CN206832942U - 超声放大器和便携式gis局部放电带电检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种特高频放大器、一种超声放大器和便携式GIS局部放电带电检测系统，其中超声放大器包括依次连接的第一阻抗匹配带通滤波电路、第一放大滤波电路以及分别与第一放大滤波电路连接的第一原始信号输出电路和第一检波输出电路；第一阻抗匹配带通滤波电路接收超声信号，将超声信号经第一阻抗匹配带通滤波电路和第一放大滤波电路处理后通过第一原始信号输出电路或第一检波输出电路输出至与超声放大器连接的示波器。上述的超声放大器先将超声信号利用带通滤波电路进行滤波处理，可以筛选出有效信号(即去除干扰信号)，然后对有效信号进行放大，可以有效保证对有效信号进行放大，增强了信号放大的效果。

Description

超声放大器和便携式GIS局部放电带电检测系统

技术领域

本实用新型涉及GIS局部放电检测与故障诊断技术领域，特别是涉及一种超声放大器和便携式GIS局部放电带电检测系统。

背景技术

GIS(Gas Insulated Switchgear，气体绝缘全封闭组合电器)是变电站中重要的电气设备之一，GIS设备自20世纪60年代实用化以来，由于其结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强等优点，在我国电力系统高压输变电系统中得到广泛应用。在实际工作中，若GIS 设备发生绝缘故障将直接导致变电站电力设备受损，造成供电中断，严重影响正常的生产生活，电网公司越来越重视电力设备的安全性。GIS设备由于制造、运行和安装过程中产生的气泡、毛刺、螺丝遗落等均会导致局部场强升高，产生局部放电现象，局部放电是GIS内部发生绝缘破坏的先兆，因此，能够快速的检测GIS局部放电就显得尤为重要。

目前，现场检测GIS局部放电最常用的方法是超声波法和特高频法两种。其中超声波检测法是根据局部放电产生的超声波信号进行局部放电的判断分析方法。典型的超声传感器的频带大多为50kHz-200kHz，其优点是一方面不影响电气主设备的安全运行，另一方面受电磁干扰影响较小，定位准确。缺点是放电源和超声探头之间的波阻抗异常复杂，超声波信号常常因为传播途径复杂、衰减严重而导致检测灵敏度很低，并且该检测系统设备笨重、现场布线操作复杂。另外，在利用超声波法时，需要利用超声放大器对超声传感器检测的超声信号进行放大，现有的超声放大器放大效果差。

特高频法是目前局部放电检测的一种新方法，该方法通过天线耦合接收局部放电过程辐射的UHF电磁波，实现局部放电的检测。UHF检测具有灵敏度高等特点，因而在近年来得到了迅速的发展和广泛的应用。但是，该检测系统精准定位能力弱，且设备笨重、现场布线操作复杂。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有的超声放大器放大效果差，提供一种超声放大器。

一种超声放大器，包括依次连接的第一阻抗匹配带通滤波电路、第一放大滤波电路以及分别与所述第一放大滤波电路连接的第一原始信号输出电路和第一检波输出电路；

所述第一阻抗匹配带通滤波电路处理接收到的超声信号，将所述超声信号经第一阻抗匹配带通滤波电路和所述第一放大滤波电路处理后通过所述第一原始信号输出电路或所述第一检波输出电路输出至与所述超声放大器连接的示波器。

本实用新型中的超声放大器包括第一阻抗匹配带通滤波电路、第一放大滤波电路以及分别与第一放大滤波电路连接的第一原始信号输出电路和第一检波输出电路，先将超声信号利用带通滤波电路进行滤波处理，可以筛选出有效信号(即去除干扰信号)，然后对有效信号进行放大，可以保证对有效信号进行放大，增强了信号放大的效果。

另外，针对现有的便携式GIS局部放电带电检测系统检测灵敏度与定位准确性之间存在的问题，提供一种便携式GIS局部放电带电检测系统。

一种便携式GIS局部放电带电检测系统，其特征在于，包括一体化特高频传感器、超声传感器、示波器以及超声放大器，其中所述超声放大器依次连接的第一阻抗匹配带通滤波电路、第一放大滤波电路以及分别与所述第一放大滤波电路连接的第一原始信号输出电路和第一检波输出电路；

所述一体化特高频传感器接收GIS局部放电产生的特高频信号并将所述特高频信号传输至所述示波器；

所述超声传感器接收GIS局部放电产生的超声信号，并将所述超声信号经过所述超声放大器放大后输出至所述示波器。

本实用新型中的便携式GIS局部放电带电检测系统，采用一体化特高频传感器、超声传感器、超声放大器以及示波器，有效地将超声波法和特高频法结合起来，在局部放电带电检测中灵敏度高、定位准确，进而使得检测结果更加精确。另外，采用一体化特高频传感器，设备个数少，现场布线简单。

附图说明

图1为本实用新型的超声放大器在其中一个实施例中的结构图；

图2为本实用新型的超声放大器在其中一个实施例中的结构图；

图3为本实用新型的便携式GIS局部放电带电检测系统在其中一个实施例中的结构图；

图4为本实用新型的便携式GIS局部放电带电检测系统在其中一个实施例中的结构图；

图5为本实用新型的一体化特高频传感器在其中一个实施例中的结构图；

图6为本实用新型的一体化特高频传感器在其中一个实施例中的结构图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/ 或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。另外，本文中“第一”、“第二”只是为了区分所描述的对象，并不是对对象的限定。

如图1所示，一种超声放大器，包括依次连接的第一阻抗匹配带通滤波电路100、第一放大滤波电路200以及分别与第一放大滤波电路200连接的第一原始信号输出电路300和第一检波输出电路400；其中第一阻抗匹配带通滤波电路 100处理接收到的超声信号，将超声信号经第一阻抗匹配带通滤波电路100和第一放大滤波电路处理200后通过第一原始信号输出电路300或第一检波输出电路400输出至与超声放大器连接的示波器。

本实用新型中的超声放大器包括第一阻抗匹配带通滤波电路100、第一放大滤波电路200以及分别与第一放大滤波电路200连接的第一原始信号输出电路 300和第一检波输出电路400，先将超声信号利用带通滤波电路进行滤波处理，可以筛选出有效信号(即去除干扰信号)，然后对有效信号进行放大，可以保证对有效信号进行放大，增强了信号放大的效果。

在其中一个实施例中，所述第一阻抗匹配带通滤波电路为多阶阻抗匹配带通滤波电路。

具体而言，利用阻抗匹配带通滤波电路100对采集到的超声信号进行滤波，可以筛选出有效频带信号(例如10kHz～300kHz)，除去杂波信号，在后期滤波放大时增强信号效果。另外，可以采用二阶、三阶或更高阶阻抗匹配带通滤波电路(例如第一带通滤波器可以为5阶也可以为7阶或9阶甚至更高的阶数) 以及一阶、二阶以及多阶阻抗匹配带通滤波电路组合，在这里不作限定，具体可以根据实际选择合适数量以及种类的带通滤波电路。

在其中一个实施例中，第一放大滤波电路200包括依次连接的第一一级放大滤波电路、第一二级放大滤波电路、第一三级放大滤波电路、第一四级放大滤波电路和第一五级放大滤波电路。

在本实施例中，利用放大滤波电路对经过带通滤波后的超声信号进行放大，可以采用一级、二级或多级放大滤波电路，其中一般情况下，放大滤波电路级数越多，其信号放大效果越好。

在其中一个具体的实施例中，如图2所示，超声放大器包括依次连接的第一阻抗匹配带通滤波电路100、第一一级放大滤波电路201、第一二级放大滤波电路202、第一三级放大滤波电路203、第一四级放大滤波电路204、以及分别与第一四级放大滤波电路204连接的第一原始信号输出电路300和第一检波输出电路400；其中，超声传感器接收GIS局部放电产生的超声信号，并将超声信号经第一阻抗匹配带通滤波电路100、第一一级放大滤波电路201、第一二级放大滤波电路202、第一三级放大滤波电路203和第一四级放大滤波电路204后通过第一原始信号输出电路300或第一检波输出电路400输出至示波器。

在其中一个实施例中，如图2所示，超声放大器还还包括壳体500，依次连接的电池充电接口600、可充电电池700、电源开关800和电源指示灯900。其中第一阻抗匹配带通滤波电路100、第一放大滤波电路200、第一原始信号输出电路300、第一检波输出电路400和可充电电池700分别设置于壳体600内部。电池充电接口700、电源开关800和电源指示灯900分别设置于壳体600侧壁。

具体而言，在本实施例中超声放大器采用锂电池供电，可以连续供电5个小时，其中锂电池为可充电电池。因此在超声放大器上设置有电池充电接口、电源开关以及电源指示灯。采用可充电电池为超声放大器供电一方面避免了现场供电拉线的繁琐过程，另一方面电池可以重复使用，节约资源。

在其中一个实施例中，超声放大器还包括差分信号输入端口1000和单信号输入端口1100，差分信号输入端口1000和单信号输入端口1100分别连接第一阻抗匹配带通滤波电路100；差分信号输入端口1000和单信号输入端口1100分别设置于分别设置于超声放大器的壳体600侧壁。

在其中一个实施例中，超声放大器还包括信号输入端口选择开关1200，信号输入端口选择开关1200分别连接差分信号输入端口1000和单信号输入端口 1100，信号输入端口选择开关1200分别设置于壳体600侧壁。

在本实施例中，超声放大器有两个输入口，一个为差分信号输入端1000，另一为单信号输入端1100，两路信号可以切换，在实际工作中可以根据需求选择信号输入端将超声传感器采集到的GIS的局放超声信号传输至超声放大器 30。另外，在超声放大器上设置输入端口选择开关1200，便于选择信号输入方式的选择。

在其中一个实施例中，超声放大器30还包括输出信号增益调节开关1300，输出信号增益调节开关1300分别连接第一原始信号输出电路300和第一检波输出电路400，输出信号增益调节开关1300设置于超声放大器的壳体600侧壁。

具体地，超声传感器将接收GIS局部放电产生的超声信号，并将超声信号经过阻抗匹配带通滤波以及多级放大之后通过第一原始信号输出电路300或第一检波输出电路400输出至示波器。其中，在信号输出时增益40或60dB，可以根据现场测量需求调整合适的增益。因此，在超声放大器壳体侧壁设置输出信号增益调节开关1300，用于对输出信号增益的调节。

应当理解，上述所有实施例中的“第一”只是为了区分所描述的对象(即将超声放大器的结构与一体化特高频传感器的结构做一区分，如图5至图6)，并不是对对象的限定。

如图3所示，一种便携式GIS局部放电带电检测系统，包括一体化特高频传感器10、超声传感器20、示波器40以及与上述实施例中的(或图1至图2) 超声放大电路；其中一体化特高频传感器10接收GIS局部放电产生的特高频信号并将特高频信号传输至示波器40；超声传感器20接收GIS局部放电产生的超声信号，并将超声信号经过超声放大器30放大后输出至示波器40。

具体地，在本实施例中的便携式GIS局部放电带电检测系统主要采用超声波法和特高频法两种方法结合来检测GIS局部放电，即利用一体化特高频传感器10来检测GIS局部放电中的特高频信号，然后将特高频信号传输至示波器，示波器40根据特高频信号实时显示特高频信号波形，根据特高频信号波形确定 GIS局部放电的大致位置。与此同时，采用超声传感器20来检测GIS局部放电中的超声信号，然后将超声信号经过超声放大器30放大之后传输至示波器，示波器40根据超声信号实时显示超声信号的波形，根据超声信号的波形来确定局部放电的精确位置。其中，超声传感器20检测带宽为10kHz—300kHz，增益为 40或60dB。另外，超声传感器20采用美国PAC公司超声传感器差分探头，该超声传感器自带一米长屏蔽电缆和超声放大器差分输入连接端，该超声传感器灵敏度高，并且方便与超声放大器连接输出超声差分信号。

上述的便携式GIS局部放电带电检测系统，采用一体化特高频传感器、超声传感器、超声放大器以及示波器，有效地将超声波法和特高频法结合起来，在局部放电检测中灵敏度高、定位准确，进而使得检测结果更加精确。另外，采用一体化特高频传感器，设备个数少，现场布线简单。

在其中一个实施例中，如图5所示，一体化特高频传感器10包括耦合天线 11和特高频放大电路12，其中特高频放大电路12依次连接的第二阻抗匹配带通滤波电路120、第二放大滤波电路121以及分别与第二多级放大滤波电路121 连接的第二原始信号输出电路122和第二检波输出电路123；耦合天线11接收 GIS局部放电产生的特高频信号，并将特高频信号经第二阻抗匹配带通滤波电路 120、第二放大滤波电路121处理后通过第二原始信号输出电路122或第二检波输出电路123输出至示波器40。

在其中一个实施例中，第二阻抗匹配带通滤波电路120可以为多阶阻抗匹配带通滤波电路，其中第二阻抗匹配带通滤波电路阶数越高，滤波效果越好。

具体而言，利用第二阻抗匹配带通滤波电路12对超声信号进行滤波，筛选出有效频带信号(例如200MHz～1GHz)，除去杂波信号，在后期滤波放大时增强信号放大效果。另外，可以采用一阶、二阶或多阶阻抗匹配带通滤波电路，在这里不作限定，具体可以根据实际选择合适数量以及种类的带通滤波电路。

在其中一个实施例中，第二放大滤波电路121为依次连接的第二一级放大滤波电路、第二二级放大滤波电路、第二三级放大滤波电路、第二四级放大滤波电路和第二五级放大滤波电路。

在本实施例中，利用放大滤波电路对经过带通滤波后的超声信号进行放大，可以采用一级、二级或多级放大滤波电路，其中一般情况下，放大滤波电路越多，放大效果越好。

在其中一个具体的实施例中，如图6所示，特高频放大电路12包括依次连接的第二阻抗匹配带通滤波电路120、第二一级放大滤波电路1210、第二二级放大滤波电路1211、第二三级放大滤波电路1212、第二四级放大滤波电路1213、以及分别与第二四级放大滤波电路1213连接的第二原始信号输出电路122和第二检波输出电路124；其中耦合天线11接收GIS的特高频信号，并将特高频信号经第二阻抗匹配带通滤波电路120、第二一级放大滤波电路1210、第二二级放大滤波电路1211、第二三级放大滤波电路1212和第二四级放大滤波电路1213 后通过第二原始信号输出电路122或第二检波输出电路123输出至示波器40。

具体而言，一体化特高频传感器10中的耦合天线11用于接收GIS局部放电产生的特高频信号，并将特高频信号经过阻抗匹配带通滤波以及多级放大之后通过第二原始信号输出电路122或第二检波输出电路123输出至示波器40。其中，一体化特高频传感器10检测带宽为200MHz—1GHz，增益为45dB。采用一体化的特高频传感器10，检测灵敏度高且现场布线操作简单快捷。

在其中一个实施例中，如图6所示，一体化特高频传感器10还包括壳体124，依次连接的电池充电接口125、可充电电池126、电源开关127、电源指示灯128 其中第二阻抗匹配带通滤波电路120、第二放大滤波电路121、第二原始信号输出电路122、第二检波输出电路123和可充电电池126分别设置于壳体124内部；电池充电接口125、电源开关127和侧壁电源指示灯128分别设置于侧壁壳体 124侧壁。

具体而言，在本实施例中一体化特高频传感器10采用锂电池供电，可以连续供电5个小时，其中锂电池为可充电电池。因此在一体化特高频传感器上设置有电池充电接口、电源开关以及电源指示灯。采用可充电电池为一体化特高频传感器供电一方面避免了现场供电拉线的繁琐过程，另一方面电池可以重复使用，节约资源。

在其中一个实施例中，如图4所示，一体化特高频传感器10至少为2个。

具体而言，一体化特高频传感器10可以是两个，分别记为一体化特高频传感器1和一体化特高频传感器2，通过低损耗双屏蔽电缆分别连接示波器CH1、 CH2。一体化特高频传感器1和一体化特高频传感器2接收到GIS的局放信号后，将局放信号实时传输至示波器40，示波器40实时的显示出局放信号的幅频特性，可以根据一体化特高频传感器1和一体化特高频传感器2采集到局放信号波形的时差或信号幅值大小来确定大致放电位置，通常情况下接收的信号幅值大的特高频传感器距离放电点的位置比较近或者接收到的信号早的特高频传感器距离放电点的位置比较近。另外。示波器40采集的波形能够快速存储下来，导入计算机进一步对采集到的局放信号进行数据处理分析。采用两个一体化特高频传感器为了更快的找出GIS内部局放的故障位置。

可选地，一体化特高频传感器10也可以是3个以及3个以上。采用多个一体化特高频传感器10可以更加快速以及准确找出GIS放电位置，但由于GIS设备本身的结构特征以及成本影响，在实际的带电检测中，一体化特高频传感器不用太多，可以根据实际现场带电测量应用情况进行合理布置。

在其中一个实施例中，如图4所示，超声放大器至少为2个。

具体而言，超声传感器20可以是两个，分别记为超声传感器1和超声传感器2。超声放大器30的数目与超声传感器20数目相同，分别记为超声放大器1 和超声放大器2，其中超声放大器1和超声放大器2分别连接示波器CH3、CH4。超声传感器1和超声传感器2接收到GIS的局放超声信号后，将局放超声信号分别通过超声放大器1和超声放大器2放大后实时传输至示波器40，示波器40 实时的显示出局放超声信号的幅频特性，可以根据一体化特高频传感器1和一体化特高频传感器2采集到局放信号波形的时差来确定大致放电位置，通常情况下接收到的信号早且信号幅值较大的超声传感器距离放点的位置比较近。采用两个超声传感器和超声放大器为了更快的找出GIS内部局放的故障位置。

可选地，超声传感器20也可以是3个以及3个以上。采用多个超声传感器 20可以更加快速以及准确找出GIS放电位置，但由于GIS设备本身的结构特征以及成本影响，在实际情况中，超声传感器不用太多，可以根据实际应用情况进行合理布置。

在其中一个实施例中，如图4所示，示波器40为FLUKE190便携式示波器。

在本实施例中，示波器40可以为便携式高速示波器FLUKE190-504，带宽为500MHz，4个通道，实时采样率5GS/s，最大记录长度ScopeRecord模式，每次输入30,000pt。FLUKE190-504采用锂电池供电，可以持续稳定的供电5 个小时，FLUKE190-504可以对采集到的局放信号方便的显示。

应当理解，上述所有实施例中的“第一”、“第二”只是为了区分所描述的对象(将超声放大器的结构与一体化特高频传感器的结构做一区分)，并不是对对象的限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超声放大器，其特征在于，包括依次连接的第一阻抗匹配带通滤波电路、第一放大滤波电路以及分别与所述第一放大滤波电路连接的第一原始信号输出电路和第一检波输出电路；

所述第一阻抗匹配带通滤波电路处理接收到的超声信号，将所述超声信号经第一阻抗匹配带通滤波电路和所述第一放大滤波电路处理后通过所述第一原始信号输出电路或所述第一检波输出电路输出至与所述超声放大器连接的示波器。

2.根据权利要求1所述的超声放大器，其特征在于，所述第一阻抗匹配带通滤波电路为多阶阻抗匹配带通滤波电路。

3.根据权利要求1所述的超声放大器，其特征在于，所述第一放大滤波电路包括依次连接第一一级放大滤波电路、第一二级放大滤波电路、第一三级放大滤波电路、第一四级放大滤波电路和第一五级放大滤波电路中。

4.根据权利要求1-3任一项所述的超声放大器，其特征在于，所述超声放大器包括还包括壳体，依次连接的电池充电接口、可充电电池、电源开关、电源指示灯；

所述第一阻抗匹配带通滤波电路、所述第一放大滤波电路、所述第一原始信号输出电路、所述第一检波输出电路和所述可充电电池分别设置于所述壳体内部；

所述电池充电接口、所述电源开关和所述电源指示灯分别设置于所述壳体的侧壁。

5.根据权利要求4所述的超声放大器，其特征在于，所述超声放大器还包括设置于所述壳体侧壁上的差分信号输入端口和单信号输入端口，所述差分信号输入端口和所述单信号输入端口分别连接所述第一阻抗匹配带通滤波电路。

6.根据权利要求5所述的超声放大器，其特征在于，所述超声放大器还包括信号输入端口选择开关，所述信号输入端口选择开关分别连接所述差分信号输入端口和所述单信号输入端口，所述信号输入端口选择开关设置于所述壳体侧壁。

7.根据权利要求5或6所述的超声放大器，其特征在于，所述超声放大器还包括输出信号增益调节开关，所述输出信号增益调节开关分别连接所述第一原始信号输出电路和所述第一检波输出电路，所述输出信号增益调节开关设置于所述壳体侧壁。

8.一种便携式GIS局部放电带电检测系统，其特征在于，包括一体化特高频传感器、超声传感器、示波器以及如权利要求1-7任一项所述的超声放大器；

所述一体化特高频传感器接收GIS局部放电产生的特高频信号并将所述特高频信号传输至所述示波器；

所述超声传感器接收GIS局部放电产生的超声信号，并将所述超声信号经过所述超声放大器放大后输出至所述示波器。

9.根据权利要求8所述的便携式GIS局部放电带电检测系统，其特征在于，所述一体化特高频传感器包括耦合天线和特高频放大电路，其中所述特高频放大电路包括依次连接的第二阻抗匹配带通滤波电路、第二放大滤波电路以及分别与所述第二多级放大滤波电路连接的第二原始信号输出电路和所述第二检波输出电路；

所述耦合天线接收所述GIS局部放电产生的特高频信号，并将所述特高频信号经所述第二阻抗匹配带通滤波电路、所述第二放大滤波电路处理后通过所述第二原始信号输出电路或所述第二检波输出电路输出至所述示波器。

10.根据权利要求8或9所述的便携式GIS局部放电带电检测系统，其特征在于，所述一体化特高频传感器还包括壳体，依次连接的电池充电接口、可充电电池、电源开关、电源指示灯；

所述第二阻抗匹配带通滤波电路、所述第二放大滤波电路、所述第二原始信号输出电路、所述第二检波输出电路和所述可充电电池分别设置于所述壳体内部；

所述电池充电接口、所述电源开关和所述电源指示灯分别设置于所述壳体侧壁。