CN212255548U - 一种便携式局部放电在线测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种便携式局部放电在线测试仪，包括仪器外壳，在仪器外壳上设置印制电路，大容量电池，在仪器外壳内置暂态地电压（TEV）传感器，内置空气超声（AA）传感器，特高频（UHF）信号接口，接触超声（AE）信号接口，天线接口，以及多个磁性元件，仪器电源开关，运行模式开关，三个指示灯，对外通讯接口以及内部通讯扩展接口。本实用新型具备暂态地电压、特高频、空气超声和接触超声测试功能，提供了在线连续运行和定时间歇运行两种模式，采用电池自供电，通过有线或无线通讯技术实现信息传输，采用磁性自吸附方式安装，具有低功耗，可长时间运行，安装方便，信息查看方便和实施成本较低等优势。

Description

一种便携式局部放电在线测试仪

技术领域

本实用新型涉及局部放电检测技术领域，具体的说是涉及一种便携式局部放电在线测试仪。

背景技术

高压电气设备长期工作在高压环境下，设备的绝缘材料会逐渐劣化，出现局部放电现象，在强电场作用下甚至会被击穿，严重影响设备的正常运行。长期的局部放电会引起电气设备的绝缘故障，轻则影响设备使用，重则导致设备损坏，甚至发生爆炸，造成人员及财产的重大损失。

目前用来检测开关柜局部放电现象的设备有手持式局部放电测试仪和在线式局部放电测试仪两类。手持式局部放电测试仪要求调派测试人员对所有待测电气设备进行定期检测，检测周期为每年1-2次，当电气设备发生局部放电后，还需根据局部放电现象的严重程度增加检测频度，但由于需要检测人员参与，无法做到实时在线的连续监测，且每次测试工作量较大。在线式局部放电测试仪则可以做到在线连续实时对设备进行监测，但需求的局放测试仪数量巨大，总成本高，此外还存在体积较大，需要固定的安装位置，安装拆卸不便，需要外部供电电源以及配套的通讯接收处理装置等缺点，导致了其难以广泛推广使用。

综上，目前的开关柜局放检测方案，要么消耗更多的人力，要么消耗更多的物力，无法做到两全。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种便携式局部放电在线测试仪。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型是一种便携式局部放电在线测试仪，包括仪器外壳，在所述仪器外壳上设置印制电路板，大容量电池，在所述仪器外壳内部设置有TEV传感器和内置AA传感器；UHF信号接口，AE信号接口，天线接口，以及多个磁性元件；

在印制电路板上设置仪器电源开关，运行模式开关，三个指示灯，分别指示通讯状态、运行状态和告警状态；对外通讯接口，以及内部通讯扩展接口，

在印制电路板上还包含了信号放大电路、检波器、AD转换器、CPU、通信控制器，局部放电信号传感器采集到局部放电信号，经过放大器放大为信号，然后通过检波器处理为检波信号，之后送达AD转换器采样，所述检波器包括单向检波二极管和滤波电容，

在所述印制电路板上还包含了电源定时控制电路，所述电源定时控制电路的供电回路包括仪器电池以及串联的仪器电源开关和电源控制电子开关，所述仪器电源开关和电源控制电子开关同时导通，电池给电源芯片供电，所述仪器电源开关由操作人员控制，电源控制电子开关受控于定时芯片OUT脚发出的控制信号，CPU通过AD对检波后的局部放电信号进行采样和处理，然后进行数据处理，计算局部放电信号最大值，脉冲数和PRPD谱图；最后通过通讯接口输出测试数据，通信控制器支持RS232和RS485方式。

所述局部放电测试仪采用峰值检波方式处理高频局部放电信号，检波后，高频局部放电信号频率降低到10kHz以内。

所述局部放电测试仪采用包络检波方式处理低频局部放电信号，检波后，低频局部放电信号频率降低到5kHz以内。

所述高频局部放电信号包括TEV和UHF信号，所述低频局部放电信号包括AA和AE信号。

所述峰值检波和包络检波电路，采用高速开关二极管和电容组成，通过选取合适导通电压和开关频率的二极管以及不同电容值的电容器实现对不同频率信号的单向检波以及滤波平滑。

所述局部放电测试仪包含一个内置TEV传感器，一个内置AA传感器，一个UHF信号接口和一个AE信号接口。

所述局部放电测试仪通过电源定时控制电路实现连续运行，以及规定时间间隔的间歇运行。

所述电源定时控制电路的供电回路由仪器电源开关和可控电子开关串联，两个开关同时导通，电池才能给系统供电。

所述仪器电源开关由操作人员控制，可控电子开关受控于定时芯片的输出控制信号。

所述定时芯片功能为：输入管脚下降沿启动计时，计时周期内，输出信号稳定输出高或低；其它状态下，输出信号反相。

所述可控电子开关在定时芯片的输出信号控制下使系统上电，CPU运行后给定时芯片输入脚输出高，停止其计时，令可控电子开关保持导通。

所述电源定时控制电路包含一个运行模式开关接入CPU的IO脚。当运行模式开关打开，设定CPU工作于间歇模式，完成一次测量后，CPU给定时芯片输入脚输出低，产生下降沿触发定时芯片计时，同时定时芯片输出信号控制电子开关打开，切断系统供电，定时芯片计时满，输出信号使电子开关闭合，系统再次上电，实现系统运行间歇。

所述运行模式开关闭合，设定CPU工作于连续运行模式，CPU维持定时芯片输入脚为高，其不再启动计时，令可控电子开关保持导通，系统连续运行。

所述局部放电测试仪提供对外通讯电源和通讯接口，支持有线或无线通讯方式完成局部放电测试信号的传输。

本实用新型的进一步改进在于：所述局部放电在线测试仪采用磁性自吸附方式安装于电气设备外壳上，方便安装和拆卸，无需额外开孔或附加固定。

本实用新型的进一步改进在于：电源控制电子开关为MOS管，内阻小于50毫欧，持续电流不小于1安培。

本实用新型的进一步改进在于：磁性元件为磁铁。

本实用新型的进一步改进在于：仪器电源开关和所述运行模式开关均为自锁开关。

本实用新型具备暂态地电压（TEV）、特高频（UHF）、空气超声（AA）和接触超声（AE）测试功能，提供了在线连续运行和定时间歇运行两种模式，采用电池自供电，通过有线或无线通讯技术实现信息传输，采用磁性自吸附方式安装，具有低功耗，可长时间运行，安装方便，信息查看方便和实施成本较低等优势。

本实用新型的有益效果是：采用信号检波方式降低了待测局部放电信号频率，显著降低对AD采样器件速率的要求以及CPU主频的要求，大幅降低了仪器成本；采用电池供电，支持灵活的定时运行模式，既实现在线监测功能，又最大化的降低了能耗，在无外部电源供电的情况下，可以长期运行；支持各种无线通讯方式，方便数据上传；采用完全非侵入式的磁性自吸附安装方式，便于安装和拆卸，既布置使用方便，又可实现设备的重复利用。

附图说明

图1为本实用新型的组成示意图。

图2 为本实用新型局部放电信号检波示意图。

图3为本实用新型电源定时控制电路示意图。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

如图1-3所示，本发明是一种便携式局部放电在线测试仪，包括仪器外壳101，采用塑料材质，优选为PVC，在所述仪器外壳101上设置印制电路板100，大容量电池102，大容量电池102可采用能量密度较高，自放电率很低的锂亚电池，以达成长时间运行而不用更换电池的效果，在所述仪器外壳101内部设置有TEV传感器103和内置AA传感器104；UHF信号接口105，AE信号接口16，天线接口107，所述天线接口107考虑到信号特性和体积可采用SMA接头；以及多个磁性元件108，磁性元件一般使用普通磁铁即可，通过磁铁的磁性可将局部放电测试仪吸附到被测电气设备表面，一般为铁质外壳，简化仪器的安装和拆卸，使用方便，所述局部放电在线测试仪通过磁性元件利用磁性自吸附方式安装于电气设备外壳上，方便安装和拆卸，无需额外开孔或附加固定，在所述印制电路板100上设置仪器电源开关110，所述仪器电源开关110为自锁开关，控制仪器的供电；运行模式开关111，所述运行模式开关111为自锁开关，可以在连续运行和间歇运行模式切换；三个指示灯112，分别指示通讯状态、运行状态和告警状态；对外通讯接口113，支持RS485通讯；以及内部通讯扩展接口114，提供对外通讯电源和通讯接口，支持有线或无线通讯方式完成局部放电测试信号的传输，在所述印制电路板100上还包含了信号放大电路、检波器202、AD转换器、CPU306、通信控制器，一种便携式在线局部放电测试仪采用检波方式处理局部放电信号，如图2所示，局部放电信号传感器200采集到局部放电信号210，经过放大器201放大为信号211，然后通过检波器202处理为检波信号212，之后送达AD转换器采样，所述检波器202包括单向检波二极管220和滤波电容221，所述局部放电信号根据频率可分为高频局部放电信号和低频局部放电信号。高频局部放电信号包括暂态地电压（TEV）和特高频（UHF）经降频之后的信号，频率范围在500kHz-100MHz；低频局部放电信号包括空气超声（AA）和接触超声（AE）信号，频率范围在20kHz-200kHz。

如图2所示，所述局部放电信号处理方式，对高频信号而言，放大器也就是放大电路201带宽要求不低于500MHz，放大倍数不低于10倍，检波器202带宽要求不低于500MHz，其中检波二极管220应采用低导通电压的高速开关管，为使检波输出信号频率降到10kHz以内，滤波电容221选值在10微法左右。

如图2所示，所述局部放电信号处理方式，对低频信号而言，放大器201也就是放大电路带宽要求不低于500kHz，放大倍数不低于1000倍，检波器202带宽要求不低于500kHz，其中检波二极管220应采用超低导通电压的开关管，为使检波输出信号频率降到5kHz以内，滤波电容221选值在47微法左右。

在所述印制电路板100上还包含了电源定时控制电路，如图3所示，所述电源定时控制电路的供电回路包括仪器电池300以及串联的仪器电源开关110和电源控制电子开关302，所述仪器电源开关由操作人员控制，可控电子开关受控于定时芯片的输出控制信号，所述仪器电源开关110和电源控制电子开关302同时导通，电池300给电源芯片305供电，所述仪器电源开关110由操作人员控制，电源控制电子开关302受控于定时芯片304OUT脚发出的控制信号311。

所述局部放电测试仪通过电源定时控制电路实现连续运行，以及规定时间间隔的间歇运行，

所述定时芯片304的供电脚为VB，在电源开关301闭合时，定时芯片304通电运行。定时芯片304功能逻辑为：IN脚下降沿启动计时，计时期间，OUT脚控制输出信号311断开电子开关302；其它状态下，OUT脚控制输出信号311闭合开关302。

如图3所示，当控制开关302闭合，电源芯片305输入电源VB通电，芯片工作，VCC输出电压，则系统通电，CPU 306工作，306 OUT脚输出高，使定时芯片311 IN脚获得稳定高电平，从而禁止计时，使得控制信号311一直维持在使电子开关302通电的状态。

如图3所示，当运行模式开关111断开，CPU 306工作于间歇模式，完成一次测量后，OUT脚输出低，产生下降沿触发定时芯片304计时，同时输出控制信号311打开电子开关302，切断电源芯片305的供电，关闭系统电源，定时芯片304完成计时后，OUT脚输出控制信号311使电子开关302闭合，重新给电源芯片供电，完成系统的重新启动，通过定时间歇运行模式实现节能。

如图3所示，当运行模式开关111闭合，CPU 306将一直维持OUT脚为高，阻止定时芯片304计时，避免切断电子开关302，使系统维持连续运行模式。

所述电源控制电子开关302，一般采用MOS管，要求内阻小于50毫欧，持续电流不小于1安培。

所述定时芯片304可以配置定时周期为1小时、2小时、4小时、6小时和8小时。

如图1所示，PCB上的内部通讯扩展接口114，提供了5V电源、通用异步串行接口（UART）、串行外围设备总线（SPI）、通用输入输出接口（GPIO）等。通过该接口，可以实现各种有线和无线通讯方式扩展，如扩展RS485接口、窄带（NB）通讯、4G通讯、LORA通讯等方式。

AD转换器采样率不低于200kHz；CPU可采用高速单片机，选用低功耗版本，CPU通过AD对检波后的局部放电信号进行采样和处理，然后进行数据处理，计算局部放电信号最大值，脉冲数和PRPD谱图；最后通过通讯接口输出测试数据，通信控制器支持RS232和RS485方式。

所述局部放电测试仪采用峰值检波方式处理高频局部放电信号，检波后，高频局部放电信号频率降低到10kHz以内。

所述局部放电测试仪采用包络检波方式处理低频局部放电信号，检波后，低频局部放电信号频率降低到5kHz以内。

所述高频局部放电信号包括TEV和UHF信号，所述低频局部放电信号包括AA和AE信号。

所述峰值检波和包络检波电路，采用高速开关二极管和电容组成，通过选取合适导通电压和开关频率的二极管以及不同电容值的电容器实现对不同频率信号的单向检波以及滤波平滑。

本实用新型具备暂态地电压、特高频、空气超声和接触超声测试功能，提供了在线连续运行和定时间歇运行两种模式，采用电池自供电，通过有线或无线通讯技术实现信息传输，采用磁性自吸附方式安装，具有低功耗，可长时间运行，安装方便，信息查看方便和实施成本较低等优势。

以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种便携式局部放电在线测试仪，包括仪器外壳（101），其特征在于：在所述仪器外壳（101）上设置印制电路板（100），大容量电池（102），在所述仪器外壳（101）内部设置有TEV传感器（103）和内置AA传感器（104）；UHF信号接口（105），AE信号接口（16），天线接口（107），以及多个磁性元件（108），在所述印制电路板（100）上设置仪器电源开关（110），运行模式开关（111），三个指示灯（112），分别指示通讯状态、运行状态和告警状态；对外通讯接口（113），以及内部通讯扩展接口（114），

在所述印制电路板（100）上还包含了信号放大电路、检波器（202）、AD转换器、CPU（306）、通信控制器，局部放电信号传感器（200）采集到局部放电信号（210），经过放大器（201）放大为信号（211），然后通过检波器（202）处理为检波信号（212），之后送达AD转换器采样，所述检波器（202）包括单向检波二极管（220）和滤波电容（221），

在所述印制电路板（100）上还包含了电源定时控制电路，所述电源定时控制电路的供电回路包括仪器电池（300）以及串联的仪器电源开关（110）和电源控制电子开关（302），所述仪器电源开关（110）和电源控制电子开关（302）同时导通，电池（300）给电源芯片（305）供电，所述仪器电源开关（110）由操作人员控制，电源控制电子开关（302）受控于定时芯片（304）OUT脚发出的控制信号（311）。

2.根据权利要求1所述一种便携式局部放电在线测试仪，其特征在于：所述局部放电在线测试仪采用磁性自吸附方式安装于电气设备外壳上。

3.根据权利要求1所述一种便携式局部放电在线测试仪，其特征在于：电源控制电子开关（302）为MOS管，内阻小于50毫欧，持续电流不小于1安培。

4.根据权利要求1所述一种便携式局部放电在线测试仪，其特征在于：所述磁性元件（108）为磁铁。

5.根据权利要求1所述一种便携式局部放电在线测试仪，其特征在于：所述仪器电源开关（110）和所述运行模式开关（111）均为自锁开关。

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