CN207007993U - 一种变压器局部放电的带电检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变压器局部放电的带电检测装置，涉及电力设备状态监测与故障诊断技术领域。所述变压器局部放电的带电检测装置，包括依次连接的检测单元、集中器、固定增益放大器、滤波器、程控隔离放大器、微调放大器、模数转换器、信号处理器以及示波器；采用集中器和滤波器，能够有效抑制因电源和接地引入的噪声信号，大幅提升带电检测数据的准确性；本实用新型能够快速、准确、实时、非侵入式的检测出电力变压器的超声波信号，解决设备运维中欠缺长期稳定、精确可信的带电检测装置的问题，为实时分析变压器本体内部局部放电位置及变压器的绝缘状态提供可靠依据。

Description

一种变压器局部放电的带电检测装置

技术领域

本实用新型属于电力设备状态监测与故障诊断技术领域，尤其涉及一种变压器局部放电的带电检测装置。

背景技术

在高电位对低电位的作用下，变压器内部绝缘结构的间隙、油膜或导体边缘等产生的未贯穿现象即是局部放电现象；而局部放电又是造成变压器绝缘老化和破坏的关键因素，故有必要通过排查、处理变压器的内部放电而提高设备的健康运行状态。局部放电过程会伴随着电荷转移和电能损耗，在此过程中会伴生一系列的声、光、电、气、机械振动的物理和化学变化，具体表征为脉冲电流、油中产气、光、超声波、电磁辐射和能量损耗等。根据局部放电的特性，可以考虑采用特高频法检测局部放电波形的幅度大小、放电次数、相位分布以及其他特征，从而为诊断变压器内部绝缘缺陷提供可靠依据。

特高频局部放电状态监测装置在电力系统得到广泛应用，可以探测到放电信号（属于特高频电磁波信号），进而判断、发现沿面放电、悬浮放电、油中间隙放电、尖端放电、绝缘纸放电、绕组匝间放电、铁芯感应放电等放电故障；然而由于特高频电磁波信号失真、丢失或不吻合既定的神经网络模型而导致漏判断和漏告警放电故障的情况。电力变压器内部绝缘发生局部放电时，不仅会产生高频脉冲电信号，同时较大的能量释放还将激发机械振荡波，产生超声波信号并以球面声波的形式经固、液绝缘介质向四周传播。

上述情况导致特高频监测技术难以真实反映变压器内部的实际放电情况，未能及时发现、处置电力变压器的潜伏性缺陷；并已严重阻碍了检测技术在电力企业内的推广应用，因此，有必要利用超声波信号检测从局部放电源到检测探头的传播时间等参数，实现对局部放电源进行定位，并保证其获得准确可靠的放电检测数据，从而准确、及早发现设备的潜伏性缺陷。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种变压器局部放电的带电检测装置，能够抑制和滤除带电检测装置现场应用时存在的干扰，并准确、可靠的转换原始放电检测数据，用以实现记录与评价局部放电特征指标的功能，解决行业内缺少可靠耐用的电力变压器局部放电带电检测装置，从而准确、及早发现设备的潜伏性缺陷，避免酿成电力安全生产事件。

本实用新型是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种变压器局部放电的带电检测装置，包括依次连接的检测单元、集中器、固定增益放大器、滤波器、程控隔离放大器、微调放大器、模数转换器、信号处理器以及示波器；

所述检测单元，用于采集变压器局部放电信号；所述集中器，用于实现对多测点同步实时监测，实时捕获局部放电特征的脉冲信号，抑制共模输入信号、零点漂移信号以及噪声信号；所述滤波器，用于对检测单元采集到的信号进行整流和滤波，滤除电磁波检测模拟信号回路中除常见内部放电超声波频率以外的其他频率，以确保得到既定频率内的信号；所述固定增益放大器、程控隔离放大器以及微调放大器，用于对所接受到的信号进行放大，减少信号失真；所述模数转换器，用于对接受到的信号进行采集、识别和编码等预处理，并将处理后的一系列连续数字信号上传至信号处理器；所述信号处理器，用于对经模数转换器预处理后的数字信号进行处理并传输给示波器，下发控制指令，保存检测数据；所述示波器，用于显示信号处理器处理后的结果，包括放电程度的幅度大小、时域波形等。

进一步的，所述检测单元包括至少一只安装在变压器油箱外壳上的超声波传感器，所述超声波传感器通过电缆与所述集中器连接。

进一步的，所述检测单元包括三只超声波传感器，三只所述的超声波传感器以横向排列、竖向排列或者三角形排列等相控阵方式安装在变压器油箱外壳的表面，优选的，以横向排列的方式安装在变压器油箱外壳的表面；以实现在方向角和仰角的不同方向上同时探测超声波信号，以便定位变压器局部放电的位置。

进一步的，所述超声波传感器采用压电晶体式超声换能器，其检测频率范围为20-200KHz，检测信号幅值为0-80dB。

进一步的，所述集中器包括CPU模块电路以及分别与CPU模块电路连接的接口匹配电路、通信模块电路和电源模块电路，所述通信模块电路通过电缆与所述检测单元和固定增益放大器连接；所述CPU模块电路包括CPU、时钟电路、CPU启动电路、看门狗电路以及调试电路，用于实现对通信模块的监测和控制功能；所述接口匹配电路，用于完成集中器与电缆之间的电平接口匹配；所述电源模块电路的输入端通过电源滤波器与外部电源连接，电源模块电路的输出端与CPU模块电路连接，用于提供稳定可靠的工作电源。

进一步的，所述固定增益放大器采用LTC6431系列的放大器，其固定放大倍数为10倍，噪声指数为2.6 nV/√Hz；所述程控增益放大器采用LTC6910系列的放大器，其增益选择数值为0、1、2、4、8、16、32 和 64V/V，噪声指数为7nV/√Hz；所述微调放大器采用LTC6655系列的放大器，其噪声指数为2nV/√Hz；不易受到工作电压变化的影响，保证所接受的信号和发出的信号无任何衰减。

进一步的，所述模数转换器采用LTC2165系列的转换器件，分辨率可达16位，采样速率大于25Msps，适用于要求苛刻的通信应用，具有卓越的噪声性能。

进一步的，所述信号处理器采用TMS320C6678系列的多核固体浮点型DSP处理器，支持高性能信号处理应用，超强的运算能力和优越的网络性能。

与现有技术相比，本实用新型所提供的变压器局部放电的带电检测装置，包括依次连接的检测单元、集中器、固定增益放大器、滤波器、程控隔离放大器、微调放大器、模数转换器、信号处理器以及示波器；采用集中器和滤波器，能够有效抑制因电源和接地引入的噪声信号，大幅提升带电检测数据的准确性；本实用新型能够快速、准确、实时、非侵入式的检测出电力变压器的超声波信号，解决设备运维中欠缺长期稳定、精确可信的带电检测装置的问题，为实时分析变压器本体内部局部放电位置和变压器的绝缘状态提供可靠依据；本实用新型能够定位和跟踪电力变压器潜伏性放电异常，避免在线监测装置维护多、投资大的问题，达到电力安全生产中风险、效能和成本综合最优的目标。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种变压器局部放电的带电检测装置的结构示意图；

其中，1-超声波传感器。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实施新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型所提供的变压器局部放电的带电检测装置，包括依次通过电缆连接的检测单元、集中器、固定增益放大器、滤波器、程控隔离放大器、微调放大器、模数转换器以及信号处理器；变压器局部放电的带电检测装置还包括示波器，示波器的输入端通过光纤与信号处理器的输出端连接。

检测单元包括三只以三角形排列的方式安装在变压器油箱外壳表面的超声波传感器1，三只超声波传感器1根据现场的应用和检测情况可以适当调节安装位置；集中器、固定增益放大器、滤波器、程控隔离放大器、微调放大器、模数转换器、信号处理器以及示波器部署在电力变压器本体附件，通常在变压器场内；本实用新型识别、转换已检测到的变压器局部放电异常产生的超声波信号，并在分析处理后提供表征放电程度的信号给试验人员分析和处理。

集中器包括CPU模块电路以及分别与CPU模块电路连接的接口匹配电路、通信模块电路和电源模块电路，通信模块电路通过电缆与三只超声波传感器1和固定增益放大器连接； CPU模块电路包括CPU、时钟电路、CPU启动电路、看门狗电路以及调试电路，用于实现对通信模块的监测和控制功能；接口匹配电路，用于完成集中器与电缆之间的电平接口匹配；电源模块电路的输入端通过电源滤波器与外部电源连接，电源模块电路的输出端与CPU模块电路连接，用于提供稳定可靠的工作电源。

超声波传感器1采用压电晶体式超声换能器，其检测频率范围为20-200KHz，检测信号幅值为0-80dB；固定增益放大器采用LTC6431系列的放大器，其固定放大倍数为10倍，噪声指数为2.6 nV/√Hz；程控增益放大器采用LTC6910系列的放大器，其增益选择数值为0、1、2、4、8、16、32 和 64V/V，噪声指数为7nV/√Hz；微调放大器采用LTC6655系列的放大器，其噪声指数为2nV/√Hz；模数转换器采用LTC2165系列的转换器件，分辨率可达16位，采样速率大于25Msps，适用于要求苛刻的通信应用，具有卓越的噪声性能；信号处理器采用TMS320C6678系列的多核固体浮点型DSP处理器，支持高性能信号处理应用，超强的运算能力和优越的网络性能。

在本实施例中，从集中器到信号处理器的传输电路中不仅可以传输所检测到的超声波信号，还可以传输控制命令；集中器实现对三只超声波传感器1同步实时监测，实时捕获局部放电特征的脉冲信号，并抑制其共模输入信号、零点漂移信号及噪声信号；滤波器对三只超声波传感器1采集到的超声波信号进行整流和滤波，滤除电磁波检测模拟信号回路中除常见内部放电超声波频率（70至150千赫兹）以外的其他频率，以确保得到既定频率内的信号；固定增益放大器、程控隔离放大器、微调放大器按要求放大三只超声波传感器1所探测的微弱超声波信号，减少信号失真，使之具有高增益、低噪声和易识别的特征，并且不受到工作电压突变产生的影响，保证所收发的信号无任何衰减；模数转换器对超声波信号进行采集、识别、编码等预处理，并将处理后的一系列连续数字信号上传至信号处理器；信号处理器的输出端与示波器输入端通过光纤相互连接，其信号回路可传输检测值、波形、趋势、时间等。在本实用新型应用中，信号处理器除可传输检测信号、时间之外，还可下发控制指令和保存5000组以上的检测数据。

结合图1，本实用新型具体操作过程如下：

1）变压器巡检或试验人员将本实用新型的一种变压器局部放电的带电检测装置成套组装于某运行中的110千伏电力变电器本体附近，并接入电源；

2）在电力变压器本体外壳的表面以相控阵的形式布置至少一只超声波传感器，通过不同位置的超声波传感器实现在方向角和仰角的不同方向上同时探测超声波信号，以利于定位局部放电的位置；

3）集中器将同时采集不同位置的超声波信号，超声波信号再经固定增益放大器、滤波器、程控隔离放大器、微调放大器、模数转换器后输入到信号处理器；

4）信号处理器将经模数转换后的放电检测数据经过分析处理后通过光纤传输至示波器，示波器显示表征放电程度的幅度大小、时域波形等，为电力变压器试验或巡检人员提供诊断、分析变压器绝缘状态的依据，以便试验或巡检人员分析、及时处理变压器的绝缘异常情况。

以上所揭露的仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变压器局部放电的带电检测装置，其特征在于：包括依次连接的检测单元、集中器、固定增益放大器、滤波器、程控隔离放大器、微调放大器、模数转换器、信号处理器以及示波器；

所述检测单元，用于采集变压器局部放电信号；所述集中器，用于实现对多测点同步实时监测，实时捕获局部放电特征的脉冲信号，抑制共模输入信号、零点漂移信号以及噪声信号；所述滤波器，用于对检测单元采集到的信号进行整流和滤波；所述固定增益放大器、程控隔离放大器以及微调放大器，用于对所接受到的信号进行放大，减少信号失真；所述模数转换器，用于对接受到的信号进行预处理，并将处理后的一系列连续数字信号上传至信号处理器；所述信号处理器，用于对经模数转换器预处理后的数字信号进行处理并传输给示波器，下发控制指令，保存检测数据；所述示波器，用于显示信号处理器处理后的结果。

2.如权利要求1所述的变压器局部放电的带电检测装置，其特征在于：所述检测单元包括至少一只安装在变压器油箱外壳上的超声波传感器，所述超声波传感器通过电缆与所述集中器连接。

3.如权利要求2所述的变压器局部放电的带电检测装置，其特征在于：所述检测单元包括三只超声波传感器，三只所述的超声波传感器以相控阵方式安装在变压器油箱外壳的表面。

4.如权利要求2或3所述的变压器局部放电的带电检测装置，其特征在于：所述超声波传感器采用压电晶体式超声换能器，所述超声波传感器的检测频率范围为20-200KHz，检测信号幅值为0-80dB。

5.如权利要求1所述的变压器局部放电的带电检测装置，其特征在于：所述集中器包括CPU模块电路以及分别与CPU模块电路连接的接口匹配电路、通信模块电路和电源模块电路，所述通信模块电路通过电缆与所述检测单元和固定增益放大器连接；所述CPU模块电路包括CPU、时钟电路、CPU启动电路、看门狗电路以及调试电路，用于实现对通信模块的监测和控制功能；所述接口匹配电路，用于完成集中器与电缆之间的电平接口匹配；所述电源模块电路的输入端通过电源滤波器与外部电源连接，电源模块电路的输出端与CPU模块电路连接，用于提供稳定可靠的工作电源。

6.如权利要求1所述的变压器局部放电的带电检测装置，其特征在于：所述固定增益放大器采用LTC6431系列的放大器，所述固定增益放大器的固定放大倍数为10倍，噪声指数为2.6 nV/√Hz；所述程控增益放大器采用LTC6910系列的放大器，所述程控增益放大器的增益选择数值为0、1、2、4、8、16、32 和 64V/V，噪声指数为7nV/√Hz；所述微调放大器采用LTC6655系列的放大器，所述微调放大器的噪声指数为2nV/√Hz。

7.如权利要求1所述的变压器局部放电的带电检测装置，其特征在于：所述模数转换器采用LTC2165系列的转换器件，分辨率达16位，采样速率大于25Msps。

8.如权利要求1所述的变压器局部放电的带电检测装置，其特征在于：所述信号处理器采用TMS320C6678系列的多核固体浮点型DSP处理器。