CN207281236U - 一种变压器局部放电仿真测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及局部放电检测技术领域，具体涉及一种变压器局部放电仿真测试系统，具体包括检测传感器、信号处理单元、A/D转换单元、中央处理器CPU、分压电路单元、外同步电压输入单元、电压检测单元、同步信号形成电路单元、嵌入式工业计算机、电源单元。本实用新型提供了一种变压器局部放电仿真测试系统，具有多通道同步检测的优点，可选配阻抗匹配单元，高频宽带互感器，超声探测器，天线放大器等多种检测传感器，各通道通过选择合适的检测传感器可同时从被测设备的多个测点获取信号。

Description

一种变压器局部放电仿真测试系统

技术领域

本实用新型涉及局部放电检测技术领域，具体涉及一种变压器局部放电仿真测试系统。

背景技术

局部放电是反映电力变压器设备绝缘性能的重要特征参数之一，它是电力变压器设备绝缘劣化的征兆和表现形式，又是设备绝缘进一步劣化的原因。此外，绝缘性故障是影响电力变压器安全稳定运行的重要原因,因此，检测电力变压器设备局部放电的特征，能够有助于及早发现其内部早期的绝缘缺陷，并通过及时的故障诊断与状态评价，以采取具体处理措施，避免其恶性发展。

目前可以通过电力变压器局部放电模拟试验系统模拟变压器内部真实的局部放电，实现记录、考核、研究各类局部放电监测装置和检测仪器针对局部放电的检测频率、灵敏度、线性度、脉冲计数、动态范围、诊断识别等特征参量的技术手段，提高监测设备品控质量、健康水平和使用效率，鉴于此，有必要研制一种变压器局部放电仿真测试系统。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种变压器局部放电仿真测试系统，具体技术方案如下：

一种变压器局部放电仿真测试系统包括检测传感器、信号处理单元、A/D转换单元、中央处理器CPU、分压电路单元、外同步电压输入单元、电压检测单元、同步信号形成电路单元、嵌入式工业计算机、电源单元；所述信号处理单元包括隔离保护模块、高通滤波模块、倍率衰减模块、隔离放大器、一级滤波模块、二级滤波模块、放大器、信号驱动器；

所述隔离保护模块包括隔离变压器、气体放电管，用于隔离检测回路上的高压放电信号；

所述高通滤波模块用于滤除检测频带外的干扰信号，通带范围为10kHz~1MHz；

所述倍率衰减模块用于对信号进行衰减使其满足后端电路的电压输入范围，衰减范围为0~60dB；

所述隔离放大器包括隔离升压变压器，用于对信号进行放大使其满足A/D转换单元的电采集压范围内；

所述一级滤波模块包括高通滤波器，用于滤除干扰信号并使信号的频带满足局部放电测量标准，通带范围为20kHz~1MHz；

所述二级滤波模块包括低通滤波器，用于滤除干扰信号并使信号的频带满足局部放电测量标准，通带范围为10kHz~400kHz；

所述放大器包括运算放大器，用于对信号进行放大使其满足A/D转换单元的采集电压范围内；

所述信号驱动器包括运算放大器，用于增加输出信号的带负载能力；

所述隔离保护模块、高通滤波模块、倍率衰减模块、隔离放大器、一级滤波模块、二级滤波模块、放大器、信号驱动器依次连接；

所述检测传感器与信号处理单元连接，信号处理单元分别与中央处理器CPU、A/D转换单元连接，A/D转换单元与嵌入式工业计算机连接；

分压电路单元与外同步电压输入单元连接，外同步电压输入单元与电压检测单元连接，电压检测单元与中央处理器CPU连接，中央处理器CPU与嵌入式工业计算机连接，同步信号形成电路单元分别与中央处理器CPU单元、A/D转换单元连接；

所述检测传感器用于检测局部放电信号并将检测到的局部放电信号传输至信号处理单元，所述信号处理单元用于对局部放电信号进行放大、滤波处理，并将处理后的局部放电信号输入至A/D转换单元，所述A/D转换单元用于对信号处理单元处理后的局部放电信号转换为数字信号并将数字信号输入至嵌入式工业计算机，所述嵌入式工业计算机用于对数字信号进行处理并实现波形显示、波形分析、数字显示和生成检测报告；所述中央处理器CPU单元用于控制信号处理单元的增益、频带选择，测量电压检测单元检测的试验电压信号，并检测同步脉冲形成电路形成的同步信号和选择同步信号；

所述外同步电压输入单元、中央处理器CPU、电源单元、同步信号形成电路单元分别与单刀双掷继电器连接；

所述分压电路单元用于将试验电压信号分为两路试验电压信号，一路试验电压信号经过外同步电压输入单元输送至电压检测单元检测试验电压信号，另一路试验电压信号作为外同步信号，所述电源单元作为内同步信号；所述中央处理器CPU通过控制单刀双掷继电器选择外同步信号或者内同步信号输入至同步信号形成电路单元为确定局部放电信号的相位提供相位基准。

进一步，所述A/D转换单元采用芯片AD8031，分辨率为12位。

进一步，中央处理器CPU采用intel Atom D425处理器，主频1.8GHz。

进一步，所述中央处理器CPU包括增益控制模块、频带选择模块、电压测量模块、内外同步选择模块、同步检测模块；

所述增益控制模块与信号处理单元连接，用于控制信号处理单元的增益倍数；

频带选择模块与信号处理单元连接，用于选择信号处理单元的频带；

电压测量模块与电压检测单元连接，用于监测试验电压信号；

内外同步选择模块用于切换同步输入信号，选择外同步信号或者内同步信号；

同步检测模块与同步脉冲形成电路单元连接，用于检测同步脉冲形成电路单元产生的局部放电同步信号。

进一步，所述同步脉冲形成电路单元包括输入隔离保护模块、带通滤波模块、限幅模块、过零检测模块、同步脉冲形成模块、驱动器；

所述输入隔离保护模块包括隔离变压器、气体放电管，用于隔离检测回路上的高压脉冲信号；

所述带通滤波模块包括有源滤波器，用于去除同步信号频率范围之外的干扰信号，所述同步信号频率范围为50~400Hz；

所述限幅模块包括TVS瞬态抑制二极管，用于吸收高压信号，确保通过的信号在A/D转换单元的采集电压范围内；

所述过零检测模块包括电压比较器，用于实现过零检测，并将正弦波信号转换为方波信号；

所述同步脉冲形成模块包括NE555定时器，用于将过零检测模块输出的方波信号进行整形，形成同步脉冲信号；

所述驱动器包括运算放大器，用于增加输出信号的带负载能力；

所述输入隔离保护模块、带通滤波模块、限幅模块、过零检测模块、同步脉冲形成模块、驱动器依次连接。

进一步，所述嵌入式工业计算机的CPU的主频为1.6GHz及以上，包括嵌入式一体化键盘、液晶显示屏、鼠标接口、键盘接口、CRT接口、USB接口、打印机接口、硬盘。

进一步，所述中央处理器CPU包括RS232接口，所述中央处理器CPU通过RS232接口与嵌入式工业计算机连接。

进一步，电源单元输出的电压为220V，频率为50Hz。

进一步，所述试验电压信号的幅值为0~200V，频率为50~400Hz。

本实用新型提供了一种变压器局部放电仿真测试系统，具有多通道同步检测的优点，可选配阻抗匹配单元，高频宽带互感器，超声探测器，天线放大器等多种检测传感器，各通道通过选择合适的检测传感器可同时从被测设备的多个测点获取信号。本实用新型可方便地完成多种放电模型的同时测量或单个放电模型的多个位置同时测量，在检测局部放电量的同时能够分析放电性质，识别放电类型，并确定产生局部放电的空间位置。通过本实用新型在模拟变压器局部放电试验系统上的应用、测试和研究，能够积累大型变压器局部放电带电检测的数据和经验，使大型变压器局部放电部位的带电评估诊断成为可能。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的信号处理单元的隔离保护模块的结构示意图；

图3为本实用新型的信号处理单元的高通滤波模块的结构示意图；

图4为本实用新型的信号处理单元的倍率衰减模块的结构示意图；

图5为本实用新型的信号处理单元的隔离放大器的结构示意图；

图6为本实用新型的信号处理单元的一级滤波模块的结构示意图；

图7为本实用新型的信号处理单元的二级滤波模块的结构示意图；

图8为本实用新型的信号处理单元的放大器的结构示意图；

图9为本实用新型的信号处理单元的驱动器的结构示意图；

图10为本实用新型的同步脉冲形成电路单元的输入隔离保护模块的结构示意图；

图11为本实用新型的同步脉冲形成电路单元的带通滤波模块的结构示意图；

图12为本实用新型的同步脉冲形成电路单元的过零检测模块的结构示意图；

图13为本实用新型的同步脉冲形成电路单元的驱动器的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

一种变压器局部放电仿真测试系统包括检测传感器、信号处理单元、A/D转换单元、中央处理器CPU、分压电路单元、外同步电压输入单元、电压检测单元、同步信号形成电路单元、嵌入式工业计算机、电源单元；

检测传感器与信号处理单元连接，信号处理单元分别与中央处理器CPU、A/D转换单元连接，A/D转换单元与嵌入式工业计算机连接；

分压电路单元与外同步电压输入单元连接，外同步电压输入单元与电压检测单元连接，电压检测单元与中央处理器CPU连接，中央处理器CPU与嵌入式工业计算机连接，同步信号形成电路单元分别与中央处理器CPU单元、A/D转换单元连接；

检测传感器用于检测局部放电信号并将检测到的局部放电信号传输至信号处理单元，信号处理单元用于对局部放电信号进行放大、滤波处理，并将处理后的局部放电信号输入至A/D转换单元，A/D转换单元用于对信号处理单元处理后的局部放电信号转换为数字信号并将数字信号输入至嵌入式工业计算机，嵌入式工业计算机用于对数字信号进行处理并实现波形显示、波形分析、数字显示和生成检测报告；中央处理器CPU单元用于控制信号处理单元的增益、频带选择，测量电压检测单元检测的试验电压信号，并检测同步脉冲形成电路形成的同步信号和选择同步信号；

外同步电压输入单元、中央处理器CPU、电源单元、同步信号形成电路单元分别与单刀双掷继电器连接；

分压电路单元用于将试验电压信号分为两路试验电压信号，一路试验电压信号经过外同步电压输入单元输送至电压检测单元检测试验电压信号，另一路试验电压信号作为外同步信号，电源单元作为内同步信号；中央处理器CPU通过控制单刀双掷继电器选择外同步信号或者内同步信号输入至同步信号形成电路单元为确定局部放电信号的相位提供相位基准。单刀双掷继电器包括A、B、C三个触电，触电C与触电A接通时选择的是外同步信号，当触电C与触电B接通时选择的是内同步信号。

其中检测传感器为高频宽带互感器、超声探测器、天线放大器中的一种。

信号处理单元包括隔离保护模块、高通滤波模块、倍率衰减模块、隔离放大器、一级滤波模块、二级滤波模块、放大器、信号驱动器。

隔离保护模块包括隔离变压器T1、气体放电管D1，用于隔离检测回路上的高压放电信号，例如设备击穿、闪络时或者雷击等产生的高压脉冲，以防止高压放电信号对电路造成破坏，具体通过隔离变压器实现隔离，通过气体放电管吸收脉冲信号进行保护，如图2所示，其中D1为击穿电压为100V的气体放电管，T1为隔离变压器，其电压变比为1：1。

高通滤波模块用于滤除检测频带外的干扰信号，具体利用LC滤波原理实现，如图3所示，C1，C2为330nF电容，L1为470uH电感，通带范围为10kHz~1MHz。

倍率衰减模块用于对信号进行衰减使其满足后端电路的电压输入范围，具体采用电阻分压的原理实现，衰减范围为0~60dB；如图4所示，JD1、JD2、JD3和JD4为继电器，R1，R2，R4，R5为50欧电阻，R3，R6为250欧电阻。

隔离放大器包括隔离升压变压器，用于对信号进行放大使其满足A/D转换单元的电采集压范围内，如图5所示，T2为隔离升压变压器，电压变比为1：3，放大倍数为3倍。

一级滤波模块包括高通滤波器，用于滤除干扰信号并使信号的频带满足IEC60270局部放电测量标准，通带范围为20kHz~1MHz；具体利用LC滤波原理实现，如图6所示，其中C3，C4为150nF电容，L2为220uH电感，JD5、JD6为继电器。

二级滤波模块包括低通滤波器，用于滤除干扰信号并使信号的频带满足局部放电测量标准，通带范围为10kHz~400kHz；具体利用LC滤波原理实现，如图7所示，其中L3，L4为20uH电感，C5为15nF电容，JD7、JD8为继电器。经过两级滤波器组合后通带范围为20kHz~400kHz。

放大器包括运算放大器，用于对微弱的信号进行放大使其满足A/D转换单元的采集电压范围内，具体如图8所示，运算放大器为AD8031，R7为1k电阻，R8为100k电阻，放大倍数为100倍。

信号驱动器包括运算放大器，用于增加输出信号的带负载能力，具体利用运算放大器的跟随功能实现输出信号的带负载能力增加，如图9所示，U2为运算放大器AD8031。

隔离保护模块、高通滤波模块、倍率衰减模块、隔离放大器、一级滤波模块、二级滤波模块、放大器、信号驱动器依次连接；隔离保护模块与检测传感器连接，信号驱动器与A/D转换单元连接。本实用新型设置4个信号处理单元，可以同时处理4路局部放电信号。

中央处理器CPU采用intel Atom D425处理器，主频1.8GHz。中央处理器CPU包括增益控制模块、频带选择模块、电压测量模块、内外同步选择模块、同步检测模块。

增益控制模块与信号处理单元的倍率衰减模块连接，用于控制信号处理单元的增益倍数；增益控制模块控制图4中的继电器JD1、JD2、JD3、JD4的通断，从而实现对增益的控制；当信号较强时，控制继电器JD1、JD2、JD3、JD4切换到电阻衰减网络，实现信号的衰减；当信号较弱时，控制继电器跳过电阻衰减网络，即直接导通不对信号进行衰减。

频带选择模块分别与信号处理单元的一级滤波模块、二级滤波模块连接，用于选择信号处理单元的频带；频带选择模块控制图6和图7所示的继电器JD5、JD6、JD7、JD8的通断，从而实现对滤波器的选择。当干扰信号较大需要滤波时，控制继电器JD5、JD6、JD7、JD8切换到滤波器电路，实现高通滤波和低通滤波；当不需要滤波时，控制继电器跳过滤波器电路，即直接导通。

电压测量模块与电压检测单元连接，用于监测试验电压信号；通过前端分压电路模块的电容分压器将试验电压信号引入电压检测模块，电压检测模块包括电压互感器、A/D转换器；通过电压检测模块的电压互感器将试验电压信号变换为电压检测模块的A/D转换器可以采集的低压信号，最后通过电压检测模块的A/D转换器进行采集。

内外同步选择模块用于控制单刀双掷继电器切换同步输入信号，选择外同步信号或者内同步信号；试验时，当有外同步信号时，内外同步选择模块控制单刀双掷继电器的触电A和触电C接通，切换到外同步输入模式，此时A/D转换单元将根据外同步信号进行触发采集；当没有外同步信号时，内外同步选择模块控制单刀双掷继电器的触电B和触电C接通，切换到内同步模式，即通过电源模块作为触发信号进行触发采集。

同步检测模块与同步脉冲形成电路单元连接，用于检测同步脉冲形成电路单元产生的局部放电同步信号。同步检测模块检测到同步脉冲的上升沿后触发采集，根据设定的时长完成局部放电信号采集，然后进行分析。

同步脉冲形成电路单元包括输入隔离保护模块、带通滤波模块、限幅模块、过零检测模块、同步脉冲形成模块、驱动器。

输入隔离保护模块包括隔离变压器、气体放电管，用于隔离检测回路上的高压脉冲信号，防止试验回路上的高压脉冲信号对电路造成损坏，通过隔离变压器实现隔离，气体放电管吸收脉冲信号进行保护，如图10所示，D2为击穿电压为20V的气体放电管，T3为电压变比为1:1的电压互感器，同步信号中的高压脉冲经气体放电管D2吸收，并通过电压互感器T3隔离，保证后边电路安全工作。

带通滤波模块包括有源滤波器，用于去除同步信号频率范围之外的干扰信号，同步信号频率范围为50~400Hz；具体通过有源滤波器，去除同步信号的频率范围50-400Hz以外的干扰信号，确保输出稳定的同步信号；如图11所示，R9为3k电阻，C6为100nF电容，U3为运算放大器AD8031。

限幅模块包括TVS瞬态抑制二极管，用于吸收高压信号，确保通过的信号在A/D转换单元的采集电压范围内；TVS瞬态抑制二极管为SA5.0CA TVS瞬态抑制二极管，限制幅值为5V以上的信号进入电路。

过零检测模块包括电压比较器，用于实现过零检测，并将正弦波信号转换为方波信号；具体是利用运算放大器的电压比较器功能实现过零检测，信号幅值高于0V时输出低电平，信号幅值低于0V时输出高电平，实现将正弦波信号转换为方波信号，如图12所示，U4为运算放大器AD8031，R10为10k电阻。

同步脉冲形成模块包括NE555定时器，用于将过零检测模块输出的方波信号进行整形，形成同步脉冲信号。

驱动器包括运算放大器，用于增加输出信号的带负载能力；如图13所示，U5为AD8031运算放大器，具体通过运算放大器AD8031 U5的跟随电路增加输出信号的带负载能力。

输入隔离保护模块、带通滤波模块、限幅模块、过零检测模块、同步脉冲形成模块、驱动器依次连接，驱动器与A/D转换单元连接。

A/D转换单元采用AD转换芯片AD8031，分辨率为12位。

嵌入式工业计算机的CPU的主频为1.6GHz及以上，包括嵌入式一体化键盘、液晶显示屏、鼠标接口、键盘接口、CRT接口、USB接口、打印机接口、硬盘；嵌入式一体化键盘包括触控板、键盘。

中央处理器CPU包括RS232接口，中央处理器CPU通过RS232接口与嵌入式工业计算机连接，中央处理器CPU还与按键及指示灯连接。

电源单元输出的电压为220V，频率为50Hz。

试验电压信号的幅值为0~200V，频率为50~400Hz。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变压器局部放电仿真测试系统，其特征在于：包括检测传感器、信号处理单元、A/D转换单元、中央处理器CPU、分压电路单元、外同步电压输入单元、电压检测单元、同步信号形成电路单元、嵌入式工业计算机、电源单元；

所述信号处理单元包括隔离保护模块、高通滤波模块、倍率衰减模块、隔离放大器、一级滤波模块、二级滤波模块、放大器、信号驱动器；

所述隔离保护模块包括隔离变压器、气体放电管，用于隔离检测回路上的高压放电信号；

所述高通滤波模块用于滤除检测频带外的干扰信号，通带范围为10kHz~1MHz；

所述倍率衰减模块用于对信号进行衰减使其满足后端电路的电压输入范围，衰减范围为0~60dB；

所述隔离放大器包括隔离升压变压器，用于对信号进行放大使其满足A/D转换单元的电采集压范围内；

所述一级滤波模块包括高通滤波器，用于滤除干扰信号并使信号的频带满足局部放电测量标准，通带范围为20kHz~1MHz；

所述二级滤波模块包括低通滤波器，用于滤除干扰信号并使信号的频带满足局部放电测量标准，通带范围为10kHz~400kHz；

所述放大器包括运算放大器，用于对信号进行放大使其满足A/D转换单元的采集电压范围内；

所述信号驱动器包括运算放大器，用于增加输出信号的带负载能力；所述隔离保护模块、高通滤波模块、倍率衰减模块、隔离放大器、一级滤波模块、二级滤波模块、放大器、信号驱动器依次连接；

所述检测传感器与信号处理单元连接，信号处理单元分别与中央处理器CPU、A/D转换单元连接，A/D转换单元与嵌入式工业计算机连接；

分压电路单元与外同步电压输入单元连接，外同步电压输入单元与电压检测单元连接，电压检测单元与中央处理器CPU连接，中央处理器CPU与嵌入式工业计算机连接，同步信号形成电路单元分别与中央处理器CPU单元、A/D转换单元连接；

所述检测传感器用于检测局部放电信号并将检测到的局部放电信号传输至信号处理单元，所述信号处理单元用于对局部放电信号进行放大、滤波处理，并将处理后的局部放电信号输入至A/D转换单元，所述A/D转换单元用于对信号处理单元处理后的局部放电信号转换为数字信号并将数字信号输入至嵌入式工业计算机，所述嵌入式工业计算机用于对数字信号进行处理并实现波形显示、波形分析、数字显示和生成检测报告；所述中央处理器CPU单元用于控制信号处理单元的增益、频带选择，测量电压检测单元检测的试验电压信号，并检测同步脉冲形成电路形成的同步信号和选择同步信号；

所述外同步电压输入单元、中央处理器CPU、电源单元、同步信号形成电路单元分别与单刀双掷继电器连接；

所述分压电路单元用于将试验电压信号分为两路试验电压信号，一路试验电压信号经过外同步电压输入单元输送至电压检测单元检测试验电压信号，另一路试验电压信号作为外同步信号，所述电源单元作为内同步信号；所述中央处理器CPU通过控制单刀双掷继电器选择外同步信号或者内同步信号输入至同步信号形成电路单元为确定局部放电信号的相位提供相位基准。

2.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电仿真测试系统，其特征在于：所述A/D转换单元采用芯片AD8031，分辨率为12位。

3.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电仿真测试系统，其特征在于：中央处理器CPU采用intel Atom D425处理器，主频1.8GHz。

4.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电仿真测试系统，其特征在于：所述中央处理器CPU包括增益控制模块、频带选择模块、电压测量模块、内外同步选择模块、同步检测模块；

所述增益控制模块与信号处理单元连接，用于控制信号处理单元的增益倍数；

频带选择模块与信号处理单元连接，用于选择信号处理单元的频带；

电压测量模块与电压检测单元连接，用于监测试验电压信号；

内外同步选择模块用于切换同步输入信号，选择外同步信号或者内同步信号；

同步检测模块与同步脉冲形成电路单元连接，用于检测同步脉冲形成电路单元产生的局部放电同步信号。

5.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电仿真测试系统，其特征在于：所述同步脉冲形成电路单元包括输入隔离保护模块、带通滤波模块、限幅模块、过零检测模块、同步脉冲形成模块、驱动器；

所述输入隔离保护模块包括隔离变压器、气体放电管，用于隔离检测回路上的高压脉冲信号；

所述带通滤波模块包括有源滤波器，用于去除同步信号频率范围之外的干扰信号，所述同步信号频率范围为50~400Hz；

所述限幅模块包括TVS瞬态抑制二极管，用于吸收高压信号，确保通过的信号在A/D转换单元的采集电压范围内；

所述过零检测模块包括电压比较器，用于实现过零检测，并将正弦波信号转换为方波信号；

所述同步脉冲形成模块包括NE555定时器，用于将过零检测模块输出的方波信号进行整形，形成同步脉冲信号；

所述驱动器包括运算放大器，用于增加输出信号的带负载能力；

所述输入隔离保护模块、带通滤波模块、限幅模块、过零检测模块、同步脉冲形成模块、驱动器依次连接。

6.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电仿真测试系统，其特征在于：所述嵌入式工业计算机的CPU的主频为1.6GHz及以上，包括嵌入式一体化键盘、液晶显示屏、鼠标接口、键盘接口、CRT接口、USB接口、打印机接口、硬盘。

7.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电仿真测试系统，其特征在于：所述中央处理器CPU包括RS232接口，所述中央处理器CPU通过RS232接口与嵌入式工业计算机连接。

8.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电仿真测试系统，其特征在于：电源单元输出的电压为220V，频率为50Hz。

9.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电仿真测试系统，其特征在于：所述试验电压信号的幅值为0~200V，频率为50~400Hz。