CN203720221U - 一种用于检测高压设备局部放电的校准脉冲的产生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压电力设备局部放电校准脉冲产生装置，属于高压设备监测技术领域。通过外接端口设定校准脉冲的幅值和重复频率。由微控制器读取设定的校准脉冲的幅值，转化为内部的对应设定值。根据该设定值，微控制器控制数模转换器输出对应的低压直流模拟信号，并经过精密放大器将其放大为高压直流模拟信号。微控制器产生控制信号，驱动高速开关，将高压直流信号输出特定的宽度后快速关闭，从而产生局部放电校准用脉冲。输出脉冲的时刻由微控制器根据参考信号的过零点进行控制。本装置大大提高了校准脉冲的陡度，扩大了脉冲幅度的输出范围，可以在高压电力设备的局部放电离线测量、带电检测、在线监测以及故障诊断方面发挥重要作用。

Description

一种用于检测高压设备局部放电的校准脉冲的产生装置

技术领域

本实用新型及一种用于检测高压设备局部放电的校准脉冲的产生装置，特别是涉及一种具有陡脉冲前沿并且具有与参考电压同步功能的高压电力设备局部放电校准脉冲产生方法，属于高压设备监测技术领域。 

背景技术

高压电力设备绝缘中的某些薄弱部位在高电场作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题，在一定条件下，将导致绝缘的劣化，甚至击穿。及时地检测出设备存在的局部放电，并且对局部放电强度进行准确地定量，将有助于发现潜伏性的故障，避免突发事故的发生。 

局部放电测量中广泛使用的是脉冲电流法，目前IEC标准IEC60270和中国国家标准GB/T7354中对宽带局部放电测试仪所推荐的上限频率为：f₂≤500kHz，下限频率为30kHz≤f₁≤100kHz。由于所采用的检测频带较窄，主要测量参数为放电脉冲的幅度和所对应的工频相位。近年来发展起来的宽带脉冲电流法将检测频带的上限扩展到数十MHz，数字系统的采样率扩展到100MHz甚至更高，使得获取放电脉冲的原始波形成为可能。由此发展起来了宽带脉冲电流法，并逐渐得到了广泛的应用。 

宽带脉冲电流法要求校准脉冲具有更陡的前沿，传统脉冲电流法的100ns的前沿时间已远远不能满足要求。除此之外，对大型电力设备进行现场局部放电检测时需要可调范围更大的校准脉冲。而目前的脉冲校准发生器难以满足要求，经常导致校准准确度降低或者在强干扰下根本无法校准。 

发明内容

本实用新型的目的是提出一种用于检测高压设备局部放电的校准脉冲的产生装置，以克服现有技术的不足，以产生具有10ns前沿时间，可调范围在10pC-3000pC，并且输出校准脉冲的相位可以与参考电压进行同步的新型放电校准脉冲。 

本实用新型提出的用于检测高压电力设备局部放电的校准脉冲的产生装置，包括： 

按键，用于设定校准脉冲的幅值和输出重复频率以及相对参考信号的起始相位； 

整形电路，用于将外接同步参考信号的正弦波整形为与该信号频率相同的方波信号； 

微控制器，用于读取上述设定的校准脉冲的幅值，并将该幅值通过信号线传送到数模转换器，并检测上述方波信号的过零点，以该过零点时刻为起点，经时刻Δt后输出一个控制脉冲，或检测该方波信号的过零点，并计算出该方波的频率f和周期T；读取上述设定的校准脉冲相对于同步参考信号的起始相位，根据起始相位φ和方波的频率f，得到校准脉冲的输出时刻Δt0；所述的微控制器与按键和整形电路相连； 

数模转换器，用于将接收的校准脉冲的幅值进行数模转换，得到低压直流模拟信号，并将该低压直流模拟信传输至放大驱动器，所述的数模转换器与为处理器相连； 

放大驱动器，用于将接收的低压直流模拟信号进行放大成为高压直流模拟信号，放大驱动器与数模转换器相连； 

高速开关，用于在高压直流模拟信号的驱动下，经上述控制脉冲的控制快速开启和关闭，产生一个检测高压电力设备局部放电的校准脉冲，高速开关与微控制器和放大驱动器相连。 

一种用于检测高压设备局部放电的校准脉冲的产生装置，其优点是：与现有技术相比，本实用新型的校准脉冲的产生装置可以产生一个校准脉冲信号，其前沿陡度（10ns）远远高于目前已有的校准脉冲发生器（100ns）产生的校准脉冲信号，因此本实用新型产生的校准脉冲信号能够更加真实的模拟高压电力设备的局部放电信号，完全满足宽带脉冲电流法校准的要求。本实用新型装置产生的校准脉冲的幅值输出范围为10pC-3000pC，远远大于目前的10pC-500pC，可以满足现场校准的需要。根据本实用新型的校准脉冲产生装置，可以具有外部同步功能，便于观察和对比。 

附图说明

图1是本实用新型提出的用于检测高压设备局部放电的校准脉冲的产生装置的结构框图。 

图2是本实用新型装置的产生的校准脉冲的上升沿波形。 

图3是本实用新型装置产生的校准脉冲的脉冲全波波形。 

图4是本实用新型装置产生的校准脉冲与外接同步参考信号相位关系实测图。 

具体实施方式

本实用新型提出的用于检测高压电力设备局部放电的校准脉冲的产生装置，其结构框图如图1所示，包括： 

按键，用于设定校准脉冲的幅值和输出重复频率以及相对参考信号的起始相位； 

整形电路，用于将外接同步参考信号的正弦波整形为与该信号频率相同的方波信号； 

微控制器，用于读取上述设定的校准脉冲的幅值，并将该幅值通过信号线传送到数模转换器，并检测上述方波信号的过零点，以该过零点时刻为起点，经时刻Δt后输出一个控制脉冲，或检测该方波信号的过零点，并计算出该方波的频率f和周期T；读取上述设定的校准脉冲相对于同步参考信号的起始相位，根据起始相位φ和方波的频率f，得到校准脉冲的输出时刻Δt0；所述的微控制器与按键和整形电路相连； 

数模转换器，用于将接收的校准脉冲的幅值进行数模转换，得到低压直流模拟信号，并将该低压直流模拟信传输至放大驱动器，所述的数模转换器与为处理器相连； 

放大驱动器，用于将接收的低压直流模拟信号进行放大成为高压直流模拟信号，放大驱动器与数模转换器相连； 

高速开关，用于在高压直流模拟信号的驱动下，经上述控制脉冲的控制快速开启和关闭，产生一个检测高压电力设备局部放电的校准脉冲，高速开关与微控制器和放大驱动器相连。 

本实用新型提出的用于检测高压电力设备局部放电的校准脉冲的产生方法，可以有两种不同的工作模式，其中第一种工作模式包括以下步骤： 

（1-1）设定校准脉冲输出方式为非同步方式； 

（1-2）设定校准脉冲的幅值和输出重复频率； 

（1-3）读取上述设定的校准脉冲的幅值，将该校准脉冲的幅值经数模转换后，成为低压直流模拟信号； 

（1-4）对上述低压直流模拟信号进行放大成为高压直流模拟信号； 

（1-5）读取上述设定的校准脉冲的输出重复频率，根据输出重复频率得到校准脉冲的输出重复间隔时间Δt，每隔Δt输出一个控制脉冲； 

（1-6）上述高压直流模拟信号驱动一个高速开关，该高速开关在上述控制脉冲的控制下导通并快速切断，产生一个检测高压电力设备局部放电的校准脉冲。 

其中第二种工作模式包括以下步骤： 

（2-1）设定校准脉冲输出方式为非同步方式； 

（2-2）设定校准脉冲的幅值和校准脉冲相对同步参考信号的起始相位φ； 

（2-3）读取上述设定的校准脉冲的幅值，将该校准脉冲的幅值经数模转换后，成为低压直流模拟信号； 

（2-4）对上述低压直流模拟信号进行放大成为高压直流模拟信号； 

（2-5）产生一个同步参考信号，将同步参考信号的正弦波整形为与原始信号频率相同 的方波信号； 

（2-6）检测该方波信号的过零点，并计算出该方波的频率f和周期T； 

（2-7）读取上述设定的校准脉冲相对于同步参考信号的起始相位，根据起始相位φ和方波的频率f，得到校准脉冲的输出时刻Δt0； 

$\mathrm{\Δt}0=\frac{\mathrm{\φ}}{360}*\frac{1}{f}$

，以该过零点时刻为起点，经时刻Δt0后输出一个控制脉冲，然后连续三次每隔T/4时间输出一个控制脉冲，在一个同步参考信号周期内，共产生4个控制脉冲； 

（2-8）上述高压直流模拟信号驱动一个高速开关，该高速开关在上述控制脉冲的控制下导通并快速切断，产生一个检测高压电力设备局部放电的校准脉冲。 

以下介绍本实用新型装置的一个应用实施例： 

设定局部放电的校准脉冲的产生装置的工作模式为非同步模式，设定脉冲幅值为3000pC，脉冲重复率为200Hz：用示波器测试该装置实际输出信号，如图2和图3所示，其中图2为校准脉冲装置产生的校准脉冲上升沿波形，从图中可以看出，该脉冲上升沿约为10ns，其前沿陡度（10ns）远远高于目前已有的校准脉冲发生器（100ns）产生的校准脉冲信号，因此本实用新型产生的校准脉冲信号能够更加真实的模拟高压电力设备的局部放电信号，完全满足宽带脉冲电流法校准的要求。图3是校准脉冲装置实测的脉冲全波波形。从图中可以看出，该校准脉冲的幅值较高，实际放电量达到3000pC。本实用新型产生的校准脉冲的幅值输出范围为10pC-3000pC，远远大于目前的10pC-500pC，可以满足现场校准的需要。 

设定局部放电的校准脉冲的产生装置工作模式为同步模式，设定脉冲幅值为1000pC，脉冲起始相位为45°：用示波器同步测试该装置实际输出信号和同步参考信号如图4所示，图4是校准脉冲与外接同步信号相位关系实测图。从图4中可以看出，根据本实用新型方法设计的校准脉冲的产生装置，可以具有外部同步功能，并可以通过按键输入，设定输出脉冲与同步参考信号的相位差，便于观察和对比。 

本实用新型装置的一个实施例中，使用的整形电路，由摩托罗拉公司生产，型号为LM393；微控制器，由德州仪器公司生产，型号为MPS430；数模转换器，由ADI公司生产，型号为AD9119；放大驱动器，由ADI公司生产，型号为AD8010；高速开关，由ADI公司生产，型号为ADG5233。 

Claims (1)

1.一种用于检测高压电力设备局部放电的校准脉冲的产生装置，其特征在于该装置包括： 

按键，用于设定校准脉冲的幅值和输出重复频率以及相对参考信号的起始相位； 

整形电路，用于将外接同步参考信号的正弦波整形为与该信号频率相同的方波信号； 

微控制器，用于读取上述设定的校准脉冲的幅值，并将该幅值通过信号线传送到数模转换器，并检测上述方波信号的过零点，以该过零点时刻为起点，经时刻Δt后输出一个控制脉冲，或检测该方波信号的过零点，并计算出该方波的频率f和周期T；读取上述设定的校准脉冲相对于同步参考信号的起始相位，根据起始相位φ和方波的频率f，得到校准脉冲的输出时刻Δt0；所述的微控制器与按键和整形电路相连； 

数模转换器，用于将接收的校准脉冲的幅值进行数模转换，得到低压直流模拟信号，并将该低压直流模拟信传输至放大驱动器，所述的数模转换器与为处理器相连； 

放大驱动器，用于将接收的低压直流模拟信号进行放大成为高压直流模拟信号，放大驱动器与数模转换器相连； 

高速开关，用于在高压直流模拟信号的驱动下，经上述控制脉冲的控制快速开启和关闭，产生一个检测高压电力设备局部放电的校准脉冲，高速开关与微控制器和放大驱动器相连。