CN204832421U - 一种基于脉冲宽频超高频局放带电检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型基于脉冲宽频超高频局放带电检测装置，包括超高频传感器，脉冲宽频传感器，模拟信号智能处理单元，数字信号智能处理单元，局放综合诊断工控单元。采用超高频与脉冲宽频微电流技术，能够有效判别并抑制干扰信号，实时高效的检测一次设备局部放电；避开了超高频需海量高速采集、存储，设备运行时处理数据量大、时间长，且固定安装不便于携带处理时间长的缺点。与传统的局放带电检测方法比较，有效地去除局放信号中所包含的脉冲型干扰；设计合理，基于FPGA、DSP数据采集统计分析，获取放电时域波形、放电量、局部放电灰度图像及二维，三维等多种放电谱图，具有结构简单、模块化、体积小，有效抑制噪音，性能可靠稳定等特点。

Description

一种基于脉冲宽频超高频局放带电检测装置

技术领域

本实用新型属于一次设备在线监测技术领域，涉及一种基于脉冲宽频超高频局放带电检测装置。

背景技术

局部放电是导致变压器、GIS等电力设备绝缘劣化的主要原因，因此局部放电的监测是评估电力设备绝缘状况的重要手段之一。目前变压器、GIS等设备的出厂检验，停电检修主要采用脉冲电流法，其基于IEC60270标准，具有灵敏度高且传感器易于安装等特点，但由于一次设备现场存在严重的电磁干扰，脉冲电流法不利于现场带电检测应用。

与脉冲电流法相比，超高频监测法的监测频带为300M-3GHz避开了干扰信号(300MHz以下),显著提高了局部放电监测的信噪比。超高频监测具有灵敏度较高、抗干扰能力较强、可识别故障类型及进行定位等优点。但目前传统的超高频监测系统复杂，超高频信号采集存储技术还没有完全实现脉冲宽频传感器，其成本高而且后续的干扰移除算法，放电量标定等都没有实质地解决。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的是充实、弥补现有技术的不足，提供一种设计合理，成本可控，安全可靠的脉冲宽频超高频法，基于脉冲宽频超高频扫描式局放带电检测装置。

本实用新型的主要目的是通过以下技术手段实现的：

一种基于脉冲宽频超高频局放带电检测装置，包括：超高频传感器，脉冲宽频传感器，模拟信号智能处理单元，数字信号智能处理单元，局放综合诊断工控单元。

所述的超高频传感器采用阿基米德螺旋天线，所述的超高频传感器至少为一个。

所述的脉冲宽频传感器采用高频电流传感器HFCT，所述的脉冲宽频传感器至少为一个。

所述的模拟信号智能处理单元包括超高频信号模块，脉冲宽频信号模块。所述的超高频信号模块连接阿基米德螺旋天线，所述的脉冲宽频信号模块连接高频电流传感器HFCT。

所述的超高频信号模块包括程控放大器、带通滤波器300M-1.5GHz、峰值保持器。

所述的脉冲宽频信号模块包括信号放大器、带通滤波器20k-30MHz、检波器。

所述的数字信号智能处理单元包括，FPGA智能组件，DSP数字处理模块，以太网/光纤接口模块。

所述的FPGA智能组件包括D/A转换器，比较器，FPGA芯片，工频触发器。

所述的DSP数字处理模块包括A/D转换器，DSP芯片。

所述的FPGA智能组件连接超高频信号模块，所述DSP数字处理模块连接脉冲宽频信号模块。

所述的局放综合诊断工控单元为植入融合超高频，脉冲电流法局放综合诊断系统。

所述的局放综合诊断工控单元连接所述的以太网/光纤接口模块(光电交换模块)。

本实用新型相对于现有技术具有如下优点和积极效果：

本实用新型可以准确有效地采集到电力一次设备内局放电信号，局放脉冲宽频超高频法进一步完善了局放信号现场带电检测，脉冲宽频与超高频监测的联合检测，能够准确地滤除现场干扰信号提高检测效率，同时该实用新型弥补了传统超高频监测法没有完全成熟，成本过高的缺陷，为一次设备现场局放带电检测提供了一种新的方法。

本实用新型采用FPGA比较器相位脉冲叠加计数存储与DSP数字处理技术，超高频与脉冲宽频同步获取数据信息，通过高速比较器超高频计数聚合，将常规的高速大容量数据采集变为脉冲比值叠加计数，获得局放时域谱图，同时由脉冲比值突变触发获得脉冲宽频局放信号频域谱图，基于时域、频域谱图的脉冲幅值数据归一化处理后获取放电时域波形、实时放电量、局部放电灰度图像及二维(φ-Q，φ-N)、三维(φ-Q-N)等多种放电谱图，后台局放诊断工控单元具有丰富的局放模式专家库，能够识别多种放电模式，并具有自我学习、记忆功能。

本实用新型灵敏度高，抗干扰能力强，结构简明、体积小，成本低；设备易于操作便于携带，能适合一次设备现场局放带电检测的需要，且显著提高工作效率，降低测量成本，便于推广应用。

附图说明

图1为本实用新型基于脉冲宽频超高频局放带电检测装置的结构示意图；

图2为图1所示装置的模拟信号智能处理单元的结构示意图；

图3为图2所示单元的超高频信号模块的结构示意图；

图4为图2所示单元的脉冲宽频信号模块的结构示意图；

图5为图1所示装置的数字信号智能处理单元的结构示意图；

图6为图5所示单元的FPGA智能组件的结构示意图；

图7为图5所示单元的DSP数据处理模块的结构示意图；

图8为图1所示装置的实施例结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型装置进行详细的描述。应当理解，附图所示实施例仅为了阐述本实用新型，而不是为了限制本实用新型适用范围。

如图1所示，本实用新型的一种基于脉冲宽频超高频局放带电检测装置，包括脉冲宽频传感器11、超高频传感器12，所述脉冲宽频传感器11、超高频传感器12连接模拟信号智能处理单元21，所述的模拟信号智能处理单元21连接数字信号智能处理单元31，所述的数字信号智能处理单元31连接局放综合诊断工控单元。

如图1所示，所述超高频传感器12采用阿基米德螺旋天线，所述脉冲宽频传感器11为高频电流传感器HFCT。具体实施：所述的阿基米德螺旋天线封装于超高频传感器内，可采用外置式、内置式两种安装方法安装于变压器、GIS等一次设备本体上；所述的高频电流传感器HFCT应用罗戈夫斯基线圈基本原理,用于耦合高压套管末屏接地线，包括磁芯、罗戈夫斯基线圈、滤波和取样单元以及电磁屏蔽盒。

图2为图1所示装置的模拟信号智能处理单元的实施例结构示意图，如图所示，所述的模拟信号智能处理单元21包括超高频信号模块22、脉冲宽频信号模块23，所述超高频信号模块22连接阿基米德螺旋天线、所述脉冲宽频信号模块23连接高频电流传感器(HFCT)。

图3为图2所示单元的超高频信号模块的实施例结构示意图，如图所示，所述的超高频信号模块22包括带通滤波器221(300M-1.5GHz)、程控放大器222、峰值保持器223，所述的带通滤波器221连接阿基米德螺旋天线，所述的程控放大器222连接所述的带通滤波器221，所述的峰值保持器223连接所述的程控放大器222。具体实施：所述超高频传感器12采集到的局放信号，首先缓冲隔离，减小后续电路对局放信号的影响，然后送入带通滤波器221，经过滤波后的信号进入程控放大器222，该电路增益可以由DSP芯片332预设定调节，最后经过放大的信号送入峰值保持器223。

图4为图2所示单元的脉冲宽频信号模块的实施例结构示意图，如图所示，所述的脉冲宽频信号模块23包括信号放大器231，所述的信号放大器231连接带通滤波器(10KHz-10MHz)232,所述带通滤波器232连接检波器233。

图5为图1所示装置的数字信号智能处理单元的实施例结构示意图，如图所示，所述的数字信号智能处理模块31包括FPGA智能组件32，所述的FPGA智能组件32连接DSP数字处理模块33，所述的DSP数字处理模块33连接以太网/光纤接口模块34。

图6为图5所示单元的FPGA智能组件的实施例结构示意图，如图所示，所述的FPGA智能组件32包括D/A转换器321，所述D/A转换器321连接比较器322与FPGA323,所述比较器322连接FPGA323,所述FPGA323连接工频触发器324，具体实施：FPGA323信号输出至D/A转换器321，D/A转换器321信号输出至比较器322，比较器322信号输出至FPGA323,工频触发器324信号输出至FPGA323。

图7为图5所示单元的DSP数字处理模块的实施例结构示意图，如图所示，所述的DSP数字处理模块33包括A/D转换器331，所述A/D转换器331连接DSP芯片332。

图8为本实用新型装置的实施例结构示意图，如图所示超高频传感器11连接带通滤波器221，所述带通滤波器221连接程控放大器222，所述程控放大器222连接峰值保持器223，所述脉冲宽频传感器12连接信号放大器231，所述信号放大器231连接带通滤波器232，所述带通滤波器232连接检波器233，所述峰值保持器223连接比较器322，所述比较器322连接FPGA323,FPGA323连接D/A转换器321，所述D/A转换器321连接比较器322，所述工频触发器324连接FPGA323,所述检波器233连接A/D转换器331，所述A/D转换器331连接DSP芯片332,所述DSP芯片332连接FPGA芯片323，所述DSP芯片323连接以太网光纤接口模块34，所述以太网光纤接口模块34连接局放综合诊断工控单元41。

本实用新型局放带电检测装置，具体实施主要包括以下步骤：

超高频传感器、脉冲宽频传感器的数据感知传输；

模拟信号的调理，超高频信号的滤波、放大、峰值保持处理，脉冲宽频信号的放大、滤波、检波处理；

数字信号的采集融合，采用主从式架构DSP为主机，FPGA为从机。DSP周期性定时发送查询参数(采样电平，工频周期数，放大增益，触发方式)至FPGA,FPGA获取N个工频周期下，工频周期M等分区间，每个区间的脉冲计数累和并传送至DSP，经过多个周期后可得到抑制环境噪音，周期性脉冲干扰后恒定参数下的局放时域谱图。

采用图像去噪方法中的邻域平均法来滤除干扰信号，由于局放信号具有周期重复性，当获取的数据具有了周期性统计特征，此时确定已经发生局部放电,DSP触发A/D转换器进行数据采集，这样可以确保脉冲宽频传感器采集的信号中包含放电信号，再经过去噪处理便可获取工频同步脉冲宽频信号，局放幅值的频域谱图。

DSP通过以太网/光纤接口模块将以上获取的时域、频域谱图同时传送至局放综合诊断工控单元，局放综合诊断工控单元对采集到的放电脉冲的幅值进行归一化处理、干扰滤除、特征量计算，并绘制φ-Vmax、φ-n、V-n、φ-V-n谱图和灰度图，分析比较相位和幅值特征，计算谱图的统计特征参数和寻找最优特征向量。

采用支持向量机和二叉树相结合的方式，根据所需识别的放电种类的数目，建立若干分类器SVM1～SVMm，对放电进行逐级模式识别。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于脉冲宽频超高频局放带电检测装置，其特征在于，包括超高频传感器，脉冲宽频传感器，模拟信号智能处理单元，数字信号智能处理单元，局放综合诊断工控单元，所述脉冲宽频传感器和超高频传感器连接于所述模拟信号智能处理单元，所述模拟信号智能处理单元连接于所述数字信号智能处理单元，所述数字信号智能处理单元连接于所述局放综合诊断工控单元。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超高频传感器采用阿基米德螺旋天线，所述超高频传感器至少为一个；所述脉冲宽频传感器为高频电流传感器HFCT，所述脉冲宽频传感器至少为一个。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模拟信号智能处理单元包括超高频信号模块、脉冲宽频信号模块；所述超高频信号模块连接多阶分形天线，所述脉冲宽频信号模块连接脉冲微电流传感器。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述超高频信号模块包括程控放大器、带通滤波器300M-1.5GHz、峰值保持器；所述脉冲宽频信号模块包括脉冲宽频信号放大器、带通滤波器20kHz-30MHz、检波器。

5.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述数字信号智能处理单元包括FPGA智能组件、DSP数字处理模块、以太网/光纤接口模块。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述FPGA智能组件包括D/A转换器、比较器、FPGA芯片、工频触发器；所述DSP数字处理模块包括A/D转换模块、DSP芯片。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述数字信号智能处理单元包括FPGA智能组件、DSP数字处理模块、以太网/光纤接口模块，所述FPGA智能组件连接所述超高频信号模块，所述DSP数字处理模块连接所述脉冲宽频信号模块。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述局放综合诊断工控单元为植入融合超高频，脉冲电流法局放综合诊断系统。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述局放综合诊断工控单元连接光电交换模块。