CN207488428U - 一种局部放电监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种局部放电监测装置，包括依次连接的双通道高速采集单元，FPGA处理器、ARM处理器和液晶显示器；所述双通道高速采集单元包括两路依次连接的前端输入接口、前级衰减器、多阶无源带通滤波器、检波器、可控增益放大器和高速ADC器件。该局部放电监测装置支持双通道监测传感器输入，便于现场应用中使用不同类型的局部放电监测传感器共同测量，能更加精准的检测局部放电情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及局部放电监测领域，更具体地说，涉及一种局部放电监测装置。
背景技术
局部放电监测设备目前已经在电力行业中广泛使用，如变压室，GSI室，配电室等，其可作为设备日常漏电监测及预警，使得问题设备及故障点及早发现以便做相应维护解决，确保供电系统稳定可靠工作。
目前市面上的局部放电监测装置主要分成两大类型：一种为手持式设备，其可作为巡视人员定时检修时固定点测量；另一种为在线式，即固定到一个点位或者一个载体上，对制定场景下的局部放电进行检测。
目前的局部放电监测装置主要存在如下问题：
1、采集信号频率范围窄，一般检测带宽仅在0-10MHz频率监测范围，无法对较大频率带宽内的局部放电信号进行检测；
2、局部放电采集数据传递到后端数据量低，一般均在Kbps级别，前端数据仅能获得大致情况，无法将采集到的局部放电细节传递到后期分析处理，后端无法准确还原前端放电细节；
3、现有的在线式局放设备通信接口一般是串口或者USB类型，总线非工业级总线或者通信带宽很低，无法在需要大量使用大数据量传输的工业现场使用；
4、设备在不同站点及环境下通用性差，部分环境测量数据水平很低，导致精度很差；部分环境数据全部超限而又无法正确还原数值。
基于上面的现有产品技术瓶颈，急需提出一种新型的局部放电监测设备方案，可实现高测量带宽，高数据传输带宽，工业级总线使用以及可大量集中应用，实现电力设备局部放电更好的监测。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种局部放电监测装置，该局部放电监测装置支持双通道监测传感器输入，便于现场应用中使用不同类型的局部放电监测传感器共同测量，能更加精准的监测局部放电情况。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种局部放电监测装置，包括依次连接的双通道高速采集单元，FPGA处理器、ARM处理器和液晶显示器；
所述双通道高速采集单元，包括两路依次连接的前端输入接口、前级衰减器、多阶无源带通滤波器、检波器、可控增益放大器和高速ADC器件，用于将采集到的前端模拟信号经过信号调理以及AD转换处理转换成数字信号，并传输给所述FPGA处理器；
所述FPGA处理器，用于对所述数字信号进行运算处理，并分别通过AXI数据总线及AXI控制总线实现FPGA处理器和ARM处理器之间的数据传输及控制；同时对所述前级衰减器和可控增益放大器进行配置管理；
所述ARM处理器，用于将接收的数据进行存储，并发送给所述液晶显示器；
所述液晶显示器，用于显示ARM处理器接收的数据。
本实用新型的有益效果是：通过双通道高速采集单元的前级衰减器、多阶无源带通滤波器、检波器、可控增益放大器和高速ADC器件实现高测量带宽，高数据传输带宽，采用前级衰减器使不同环境下配置不同的预衰减参数，满足局部放电监测装置的通用化、使用灵活化的要求，有效解决设备通用性的问题；通过使用FPGA处理器和ARM处理器进行数据采集以及AXI数据总线进行传输，实现高速ADC数据接入以及高数据带宽的传输处理，提高电力设备局部放电监测的精度。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，还包括和所述FPGA处理器连接的单通道低速采集单元，所述单通道低速采集单元包括多阶无源带通滤波器和低速ADC器件。
进一步，还包括和所述双通道高速采集单元的前端输入接口连接的TEV传感器和AE传感器。
进一步，还包括和所述ARM处理器连接的状态灯，用于显示设备监测状态。
进一步，还包括和所述ARM处理器连接的按键模块，用于输入指令。
进一步，还包括上位机，所述上位机通过以太网接口或USB接口连接所述ARM处理器。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过上位机可对监测装置传输控制指令，也可实现对监测装置上传的数据进行诊断、分析、实时显示和报警等应用，以便远程控制。
附图说明
图1为本实用新型结构框图；
图2为本实用新型双通道高速采集单元结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
针对现有局部放电监测装置采集信号频率范围窄、设备在不同站点及环境下通用性差、检测精度低以及采集数据量小的问题，本实用新型提供了一种新型的局部放电监测设备方案，能实现高测量带宽，高数据传输带宽，工业级总线使用以及可大量集中应用，实现电力设备局部放电更好的监测。
如图1、图2所示，一种局部放电监测装置，包括依次连接的双通道高速采集单元，FPGA处理器、ARM处理器和液晶显示器。
双通道高速采集单元，用于将采集到的前端模拟信号经过信号调理以及AD转换处理转换成数字信号，并传输给所述FPGA处理器；其包括两路依次连接的前端输入接口、前级衰减器、多阶无源带通滤波器、检波器、可控增益放大器和高速ADC器件，还包括和前端输入接口连接的TEV传感器和AE传感器，TEV传感器和AE传感器安装在变压室、GSI室或配电室内的被检设备的金属外壳上。
本实施例中的双通道高速采集单元和目前市面的局部放电监测装置相比，采用了前级衰减器，检波器和可控增益放大器等新的技术特征。前级衰减器可实现对外置TEV传感器和AE传感器采集的数据进行预期衰减或者预放大，避免输入信号过大导致后端电路实现以及输入信号过小，后端电路信噪比较差的问题；采用前级衰减器的方案可增加设备环境实用性，不同环境下配置不同的预衰减参数，可实现局部放电监测设备通用化，使用灵活化；可有效解决设备通用性问题。
由于受限于AD采集频率的限制，现有产品无法无线通过ADC转换频率来提高设备检测信号频带范围，目前市面上高精度ADC最大仅能到100MHz，如果按照基本数学理论，其最大检测信号频率仅为50MHz。本实施例中，在数据链路上采用检波器，其检波参数可调节，可实现低频信号(50MHz以下)输出原始信号，50MHz以上输出检波信号，从而提高采集信号频带，该最高可实现100MHz信号准确检测，远超过目前市面上0-10MHz的采集频率范围，可有效提高设备检测频带范围，更加全面准确的检测电力设备局部放电情况，可有效解决现有设备采集频带窄，无法全频带检测的问题。
传统的ADC转换，直接将模拟信号输入到ADC，而每个ADC都有其最佳采集幅度区间，在该区间下，ADC误差最小，可充分利用其位宽和数据深度。本实施例中在双通道高速采集单元部分采用可控增益放大器，能实现对输入ADC的模拟信号进行处理。结合后端FPGA处理器控制逻辑，可以将输入信号通过放大或者衰减，将其幅度范围固定到ADC的最佳量程范围内，充分利用ADC的位宽精度，确保采集到的数据更加准确。利用该可控增益放大器可有效解决采集精度低，高低信号容易使ADC转换过低或者超限的问题，使得ADC转换之后的数据更加准确。
另外为了满足一般的应用需求，也可采用与FPGA处理器连接的单通道低速采集单元，所述单通道低速采集单元包括多阶无源带通滤波器和低速ADC器件。
FPGA处理器用于对所述数字信号进行运算处理，并分别通过AXI数据总线及AXI控制总线实现FPGA处理器和ARM处理器之间的数据传输及控制；同时对所述前级衰减器和可控增益放大器进行配置管理；由于FPGA的输入接口时钟可达到300MHz，因此其可方便灵活的实现各种高速ADC器件数据对接。
另外，FPGA处理器在完成各种数据处理后其通过AXI总线将数据传递到ARM处理器端，该AXI总线具备位宽大(最大可达到256bits)，速率高(最高可支持300MHz)，可实现高带宽输出传输(AXI总线理论数据带宽可达到500Gbps)。实际应用时，FPGA处理器和ARM处理器之间的AXI总线采取数据总线和控制总线分开方式，提高各自总线的稳定性以及数据总线的带宽。
通过使用FPGA处理器和ARM处理器进行数据采集以及AXI总线进行数据传输，可实现高速ADC数据接入以及高数据带宽的传输处理，可有效解决数据带宽传输瓶颈，其可将前端ADC采集的更多数据细节传递到后端展示或者存储，便于后端深入分析和正确快速定位问题。
ARM处理器用于将接收的数据进行存储，并发送给所述液晶显示器；其支持AMBAAXI总线，可以将FPGA端的数据通过AXI总线传递到ARM处理器内部。
由于AXI总线的高带宽特性，其可实现和FPGA的大容量数据发送。由于ARM处理器各种外设接口丰富，其可非常轻松方便的扩展各种外设接口和控制总线，如网口、USB3.0接口、串口、液晶显示器和按键模块；其中，液晶显示器，用于显示ARM处理器接收的数据。还可连接状态灯，用于显示设备监测状态，而且这些外设接口开发十分简单灵活，非常适合作为人机交换端的控制器。
同时ARM处理器可以通过1000M以太网以及USB3.0高速接口，将前端ADC数据实时传递到上位机，通过上位机可对监测装置传输控制指令，也可实现对监测装置上传的数据进行诊断、分析、实时显示和报警等应用，以便远程控制。
通过FPGA处理器和ARM处理器，以及结合AXI总线，可有效解决数据带宽传输瓶颈，另外，通过使用ARM处理器作为数据展示或者存储的控制器，其可十分方便灵活的满足客户各种数据接入要求和展示要求，因此可有效解决现有局部放电设备总线带宽低或者接口不方便扩展的问题。
本实用新型的工作原理为：双通道高速采集单元将TEV传感器和AE传感器采集到的前端模拟信号经过信号调理以及AD转换处理转换成数字信号，并传输给所述FPGA处理器；FPGA处理器对所述数字信号进行运算处理，并传输给ARM处理器，ARM处理器接收并存储数据，通过液晶显示器进行显示，同时也将数据上传至上位机，上位机对上传的数据进行诊断、分析，根据一定时间内放电次数和放电能量判断是否放电；结合电源相位同步信息，根据每次放电对应的相位周期、间隔以及相位位置来判断放电类型，以便远程控制。
综上所述，该局部放电监测装置支持双通道监测传感器输入，便于现场应用中使用不同类型的局部放电监测传感器共同测量，能更加精准的检测局部放电情况，可十分灵活的在各种环境下大量稳定使用。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种局部放电监测装置，其特征在于，包括依次连接的双通道高速采集单元，FPGA处理器、ARM处理器和液晶显示器；
所述双通道高速采集单元，包括两路依次连接的前端输入接口、前级衰减器、多阶无源带通滤波器、检波器、可控增益放大器和高速ADC器件，用于将采集到的前端模拟信号经过信号调理以及AD转换处理转换成数字信号，并传输给所述FPGA处理器；
所述FPGA处理器，用于对所述数字信号进行运算处理，并分别通过AXI数据总线及AXI控制总线实现FPGA处理器和ARM处理器之间的数据传输及控制；同时对所述前级衰减器和可控增益放大器进行配置管理；
所述ARM处理器，用于将接收的数据进行存储，并发送给所述液晶显示器；
所述液晶显示器，用于显示ARM处理器接收的数据。
2.根据权利要求1所述的局部放电监测装置，其特征在于，还包括和所述FPGA处理器连接的单通道低速采集单元，所述单通道低速采集单元包括多阶无源带通滤波器和低速ADC器件。
3.根据权利要求1所述的局部放电监测装置，其特征在于，还包括和所述双通道高速采集单元的前端输入接口连接的TEV传感器和AE传感器。
4.根据权利要求1所述的局部放电监测装置，其特征在于，还包括和所述ARM处理器连接的状态灯。
5.根据权利要求1所述的局部放电监测装置，其特征在于，还包括和所述ARM处理器连接的按键模块。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的局部放电监测装置，其特征在于，还包括上位机，所述上位机通过以太网接口或USB接口连接所述ARM处理器。
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