CN219915826U - 一种局部放电信号测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于局部放电测量领域，涉及一种局部放电信号测量电路，变压器的高压侧经电阻R电性连接由耦合电路，耦合电路电性连接运算放大器G1，运算放大器G1的输出侧电性连接LCR谐振电路，LCR谐振电路电性连接运算放大器G2，运算放大器G2的输出侧电性连接正交锁相放大电路，正交锁相放大电路电性连接模数转换器，模数转换器电性连接微控制单元；正交锁相放大电路包括带通滤波器，带通滤波器分成两路分别电性连接相敏检波器、低通滤波器、直流放大增益。本实用新型采用相敏检波器组成的正交锁相放大电路把微弱的局部放电信号提取出来，提高了局部放电信号测量电路的测量精度。
Description
技术领域
本实用新型属于局部放电测量技术领域，具体涉及一种局部放电信号测量电路。
背景技术
在局部放电信号测量技术领域，常用脉冲电流法测量局部放电信号，分为窄带法和宽带法两种测量回路，宽带测量法的局部放电信号测量回路的下限检测频率为30～100kHz之间，上限检测频率<500kHz，检测频带宽度为100～400kHz，宽带测量法的测量回路具有脉冲分辨率高、信息相对丰富的优点，但信噪比低。
窄带测量法的局部放电信号测量回路的频带宽度较小，频带宽度一般为9～30kHz，中心频率为50kHz～1MHz，窄带测量法的测量回路具有灵敏度高、抗干扰能力强的优点，但存在脉冲分辨率低、信息不够丰富的缺点，不容易把微弱局部放电信号提取出来，影响到测量精度。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型采用正交锁相放大电路提取局部放电信号，主要解决微弱局部放电信号容易被噪声淹没的问题，提高局部放电信号检测精度。本实用新型所采用的技术方案如下：
一种局部放电信号测量电路，包括变压器，变压器的高压侧经电阻R电性连接由耦合电容CK、被测试样电容Cx、检测电阻RD和检测电容CD组成的耦合电路，耦合电路电性连接运算放大器G1，运算放大器G1的输出侧电性连接由LA、CA和RA组成的LCR谐振电路，LCR谐振电路电性连接运算放大器G2，运算放大器G2的输出侧电性连接正交锁相放大电路，正交锁相放大电路电性连接模数转换器ADC，模数转换器ADC电性连接微控制单元MCU；
所述的正交锁相放大电路包括带通滤波器BPF，带通滤波器BPF分成两路分别电性连接相敏检波器一PSD1、低通滤波器一LPF1、直流放大增益一GDC1和相敏检波器二PSD2、低通滤波器二LPF2、直流放大增益二GDC2。
优选的，耦合电路中，检测电阻RD和检测电容CD并联后再串联被测试样电容Cx再并联耦合电容CK。
本实用新型的有益效果：
本实用新型设计了窄带脉冲法提取测量局部放电的电路，并采用相敏检波器组成的正交锁相放大电路把微弱的局部放电信号提取出来，提高了局部放电信号测量电路的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些具体实施方式，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属于本申请保护范围之内的附图。
图1是现有的采用窄带脉冲法的局部放电信号测量电路的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的改进后的局部放电信号测量电路的结构示意图；
图3是本实用新型实施例的正交锁相放大电路的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
如图1所示，是现有的采用窄带脉冲法的局部放电信号测量电路的结构示意图。采用窄带测量法测量回路测量局部放电，电路结构一般如图1所示，变压器产生测量回路所需的高压，电阻R起到滤波作用，CK、Cx、RD和CD组成耦合电路，其中CK是耦合电容，用于将试样局部放电产生的脉冲信号耦合到检测阻抗上去，并且耦合电容起到隔离工频高压的作用。Cx是被测试样的电容，RD和CD是检测电阻和检测电容。测量电路检测CD上的电荷，称之为视在电荷。
当试样产生局部放电时，试样两端有电荷量为qa，如果试样两端不接测试回路，则试样两端的电压变化量为如果接上测试回路，则/>由于这个脉冲电压上升时间很短，在上述测试回路中CK和CD上电压的初始值都可以看做与其电容量成反比，这时检测阻抗两端的电压初始值为：由此可见qa与UD成正比。UD信号通过运算放大器G1后再通过LA、CA和RA组成的LCR谐振电路，产生固定频率的电压信号，再经过运算放大器G2放大后通过峰值保持电路提取信号的最大峰值，然后通过ADC进入MCU。
采用窄带脉冲法测量局部放电信号的测量电路，一般由于测试线较长，会引入噪声，经过运算放大器G1和G2放大后，噪声会变得更大，局部放电信号经过LCR谐振电路后变得缩小，这样经常会发生噪声淹没局部放电信号的情况。特别是局部放电量较小的情况下，很难提取出有用的局部放电信号。
由于测量电路中采用了LCR谐振电路，所以电路信号经过LA、CA和RA后，局部放电信号就是固定频率的正弦波。固定频率信号的提取，如果采用正交锁相放大电路就可以提取出固定频率的信号的幅值。因此，本实用新型在图1的局部放电信号测量电路的基础上，增加了正交锁相放大电路来提取微弱局部放电信号。
图2所示，是本实用新型实施例的改进后的局部放电信号测量电路的结构示意图。一种局部放电信号测量电路，包括变压器，变压器的高压侧经电阻R电性连接由耦合电容CK、被测试样电容Cx、检测电阻RD和检测电容CD组成的耦合电路，耦合电路电性连接运算放大器G1，运算放大器G1的输出侧电性连接由LA、CA和RA组成的LCR谐振电路，LCR谐振电路电性连接运算放大器G2，运算放大器G2的输出侧电性连接正交锁相放大电路，正交锁相放大电路电性连接模数转换器ADC，模数转换器ADC电性连接微控制单元MCU。耦合电路中，检测电阻RD和检测电容CD并联后再串联被测试样电容Cx再并联耦合电容CK。
如图3所示，是本实用新型实施例的正交锁相放大电路的原理示意图。正交锁相放大电路包括带通滤波器BPF，带通滤波器BPF分成两路分别电性连接相敏检波器一PSD1、低通滤波器一LPF1、直流放大增益一GDC1和相敏检波器二PSD2、低通滤波器二LPF2、直流放大增益二GDC2。
本实用新型实施例的一种局部放电信号测量电路，其工作原理如下：
变压器的高压侧连接电阻R和耦合电路，产生测量回路所需的高压，电阻R的作用是滤波，CK将试样局部放电产生的脉冲信号耦合到检测阻抗RD和CD上去，并且起到隔离工频高压的作用。测量电路检测CD上的视在电荷。具体计算见下式：
Vi(t)＝Vscos(ω0t+θ)+n(t)
式中，VS是Vi(t)的幅值，Vr是r(t)的幅值，VS就是整个计算过程中需要提取的变量，由MCU完成计算。输入信号Vi(t)是含有噪声的正弦波，参考信号r(t)是和正弦波同频率的方波，Vi(t)和r(t)在相敏检波器一PSD1处做乘法，r(t)相移90°后和Vi(t)在相敏检波器二PSD2处做乘法，然后经过低通滤波器LPF，就可以求出Vi(t)中正弦信号的幅值和相位。
测量电路通过CK、Cx、RD和CD组成的耦合电路检测CD上的视在电荷后，经过运算放大器G1，通过LA、CA和RA组成的LCR谐振电路，LCR谐振电路的振荡频率F选100kHz～500kHz之间，再通过运算放大器G2后，进入正交锁相放大电路，参考信号r(t)选取和振荡频率F同频的方波，r(t)和Vi(t)在相敏检波器一PSD1处做乘法，再经过低通滤波器一LPF1后得到I，r(t)另一路相移90°后和Vi(t)在相敏检波器二PSD2处做乘法，再经过低通滤波器二LPF2后得到Q。取Vr＝1，得：
I＝Vscosθ；
Q＝Vssinθ
I是Vi(t)的幅值VS的余弦分量，Q是Vi(t)的幅值VS的正弦分量。两个数据通过ADC采样，采样后再经过计算得到
本实用新型实施例中，未详细描述的技术特征均为现有技术或者常规技术手段，在此不再赘述。
最后需要说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种局部放电信号测量电路，包括变压器，其特征在于，变压器的高压侧经电阻R电性连接由耦合电容CK、被测试样电容Cx、检测电阻RD和检测电容CD组成的耦合电路，耦合电路电性连接运算放大器G1，运算放大器G1的输出侧电性连接由LA、CA和RA组成的LCR谐振电路，LCR谐振电路电性连接运算放大器G2，运算放大器G2的输出侧电性连接正交锁相放大电路，正交锁相放大电路电性连接模数转换器ADC，模数转换器ADC电性连接微控制单元MCU；
所述的正交锁相放大电路包括带通滤波器BPF，带通滤波器BPF分成两路分别电性连接相敏检波器一PSD1、低通滤波器一LPF1、直流放大增益一GDC1和相敏检波器二PSD2、低通滤波器二LPF2、直流放大增益二GDC2。
2.根据权利要求1所述的一种局部放电信号测量电路，其特征在于，耦合电路中，检测电阻RD和检测电容CD并联后再串联被测试样电容Cx再并联耦合电容CK。
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2023
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