电探测装置。具体包括：依次相连的多路超声波传感器矩阵、带电压放大的多通道带通滤波器、LED发光二极管显示矩阵，依次相连的多通道电压采集器、带有局域网和USB通信接口的MCU控制器、433M无线模块，以及具备两路电压转换输出的供电接口，多通道电压采集器与多通道带通滤波器相连；多路超声波传感器矩阵、多通道带通滤波器和LED发光二极管显示矩阵三者的阵列排布相互对应。与现有技术相比，本实用新型不需操作人员靠近被测设备去安装传感器，可通过LED灯的强弱和位置判断超声波放电信号的强弱和区域，既可用作精密探测设备的前端模块，又可作为独立的简单巡检设备。

Description

一种用于高压电气设备的超声波局部放电探测装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于高压电气设备的非接触式超声波局部放电探测装置。

背景技术

传统的超声波局部放电检测主要是通过一套主机，一套外部传感器及前置放大器单元组成。如果需要检测一个较大平面的高压设备，则需要将传感器在设备表面来回移动，或者采用多路传感器分别粘贴到高压设备表面，然后由一套主机将不同通道检测的时间特征、方位特征、及幅度特征汇总计算，最终形成得出高压设备表面放电的区域。这种传统检测方法主要存在以下三个突出缺陷：第一，多路传感器布置耗费时间较长，为获得更加精确的局部放电位置，仍需要移动传感器位置以缩小搜索范围；第二，由于测试时需要人员将传感器贴敷到高压设备表面，如果高压设备表面绝缘状态不佳已经发生较严重的放电现象，则测试安装人员则可能有人身安全；第三，针对多通道的检测需要确保来自不同方位的超声波检测信号不被有效衰减，对系统的供电要求较高。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种用于高压电气设备的非接触式超声波局部放电探测装置，不需要操作人员靠近被测设备本体去贴敷或安装传感器，可通过LED灯的强弱和位置判断超声波放电信号的强弱和区域，既可用于精密探测设备的前端模块，又可作为独立的简单巡检设备。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

本实用新型提出的一种用于高压电气设备的超声波局部放电探测装置，具体包括：内置于所述探测装置的多路超声波传感器矩阵，与多路超声波传感器矩阵相连的带电压放大功能的多通道带通滤波器，与多通道带通滤波器相连的带整流功能的LED发光二极管显示矩阵，与多通道带通滤波器相连、负责测量超声波电压值的多通道电压采集器，与多通道电压采集器相连并进行数据交互、带有局域网和USB通信接口的MCU控制器，与MCU控制器相连、并进行数据交互的433M无线模块，以及具备两路电压转换输出的供电接口；多路超声波传感器矩阵的阵列排布与多通道带通滤波器的通道布置一一对应，同时与LED发光二极管显示矩阵的阵列排布一一对应。

所述多路超声波传感器矩阵为多只独立超声波传感器按M×N矩阵形式布置，并具备统一接地端输出和统一供电，可促进实现远程非接触的测量方式。所述带电压放大功能的多通道带通滤波器的频带为1-10MHz，电压放大倍数为2-10倍，多通道带通滤波器的通道按M×N矩阵形式布置。所述LED发光二极管显示矩阵为带M×N只发光二极管的矩阵阵列，可简单直观地显示出各通道的信号强弱。所述多通道电压采集器受MCU控制器控制，可同时采集M×N矩阵的全部或部分通道的电压信号。MCU控制器的局域网和USB通信接口，以及433M无线模块可用于与第三方设备的数据交互；经多通道电压采集器采集的数据存入MCU控制器后，可通过局域网和USB通信接口、以及433M无线模块进行输出。所述供电接口的外部接入电压为5-12V，转换输出的两路电压分别为5V和30V，其中5V向多通道电压采集器、MCU控制器和433M无线模块供电（即向数字控制系统供电），30V向多路超声波传感器矩阵和多通道带通滤波器供电（即向模拟单元提供工作电压）。所述探测装置还包括与多通道带通滤波器相连的带光电隔离功能的多通道模拟信号输出接口（通道数M×N），可供其他采集系统（如示波器等）接入分析。

本实用新型采用一套多路超声波传感器全内置的设计，使得多通道超声波同时检测成为可能；通过带电压放大功能的多通道带通滤波器，实现对微弱信号的带通滤波和放大，因此传感器无需接触被测高压设备，从而实现了远程检测；多路超声波传感器矩阵与放大滤波一体化集成，使得不同通道的传感器供电和滤波、放大等模拟信号的供电均能保持高度一致，有利于提高探测的可靠性和稳定性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：相比传统的针对独立测量点的贴敷式传感器测量，本实用新型提出的非接触式超声波局部放电检测装置基于对区域性表面超声波放电信号的测试，采用多路超声波传感器全内置，不需要操作人员靠近被测设备本体去贴敷或安装传感器，可减少布置独立测量点的时间，还可有效降低各外部测量通道的延时引入误差；同时，多路超声波传感器设计为矩阵形式，可保证供电电压的高精度一致，只需一路外部供电电源即可，从而减少各超声波检测通道的供电差异带来的测量误差。本实用新型提出LED发光二极管显示矩阵，且与多路超声波传感器矩阵的阵列排布一一对应，可根据各路超声波检测通道的信号进行整流驱动LED发光二极管矩阵的发光显示，通过LED灯的强弱和位置判断来自高压电气设备超声波放电信号的强弱和区域，从而使得本实用新型既可用于精密探测设备的前端模块（用于精检），又可作为独立的简单巡检设备（用于粗检，检测周期短），使用灵活。

附图说明

图1是超声波局部放电探测装置的内部结构示意图。

图2是实施例中LED发光二极管显示矩阵的显示示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的优选实施例作进一步的描述。

如图1、图2所示。针对正在运行的35kV高压开关柜进行超声波局部放电检测，采用本实用新型的非接触式超声波局部放电探测装置进行粗略检测，即利用LED发光二极管显示矩阵对被测高压开关柜表面是否有局部放电进行快速检测，通过LED发光二极管是否发光来决定LED发光二极管显示矩阵对应位置是否存在局部放电。

所述探测装置包括：内置于所述探测装置的64只超声波传感器布置为8×8矩阵，具备统一接地端输出和统一供电，传感器有效频带为10-300kHz；带电压放大功能的8×8通道带通滤波器与8×8超声波传感器矩阵相连，所述8×8通道带通滤波器的频带为30-200kHz，放大倍数为4倍；带整流功能的LED发光二极管8×8显示矩阵与8×8通道带通滤波器相连；8×8通道电压采集器与8×8通道带通滤波器相连，负责测量超声波电压值；MCU控制器与8×8通道电压采集器相连并进行数据交互，并带有局域网和USB通信接口；433M无线模块与MCU控制器相连，并进行数据交互；8×8通道模拟信号输出接口与8×8通道带通滤波器相连，且带光电隔离功能；供电接口具备两路电压转换输出，外部接入电压为5-12V，转换输出的两路电压分别为5V和30V，其中5V向8×8通道电压采集器、MCU控制器和433M无线模块供电，30V向8×8超声波传感器矩阵和8×8通道带通滤波器供电。8×8路超声波传感器矩阵的阵列排布与8×8通道带通滤波器的通道布置一一对应，同时与8×8LED发光二极管显示矩阵的阵列排布一一对应。

电源接通后，所有电路开始工作。将所述超声波局部放电探测装置对准被测高压开关柜并与之保持2米的垂直距离，8×8路超声波传感器矩阵自动感应来自外部的超声波信号，并将信号通过8×8通道带通滤波器进行滤波和放大后，推动后续连接的8×8LED发光二极管显示矩阵工作。由于超声波传感器矩阵的阵列排布与LED发光二极管显示矩阵的阵列排布一一对应，因此发光的部分即代表超声波信号较强的区域。如图2所示，黑色区域代表发光的二极管，即表示对应区域的开关柜存在超声波局部放电现象。对于信号强度较弱，经感应、滤波和放大后不足以推动LED发光二极管发光的，即可认为该对应位置的开关柜不存在放电信号，或者采用将探测装置靠近开关柜的方法，以提高检测灵敏度，从而进一步分析开关柜放电特征。如果需要更加精密细腻的显示，可以配置更高数量的超声波传感器和对应的LED发光二极管显示矩阵，如256×256或1280×800。

需要补充说明的是，由于8×8LED发光二极管显示矩阵是与8×8通道带通滤波器直接相连的，因此当电源一接通，如果前端超声波传感器矩阵感应到局部放电电压并达到设计门槛值后，经滤波放大后即可迅速推动相应通道的LED发光。当前端超声波传感器矩阵移动时，对应的LED发光强弱也跟着改变，因此本实用新型所述的LED显示方案具备相对实时反映局部放电强弱的功能，整个过程不需要专门手动启动或切换LED发光二极管显示矩阵是否工作。

当需要捕捉来自超声波传感器矩阵的信号波形及频率特征时，可借助8×8通道模拟信号输出接口与外部示波器相连。当需要测量8×8超声波传感器矩阵的电压值时，可通过MCU控制器控制8×8通道电压采集器采集来自传感器矩阵的电压信号，采集的数据可通过MCU控制器上的局域网和USB通信接口、或433M无线模块传输给外部PC，实现后续处理和显示。

由实施例可见，需要简单巡检时，可以直接通过LED发光二极管显示矩阵的发光状态直接简单分析存在局部放电的区域。如果需要分析波形特征，可以通过多通道模拟信号输出端口与外部示波器相连进行分析。如果需要进行精确电压值的测量，则可以通过多通道电压采集器进行电压采集。因此根据不同工作需要，本实用新型可以灵活实现多种用途。

Claims (5)

1.一种用于高压电气设备的超声波局部放电探测装置，其特征在于，所述探测装置包括：内置于所述探测装置的多路超声波传感器矩阵，与多路超声波传感器矩阵相连的带电压放大功能的多通道带通滤波器，与多通道带通滤波器相连的带整流功能的LED发光二极管显示矩阵，与多通道带通滤波器相连、负责测量超声波电压值的多通道电压采集器，与多通道电压采集器相连并进行数据交互、带有局域网和USB通信接口的MCU控制器，与MCU控制器相连、并进行数据交互的433M无线模块，以及具备两路电压转换输出的供电接口；多路超声波传感器矩阵的阵列排布与多通道带通滤波器的通道布置一一对应，同时与LED发光二极管显示矩阵的阵列排布一一对应。

2.根据权利要求1所述的用于高压电气设备的超声波局部放电探测装置，其特征在于：所述探测装置还包括与多通道带通滤波器相连的带光电隔离功能的多通道模拟信号输出接口。

3.根据权利要求1所述的用于高压电气设备的超声波局部放电探测装置，其特征在于：所述供电接口的外部接入电压为5-12V，转换输出的两路电压分别为5V和30V，其中5V向多通道电压采集器、MCU控制器和433M无线模块供电，30V向多路超声波传感器矩阵和多通道带通滤波器供电。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于高压电气设备的超声波局部放电探测装置，其特征在于：所述多路超声波传感器矩阵为多只独立超声波传感器按矩阵形式布置，并具备统一接地端输出和统一供电。

5.根据权利要求1-3任一所述的用于高压电气设备的超声波局部放电探测装置，其特征在于：所述带电压放大功能的多通道带通滤波器的频带为1-10MHz，放大倍数为2-10倍。

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