CN214895623U - 远距离可视化局部放电精准定位检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种远距离可视化局部放电精准定位检测系统，该实用新型包括声压传感器阵列、信号系统模块、数据处理模块和视频显示模块。声压传感器阵列用于收集视场内2KHZ‑52KHZ频率范围内的多个超声波信号并转换为多个电信号，信号系统模块用于将转换成的多个电信号经信号处理转换成适合在计算机内存储并运行的多个数字信号并滤除干扰杂波，数据处理模块中的主控制器将多个数字信号按照其幅度强弱对应显示到视频显示模块的相应位置。通过此设备用户可以直观了解设备局部放电点、气体泄露的位置和强度信息，并可以将巡检信息以JPEG图像或MP4视频存储归档查询。

Description

远距离可视化局部放电精准定位检测系统

技术领域

本实用新型涉及配电网及户外变电站巡检技术领域，尤其是一种远距离可视化局部放电精准定位检测系统。

背景技术

局部放电是高压电气设备在较高电场强度处的一种放电现象，这种放电仅造成电气设备绝缘局部短路而不形成导电通道，轻微的局部放电电气设备绝缘影响较小，绝缘强度下降较慢，但是强烈的局部放电会使电气设备绝缘强度迅速下降。因此高强度局部放电作为电气设备绝缘损伤的早期特征之一，是日常巡检的一个重要方面。

高压电气设备发生局部放电时，由于绝缘表面气体或液体发生击穿现象会产生超声波能量，且向四周发散。所以可通过超声波检测方法，即通过声压传感器检测放电中出现的声波，并把声波变换为信号波，利用电信号和声信号的传递时间差异，可求得探测点到放电点的距离。

现有专利号为CN102360059A的发明，公开了一种输配电线路局部故障的在线检测方法及装置，该发明采用在线远程定向聚焦拾音/定位的方法，捕捉放电过程中产生的超声波信号，用外差法将拾取到的超声波信号转换为检测人员可识别的声/电信号，根据声压/电压的数值大小或变化，来定性、定量地判断局部放电故障易发部位是否存在污秽放电现象，以及污秽放电的强弱程度，籍此来判断放电故障依法位置之污秽放电的强弱以及对系统威胁的大小，其可大量减少使用人工、定检费用，减少以往停电工作量。但其局放检测手段是单向检测，只能实现小范围特定区域的局部放电定位，无法实现大范围的位置检测。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种远距离可视化局部放电精准定位检测系统，可以实现将局部放电的单点检测变为采用图像排查局放位置，从而帮助设备维护人员对局部放电进行快速、准确的排查和处理，保证电气设备的正常运行。

本实用新型是一种远距离可视化局部放电精准定位检测系统，其特征在于，包括声压传感器阵列、信号系统模块、数据处理模块和视频显示模块，所述信号系统模块包括与所述声压传感器阵列中的多个声压传感器阵元顺序连接的预滤波器模块、多通道增益模块、Sigma-Delta ADC、CIC滤波器、低通滤波器和A/D转换器。所述预滤波器模块为多个预滤波器并行连接，用于滤除高频杂波。所述多通道增益模块为多通道放大电路，用于将并行传输信号调节增益满足后续A/D转换的输入要求。

所述数据处理模块包括主控制器、分别以静态随机存取存储器SRAM、 嵌入式多媒体存储卡EMMC为核心的缓存与主存电路、USB 通讯电路、蓝牙收发模块以及电源转换电路。

优选的，所述声压传感器阵列为平面阵列。

优选的，所述声压传感器阵列为球面阵列。

优选的，所述声压传感器阵列的阵元包括MEMS超声波传感器，所述声压传感器阵列的阵元数为32个以上。

优选的，所述声压传感器阵列的阵元数为64个。

优选的，所述主控制器包括STM32F407单片机。

所述主控制器一侧与所述静态随机存取存储器SRAM经可变静态存储控制器FSMC相连，所述主控制器另一侧与所述嵌入式多媒体存储卡EMMC通过外设接口SDIO相连。

所述主控制器与USB通讯电路通过串行外设接口SPI相连，所述主控制器与蓝牙收发模块通过通用异步收发传输器UART相连。

所述视频显示模块包括照相机和计算机，所述主控制器与所述照相机通过物理结构连接，所述照相机的显示器分辨率大于1280*800，所述主控制器与所述计算机通过所述蓝牙收发模块间接连接。

所述主控制器上留有 SW 接口与串口，用于后期系统的调试。

本实用新型中，声压传感器阵列检测其视场内存在的一定信号频率的超声波信号，并将其转化为模拟信号，该声压传感器阵列检测视场(FOV)为：60°±5°，可检测超声波信号频率为2kHz至52kHz可调, 该声压传感器阵列检测距离为0.5m-15m；转化后的模拟信号经信号处理模块进行预处理、采样、降采样、低通滤波、A/D转换，转化为适合在计算机中运行和存储的携带有空间局部放电点信息的数字信号；经过数字化处理后的信号数据经数据接口和数据总线被送往静态随机存取存储器SRAM暂存；主控制器控制A/D转换器转换的数字信号，并将各数字信号幅度显示到照相机对应点上，其强度与照相机对应点颜色深度成正比；就这样，以照相机采集到的可见光图像为底，主控制器将超声波能量按不同强度可视化的显示到照相机显示屏上，从图像上即可对局部放电位置进行排查，并可以将巡检信息以JPEG图像或MP4视频存储到USB通讯电路连接的外部储存卡，以便归档查询。

本实用新型的有益效果是，基于声压阵列传感器的局部放电的检测设备并与可见光成像技术进行融合数据处理，通过此设备用户可以直观了解设备局部放电点、气体泄露的位置和强度信息，并可以将巡检信息以JPEG图像或MP4视频存储归档查询，该设备具有成本低、体积小，使用便捷可靠、检测精度高等诸多优点，再配合上成熟的成像技术，让电力设备外部放电状态更加立体全面的呈现在巡检人员面前，增加电气设备巡检的实时性、全面性、灵活性和普及性，能满足工程实际检测需求，具备较高的工程应用价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步的说明。

图1是本实用新型实施例的系统结构图。

图2是信号系统模块结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清晰、易理解，下面结合实施例和附图对本实用新型做出进一步的详细说明。

实施例

如图1所示，远距离可视化局部放电精准定位检测系统包括声压传感器阵列1、信号系统模块2、数据处理模块10和视频显示模块4。声压传感器阵列1为MEMS超声波传感器阵列1，阵元数为64个，MEMS传感器阵列1的结构为球面结构，当然也可以为平面结构。该MEMS传感器阵列1检测视场(FOV)为：60°±5°，可检测超声波信号频率为2kHz至52kHz可调, 该MEMS传感器阵列1检测距离为0.5m-15m。MEMS传感器阵列1用于采集视场内的超声波信号，并将其转化为模拟信号。

信号系统模块2负责将MEMS传感器阵列1转化后的模拟信号进行预处理、采样、降采样、低通滤波、A/D转换，转化为适合在计算机中运行和存储的携带有空间局部放电点信息的数字信号，并传输给STM32F407单片机6。STM32F407单片机6经可变静态存储控制器FSMC与SRAM缓存电路5相连，用于暂存经过数字化处理后的信号数据；STM32F407单片机6的另一侧通过外设接口SDIO与EMMC存储电路7连接，用于存储携带有空间局部放电点信息的数字信号和相关图片信息，STM32F407单片机6与USB通讯电路8通过串行外设接口SPI相连，用于将JPEG图像或MP4视频格式的巡检信息存储到USB通讯电路8连接的外部储存卡，以便归档查询。

视频显示模块4包括照相机和计算机，STM32F407单片机6与照相机通过物理结构连接，照相机显示屏的分辨率为1440*900，照相机用于采集可见光图像，可通过STM32F407单片机6控制A/D转换后的数字信号将其按幅度强弱定点显示到显示屏图像对应点上，放电点超声波幅度越大，数字信号幅度越大，在显示屏上的对应点颜色越深；STM32F407单片机6与主机或云计算机通过蓝牙收发模块9间接连接，将局部放电采集处理数据传输至主机或云计算机进行存储或处理。

以照相机采集到的可见光图像为底，STM32F407单片机6将超声波能量按不同强度可视化的显示到照相机显示屏上，从图像上即可对局部放电位置进行排查。

显然所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种远距离可视化局部放电精准定位检测系统，其特征在于，包括顺次连接的声压传感器阵列、信号系统模块、数据处理模块和视频显示模块，所述信号系统模块包括与所述声压传感器阵列中的多个声压传感器阵元顺序连接的预滤波器模块、多通道增益模块、Sigma-Delta ADC、CIC滤波器、低通滤波器和A/D转换器，所述视频显示模块包括照相机和计算机。

2.按照权利要求1所述的远距离可视化局部放电精准定位检测系统，其特征在于，所述声压传感器阵列为平面阵列或球面结构。

3.按照权利要求2所述的远距离可视化局部放电精准定位检测系统，其特征在于，所述声压传感器阵列的阵元包括MEMS超声波传感器，且所述声压传感器阵列的阵元数为32个以上。

4.按照权利要求3所述的远距离可视化局部放电精准定位检测系统，其特征在于，所述声压传感器阵列的阵元数为64个。

5.按照权利要求1所述的远距离可视化局部放电精准定位检测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括主控制器、分别以静态随机存取存储器SRAM、 嵌入式多媒体存储卡EMMC为核心的缓存与主存电路、USB 通讯电路、蓝牙收发模块以及电源转换电路。

6.按照权利要求5所述的远距离可视化局部放电精准定位检测系统，其特征在于，所述主控制器包括STM32F407单片机，所述主控制器一侧与所述静态随机存取存储器SRAM经可变静态存储控制器FSMC相连，所述主控制器另一侧与所述嵌入式多媒体存储卡EMMC通过外设接口SDIO相连。

7.按照权利要求6所述的远距离可视化局部放电精准定位检测系统，其特征在于，所述主控制器通过串行外设接口SPI与所述USB通讯电路相连，所述主控制器通过通用异步收发传输器UART与所述蓝牙收发模块相连。

8.按照权利要求7所述远距离可视化局部放电精准定位检测系统，其特征在于，所述主控制器与所述照相机通过物理结构连接，所述照相机的显示器分辨率大于1280*800，所述主控制器与所述计算机通过所述蓝牙收发模块间接连接。

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