CN214953904U - 配电变压器超高频局放感知装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了配电变压器超高频局放感知装置，通过在超高频传感器的输出端设置高通滤波器，优先滤除超高频传感器输出电信号中混杂的直流信号，避免直流信号叠加在放大电路中的运算放大器中，造成运算放大器的放大效果无法达到预期效果的情况，从而提高测量精度；在放大电路中设置反相放大器，一方面可以将超高频传感器输出的交流电信号转换为直流信号，另一方面可以对直流信号进行放大；在放大电路中设置偏置电路，可以给反相放大器的同相输入端提供偏置电压，通过给输入信号叠加对地的偏置电压，而得到对地电压大于零的直流信号，从而获得不失真的交流放大波形。

Description

配电变压器超高频局放感知装置

技术领域

本实用新型涉及配电变压器故障监测技术领域，尤其涉及配电变压器超高频局放感知装置。

背景技术

当配电变压器内部产生局部放电时，会以球面波向四周传播，通过探入在变压器外壁的超高频传感器将声信号转换为电信号，便可以检测到变压器内部局部放电现象。由于检测到超高频信号非常微弱，且现场存在多种干扰源，会导致信号淹没在噪声中。因此，为了准确的获取信号，需将信号经过放大电路和滤波电路处理，最后将超高频信号传送至微处理器，经过分析处理得到信号的特征。由于超高频传感器输出的交流电信号中易混入直流信号，该直流信号叠加在放大电路中的运算放大器中，使得运算放大器的放大效果无法达到预期效果，进而影响测量精度。因此，为了解决上述问题，本实用新型提供配电变压器超高频局放感知装置，通过在超高频传感器的后级设置用于滤波直流信号的高通滤波器，可以避免直流信号对放大电路中的运算放大器产生影响，从而提高测量精度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了配电变压器超高频局放感知装置，通过在超高频传感器的后级设置用于滤波直流信号的高通滤波器，可以避免直流信号对放大电路中的运算放大器产生影响，从而提高测量精度。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了配电变压器超高频局放感知装置，其包括超高频传感器、信号处理电路和微处理器，信号处理电路包括高通滤波器、放大电路和低通滤波器；

超高频传感器的输出端通过高通滤波器与放大电路的输入端电性连接，放大电路的输出端通过低通滤波器与微处理器的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，放大电路包括反相放大器和偏置电路；

超高频传感器通过高通滤波器与反相放大器的反相输入端电性连接，反相放大器的同相输入端与偏置电路电性连接，反相放大器的输出端通过低通滤波器与微处理器的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，高通滤波器包括电阻R9、电阻R17、电容C12、电容C20和电容C30；

超高频传感器的输出端分别与电阻R17的一端、电容C20的一端以及电容C12的一端电性连接，电容C12的另一端分别与电阻R9的一端以及电容C30的一端电性连接，电阻R17的另一端、电容C20的另一端以及电阻R9的另一端均接地，电容C30的另一端与放大电路的输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，偏置电路包括电阻R14、电阻R15和电容C19；

反相放大器的同相输入端分别与电阻R14的一端、电阻R15的一端以及电容C19的一端电性连接，电阻R14的另一端与电源电性连接，电阻R15的另一端以及电容C19的另一端接地。

在以上技术方案的基础上，优选的，低通滤波器为二阶RC低通滤波器。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括正弦波转方波电路；

正弦波转方波电路的输入端输入50Hz的正弦信号，正弦波转方波电路的输出端与微处理器的通用输入输出端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括移相电路；

正弦波转方波电路的输出端通过移相电路与微处理器的通用输入输出端电性连接。

本实用新型的配电变压器超高频局放感知装置相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过在超高频传感器的输出端设置高通滤波器，优先滤除超高频传感器输出电信号中混杂的直流信号，避免直流信号叠加在放大电路中的运算放大器中，造成运算放大器的放大效果无法达到预期效果的情况，从而提高测量精度；(2)在放大电路中设置反相放大器，一方面可以将超高频传感器输出的交流电信号转换为直流信号，另一方面可以对直流信号进行放大；在放大电路中设置偏置电路，可以给反相放大器的同相输入端提供偏置电压，通过给输入信号叠加对地的偏置电压，而得到对地电压大于零的直流信号，从而获得不失真的交流放大波形；

(3)通过设置正弦波转方波电路将50Hz的工频信号转换为方波信号，为确定局放类型提供方波参考信号；

(4)通过设置移相电路，可以对正弦波转方波电路输出的方波信号进行相位补偿，保证方波信号的相位与正弦波信号的相位一致，提高局放电信号相位检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本实用新型配电变压器超高频局放感知装置的结构图；

图2为本实用新型配电变压器超高频局放感知装置中信号处理电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的配电变压器超高频局放感知装置，其包括超高频传感器、信号处理电路、正弦波转方波电路、移相电路和微处理器。

超高频传感器，用于检测局部放电产生的300M～1.5GHz超高频信号，并将声信号转换为电信号。本实施例中，不限制超高频传感器的型号，优选的，可以选用HCDL831-UHF超高频传感器。

信号处理电路，对超高频传感器输出的电信号进行调理。由于超高频传感器输出的交流电信号中易混入直流信号，该直流信号叠加在放大电路中的运算放大器中，使得运算放大器的放大效果无法达到预期效果，进而影响测量精度。为了解决上述问题，本实施例在超高频传感器的输出端设置了高通滤波器，以滤除直流信号。如图1所示，信号处理电路包括高通滤波器、放大电路和低通滤波器；超高频传感器的输出端通过依次串联的高通滤波器、放大电路和低通滤波器与微处理器的模拟输入端电性连接。

高通滤波器，用于滤除超高频传感器输出交流电信号中易混入的直流信号，避免直流信号进入放大电路，影响放大电路的放大效果。优选的，如图2所示，高通滤波器包括电阻R9、电阻R17、电容C12、电容C20和电容C30；具体的，超高频传感器的输出端分别与电阻R17的一端、电容C20的一端以及电容C12的一端电性连接，电容C12的另一端分别与电阻R9的一端以及电容C30的一端电性连接，电阻R17的另一端、电容C20的另一端以及电阻R9的另一端均接地，电容C30的另一端与放大电路的输入端电性连接。其中，电阻R17和电容C20组成了RC低通滤波器，用于滤除滤除超高频传感器输出交流电信号中的高频成分；电容C12、电阻R9和电容C30组成了高通滤波器，用于滤波超高频传感器输出交流电信号中易混入的直流信号。

放大电路，对超高频传感器输出的交流电信号进行放大。优选的，本实施例中，如图1所示，放大电路包括反相放大器和偏置电路；超高频传感器通过高通滤波器与反相放大器的反相输入端电性连接，反相放大器的同相输入端与偏置电路电性连接，反相放大器的输出端通过低通滤波器与微处理器的模拟输入端电性连接。

优选的，反相放大器用于对超高频传感器输出的交流电信号进行放大，并且将超高频传感器输出的交流电信号转换成直流信号；本实施例反相放大器输入阻抗较小，可以实现阻抗匹配，减少传播过程中产生驻波造成的影响。

由于超高频传感器输出信号为交流电信号，因此，交流电信号的正半波因反相放大器中三极管发射结反偏截止而无法放大，使输出波形严重失真，为了获得不失真的交流放大波形，本实施例在反相放大器的同相输入端设置偏置电路，给反相放大器的同相输入端提供偏置电压，通过给输入信号叠加对地的偏置电压，而得到对地电压大于零的直流信号。如图2所示，偏置电路包括电阻R14、电阻R15和电容C19；具体的，反相放大器的同相输入端分别与电阻R14的一端、电阻R15的一端以及电容C19的一端电性连接，电阻R14的另一端与电源电性连接，电阻R15的另一端以及电容C19的另一端接地。其中，电源可以是5V电源，电阻R14和电阻R15起到分压作用；电容C19起到滤除电源干扰信号的作用。

低通滤波器，滤除放大电路输出直流信号中混杂的高频成分。优选的，本实施例中低通滤波器为二阶RC低通滤波器，其结构如图2所示。图2中，J3表示连接到微处理器的接口。

目前GIS局放监测系统通过超高频传感器检测局放电信号，通过将该局放电信号与50Hz的方波进行比较，确定局放电信号的相位，根据相位确定局放类型。其中，为了保证局放电信号相位检测的时效性，常提取市电中50Hz正弦波转换后的方波信号进行对比分析。因此，本实施例中，为了确定局放类型，设置了正弦波转方波电路，将市电中的50Hz的工频信号转换为对应的方波信号。正弦波转方波电路的输入端输入50Hz的正弦信号，正弦波转方波电路的输出端与微处理器的通用输入输出端电性连接。其中，正弦波转方波电路可采用现有技术实现，在此不再累述。

经正弦波转换成的方波，其相位与理想方波之间相位存在偏差，导致局放电信号相位分析存在较大的误差，无法确定局放类型。为了解决上述问题，本实施例中设置了移相电路，进行相位补偿，保证方波信号的相位与正弦波信号的相位一致，提高局放电信号相位检测精度。正弦波转方波电路的输出端通过移相电路与微处理器的通用输入输出端电性连接。其中，移相电路可以采用现有技术实现，在此不再累述。

微处理器，接收低通滤波器输出的直流信号，并做模数转换处理；接收经过相位补偿的方波信号，并将方波信号与经过信号处理电路处理后的直流信号进行比对，以获知局放类型。本实施例中并限制微处理器的型号。

本实施例的工作原理为：超高频传感器检测局部放电产生的300M～1.5GHz超高频信号，并将声信号转换为电信号，所述电信号经过高通滤波器滤除直流成分后，输入至反相放大器的反相输入端，与此同时，偏置电路给反相放大器的同相输入端提供直流偏置，反相放大器对超高频传感器输出的电信号进行放大，同时由于反相放大器叠加了偏置电路提供到地的偏置电压，因此，反相放大器在放大信号的同时，还将超高频传感器输出的交流电信号转换为直流信号，并将所述直流信号输出至低通滤波器，低通滤波器滤除所述直流信号中的高频成分，并将滤除后的信号发送至微处理器，由微处理器进行模数转换；与此同时，获取市电50Hz的工频信号，该工频信号经过正弦波转方波电路转换为方波信号，该方波信号经过移相电路进行相位补偿后输出至微处理器，微处理器将方波信号与经过信号处理电路处理后的直流信号进行比对，以获知局放类型。

本实施例的有益效果为：通过在超高频传感器的输出端设置高通滤波器，优先滤除超高频传感器输出电信号中混杂的直流信号，避免直流信号叠加在放大电路中的运算放大器中，造成运算放大器的放大效果无法达到预期效果的情况，从而提高测量精度；

在放大电路中设置反相放大器，一方面可以将超高频传感器输出的交流电信号转换为直流信号，另一方面可以对直流信号进行放大；在放大电路中设置偏置电路，可以给反相放大器的同相输入端提供偏置电压，通过给输入信号叠加对地的偏置电压，而得到对地电压大于零的直流信号，从而获得不失真的交流放大波形；

通过设置正弦波转方波电路将50Hz的工频信号转换为方波信号，为确定局放类型提供方波参考信号；

通过设置移相电路，可以对正弦波转方波电路输出的方波信号进行相位补偿，保证方波信号的相位与正弦波信号的相位一致，提高局放电信号相位检测精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.配电变压器超高频局放感知装置，其包括超高频传感器、信号处理电路和微处理器，其特征在于：所述信号处理电路包括高通滤波器、放大电路和低通滤波器；

所述超高频传感器的输出端通过高通滤波器与放大电路的输入端电性连接，放大电路的输出端通过低通滤波器与微处理器的模拟输入端电性连接。

2.如权利要求1所述的配电变压器超高频局放感知装置，其特征在于：所述放大电路包括反相放大器和偏置电路；

所述超高频传感器通过高通滤波器与反相放大器的反相输入端电性连接，反相放大器的同相输入端与偏置电路电性连接，反相放大器的输出端通过低通滤波器与微处理器的模拟输入端电性连接。

3.如权利要求1所述的配电变压器超高频局放感知装置，其特征在于：所述高通滤波器包括电阻R9、电阻R17、电容C12、电容C20和电容C30；

所述超高频传感器的输出端分别与电阻R17的一端、电容C20的一端以及电容C12的一端电性连接，电容C12的另一端分别与电阻R9的一端以及电容C30的一端电性连接，电阻R17的另一端、电容C20的另一端以及电阻R9的另一端均接地，电容C30的另一端与放大电路的输入端电性连接。

4.如权利要求2所述的配电变压器超高频局放感知装置，其特征在于：所述偏置电路包括电阻R14、电阻R15和电容C19；

所述反相放大器的同相输入端分别与电阻R14的一端、电阻R15的一端以及电容C19的一端电性连接，电阻R14的另一端与电源电性连接，电阻R15的另一端以及电容C19的另一端接地。

5.如权利要求1所述的配电变压器超高频局放感知装置，其特征在于：所述低通滤波器为二阶RC低通滤波器。

6.如权利要求1或2所述的配电变压器超高频局放感知装置，其特征在于：还包括正弦波转方波电路；

所述正弦波转方波电路的输入端输入50Hz的正弦信号，正弦波转方波电路的输出端与微处理器的通用输入输出端电性连接。

7.如权利要求6所述的配电变压器超高频局放感知装置，其特征在于：还包括移相电路；

所述正弦波转方波电路的输出端通过移相电路与微处理器的通用输入输出端电性连接。

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