專利名稱：高壓組合電器局放檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型儀器對高壓組合電器局放情況采用UHF信號(hào)傳感方法測量，具有良好的抗干擾性能、檢測靈敏度；應(yīng)用。UHF信號(hào)傳感的方法，提高了測量局放儀器的實(shí)用性；實(shí)現(xiàn)了高壓組合電器局放定位、放電類型識(shí)別和放電量測量、存貯和分析。應(yīng)用高壓組合電器局放檢測儀能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)高壓絕緣設(shè)備的早期放電部位，防止突發(fā)性事故的發(fā)生。屬電力行業(yè)高壓設(shè)備檢測儀器。
背景技術(shù)：
根據(jù)CIGRE的23.10工作組國際調(diào)查報(bào)告的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，1985年以前投入的全封閉組合電器(GIS)的562次故障中絕緣故障占60％，1985年以后投入的GIS的247次故障中絕緣故障占51％，而且絕緣故障又較多發(fā)生在較高電壓的設(shè)備中，后果嚴(yán)重，故倍受關(guān)注。然而當(dāng)前雖有一些高壓組合電器局放監(jiān)測診斷儀已投入運(yùn)行，卻遠(yuǎn)未推廣，一是價(jià)格昂貴，二是故障診斷技術(shù)本身尚需完善提高，從而使此項(xiàng)研究開發(fā)工作仍在繼續(xù)開展并形成熱點(diǎn)。
日本有關(guān)研究工作較多，在應(yīng)用研究中，以監(jiān)測多種電器設(shè)備為主要研究對象，包括高壓組合電器，氣體絕緣輸電管道(GIL)，六氟化硫氣體組合電器(GCB)。它們大多是已投入試運(yùn)行的成果，未能推廣普及。
基礎(chǔ)技術(shù)研究中，實(shí)驗(yàn)工作是主要內(nèi)容，工作量大。個(gè)別文章有仿真計(jì)算結(jié)果，但均語焉不詳，估計(jì)是由于介質(zhì)種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，三維、快速瞬變過程或頻帶的電磁過程計(jì)算只能作相當(dāng)大的簡化的緣故。這類實(shí)驗(yàn)規(guī)模大，試品均用實(shí)物，有的甚至是500～1000kV高壓組合電器。實(shí)驗(yàn)中的測量儀器有通用或自制的傳感器、互感器和天線。像高速數(shù)字示波器、寬帶頻譜分析儀、局放測量儀、寬頻放大器等儀器為通用儀器，參與研究的單位都是大電氣設(shè)備制造公司如三菱、日立、東芝等和大電力公司合作的方式。
對局放進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)測的主要困難在于消除各種干擾的影響，如何從強(qiáng)大的電磁干擾中提取微弱的放電脈沖信號(hào)。國內(nèi)外曾經(jīng)提出了許多方法1、外復(fù)電極法高壓組合電器為金屬外殼，接地點(diǎn)甚多，不宜從接地線上提取局放脈沖電信號(hào)。外復(fù)電極是提取局放脈沖信號(hào)的方法之一。在高壓組合電器外殼上敷上絕緣膜與金屬箔電極，外殼與金屬箔電極形成小電容，局放引起的脈沖信號(hào)通過該小電容耦合到檢測阻抗上進(jìn)行監(jiān)測。
外復(fù)電極法提取局放脈沖信號(hào)的效果比不上內(nèi)置電極法的效果。
2、內(nèi)置電極法為此可采取內(nèi)置電極以提取局放的脈沖信號(hào)。例如在盆式絕緣子內(nèi)靠近接地端預(yù)先埋設(shè)電極以提取信號(hào)。也可將高壓組合電器法蘭稍加改造，在法蘭內(nèi)部加裝金屬電極，與外殼形成電容，提取信號(hào)。
內(nèi)置電極法的監(jiān)測效果好，但需對高壓組合電器本體進(jìn)行改造，這往往是不易實(shí)現(xiàn)的。尤其是對已經(jīng)投入運(yùn)行的高壓組合電器根本無法實(shí)施。
3、機(jī)械振動(dòng)法局放會(huì)產(chǎn)生聲波。因此，在高壓組合電器殼體外表面裝設(shè)振動(dòng)傳感器，用以監(jiān)測內(nèi)部的放電。由于氣體和鋼板聲阻匹配不好，界面衰減較大，因此從高壓組合電器外殼上測得的聲波，往往是沿固體材料以最短的距離傳到殼體后，以橫波的形式傳播到傳感器的。局放產(chǎn)生的聲波頻譜分布很廣，但高壓組合電器中高頻分量在傳播過程中嚴(yán)重衰減，所以機(jī)械振動(dòng)法檢測到的主要是聲波中的低頻分量。在高壓組合電器中，除局放產(chǎn)生的聲波外，還有導(dǎo)電微粒碰撞金屬外殼、電磁振動(dòng)、操作過程引起的振動(dòng)等發(fā)出的聲波。由于局放和導(dǎo)電微粒造成的振動(dòng)頻率大約在KHz到幾十KHz之間，為去除其他聲波的干擾，監(jiān)測頻率一般取為1～20KHz。
由于測量頻率比較低，采用壓電式加速度傳感器，比測超聲的聲發(fā)射傳感器有更高的靈敏度。但是進(jìn)行放電點(diǎn)定位比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高靈敏度，便于操作，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種高壓組合電器局放檢測儀，檢測儀主體和UHF傳感器(2)組成，其中UHF專用傳感器(2)和UHF信號(hào)放大、檢波、處理單元(5)連接，UHF信號(hào)放大、檢波、處理單元(5)和高速采集卡處理單元(6)連接，高速采集卡處理單元(6)和華邦高速處理器CPU(13)連接；查看典型波形按鍵(17)、進(jìn)行放電捕獲按鍵(18)以及進(jìn)行波形存儲(chǔ)按鍵(19)直接和華邦高速處理器CPU(13)連接；TFT真彩液晶屏顯示器(7)和真彩液晶屏驅(qū)動(dòng)控制單元(8)連接，真彩液晶屏驅(qū)動(dòng)控制單元(8)和華邦高速處理器CPU(13)連接；USB高容量存貯盤(9)和USB數(shù)據(jù)存貯單元(10)連接，USB數(shù)據(jù)存貯單元(10)和華邦高速處理器CPU(13)連接；220V交流電源輸入端(11)和電源轉(zhuǎn)換單元(12)連接，電源轉(zhuǎn)換單元(12)和華邦高速處理器CPU(13)連接；程序存貯單元(14)、外部震蕩電路(15)和復(fù)位電路直接和華邦高速處理器CPU(13)連接。傳感器測量范圍為300MHz-3GFIz。
該檢測儀采用UHF傳感，在設(shè)備體外提取信號(hào)。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了高壓組合電器局放定位、放電類型識(shí)別及放電量測量、存貯和分析。能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)高壓組合電器設(shè)備的早期放電部位，定位局放點(diǎn)。將UHF體外檢測法應(yīng)用在高壓組合電器局放檢測上，采用了特高頻信號(hào)采集、高速采集卡、高性能單片機(jī)數(shù)據(jù)處理分析、TFT液晶顯示、USB數(shù)據(jù)存貯、計(jì)算機(jī)軟件分析等技術(shù)。通過對以上技術(shù)的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高壓組合電器在線運(yùn)行的狀態(tài)檢修，其檢測快速、準(zhǔn)確、顯示直觀、抗干擾能力強(qiáng)。
高壓組合電器多處裝有盤式絕緣子，于是外殼存在絕緣縫隙，當(dāng)電磁波沿高壓組合電器的金屬筒傳播時(shí)，部分電磁波可以從這里輻射出來。將天線式傳感器放置在高壓組合電器盤式絕緣子外緣，就能從外部測得內(nèi)部放電的信號(hào)。為消除空間干擾的影響，天線傳感器采取五面屏蔽的措施，檢測效果非常理想。
高壓組合電器采用高壓力氣體絕緣，耐電強(qiáng)度高，放電引起的脈沖電信號(hào)的上升沿極陡，約在0.35～3ns之間，頻譜中高頻分量可達(dá)GHz數(shù)量級(jí)，因此選擇特高頻段(數(shù)百M(fèi)Hz至數(shù)GHz′)進(jìn)行局放的檢測。特高頻檢測法具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)(1)信噪比高。①由于各種電磁干擾的輻射頻率低，選擇適當(dāng)?shù)奶馗哳l段可以顯著提高信噪比；②高壓組合電器以外的特高頻電磁干擾信號(hào)很微弱，傳播時(shí)衰減很快，故對高壓組合電器現(xiàn)場測試的干擾影響較小，而高壓組合電器的金屬同軸結(jié)構(gòu)構(gòu)成良好的波導(dǎo)，內(nèi)部放電產(chǎn)生的特高頻信號(hào)則可有效傳播，這也有利于提高信噪比。(2)可對放電源定位。利用特高頻信號(hào)從放電源到不同檢測點(diǎn)的信號(hào)幅值，對放電源進(jìn)行定位。
特高頻檢測目前采用內(nèi)部電極作為耦合器來提取放電信號(hào)。由于內(nèi)部電極設(shè)置上有困難，因此只實(shí)用于新建的裝置或變電站，對已經(jīng)投運(yùn)的設(shè)備無法進(jìn)行傳感器安裝。為了彌補(bǔ)以上多種檢測方法的不足，采用了特高頻體外專用傳感器。
因此，在高壓組合電器局放運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)中，信號(hào)檢出以特高頻檢測法的信噪比最高，優(yōu)點(diǎn)最突出，因此是一種很有發(fā)展前途的檢測技術(shù)。
UHF法正是基于電磁波在高壓組合電器中的傳播特點(diǎn)而發(fā)展起來的，盡管在別的電氣設(shè)備(如電機(jī)、電纜)中也有應(yīng)用，但比較起來，此法特別適用高壓組合電器中局放信號(hào)的監(jiān)測，尤其是現(xiàn)場監(jiān)測。通過對高壓組合電器中上述各類缺陷的診斷研究，得出UHF法的最大優(yōu)點(diǎn)是可有效地抑制背景噪聲，如空氣電暈等產(chǎn)生的電磁干擾頻率一般均較低，可用寬頻法對其進(jìn)行有效抑制；而對超高頻通信、廣播電視信號(hào)，由于其有固定的中心頻率，因而可用窄頻法將其與局放信號(hào)加以區(qū)別。高壓組合電器體外傳感器可通過不同位置測到的局放信號(hào)的時(shí)延差及信號(hào)幅值來對局放源進(jìn)行定位分析。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的檢測原理圖。
圖中1為盤式絕緣子；2為UHF專用傳感器；3為組合電器外殼；4為導(dǎo)電桿。
圖2是高壓組合電器局放檢測儀原理框圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中，IJHF專用傳感器(2)接收組合電器殼體(3)內(nèi)部導(dǎo)電桿(4)與殼體或盤式絕緣子(1)之間產(chǎn)生的局放信號(hào)。UHF專用傳感器(2)通過同軸電纜與高壓組合電器局放檢測儀主體相連，將特高頻信號(hào)傳入主體內(nèi)高速采集卡處理單元(6)。
在圖2所示原理框圖中，整個(gè)工作核心為華邦高速微處理器CP[J(13)；UHF專用傳感器(2)將接收的信號(hào)在放大、檢波、處理單元(5)中處理后傳入高速采集卡處理單元(6)；華邦高速微處理器CPU(13)在點(diǎn)動(dòng)進(jìn)行放電捕獲按鍵(18)后收取高速卡內(nèi)數(shù)據(jù)，程序處理后通過真彩液晶屏驅(qū)動(dòng)控制單元(8)在TFT真彩液晶屏顯示器(7)上直觀顯示數(shù)據(jù)波形當(dāng)采集到局放信號(hào)，可以點(diǎn)動(dòng)查看典型波形按鍵(17)，CP[J將程序存貯單元(14)內(nèi)存貯的典型波形數(shù)據(jù)在TFT真彩液晶屏顯示器(7)上直觀顯示，每點(diǎn)動(dòng)一次調(diào)出一種典型波形和放電類型及波形特征，因此完成對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行放電類型分析當(dāng)點(diǎn)動(dòng)進(jìn)行波形存貯按鍵(19)，CPU將通過USB數(shù)據(jù)存貯單元(10)將數(shù)據(jù)存入U(xiǎn)SB高容量存貯盤(9)供上位機(jī)閱覽分析等；(11)、(12)、(15)、(16)為外圍電路。
當(dāng)要對一個(gè)高頻信號(hào)(比如高達(dá)100MHz的雷達(dá)波形)進(jìn)行采集和處理的時(shí)候。通常是設(shè)計(jì)一個(gè)高速或者超高速硬件采集電路，包括放大部分、濾波部分；A/D和D/A轉(zhuǎn)換部分等，這種電路的要求非常高，要求邊采集邊存儲(chǔ)，電路速度高，而且要考慮各種輻射干擾等，同時(shí)，目前市場上成品價(jià)格很難承受。并且根據(jù)采樣定理，一個(gè)高頻率的連續(xù)信號(hào)，完全可以用時(shí)間上相隔1/2f的一系列離散采樣值來表示。所以采樣頻率F應(yīng)等于或大于被采樣信號(hào)的最高頻率f的2倍，即F≥2f考慮到實(shí)際恢復(fù)波形的低通濾波器不可能具有完全理想的特性，為了正確恢復(fù)信號(hào)，通常當(dāng)采樣的信號(hào)高達(dá)100MHz時(shí)，就應(yīng)該達(dá)到500MHz的采樣率。我們采樣的信號(hào)高達(dá)300MHz，采用了高達(dá).3GHz的采樣率。
權(quán)利要求1.一種高壓組合電器局放檢測儀，由檢測儀主體和UHF傳感器(2)組成，采用傳感器提取UHF信號(hào)，將傳感器置于高壓組合電器的盤式絕緣子(1)處，利用放電源在此處泄露出來的特高頻電磁波信號(hào)判斷組合電器內(nèi)部是否存在放電和放電情況，其特征是UHF專用傳感器(2)和UHF信號(hào)放大、檢波、處理單元(5)連接，UHF信號(hào)放大、檢波、處理單元(5)和高速采集卡處理單元(6)連接，高速采集卡處理單元(6)和華邦高速處理器CPU(13)連接；查看典型波形按鍵(17)、進(jìn)行放電捕獲按鍵(18)以及進(jìn)行波形存儲(chǔ)按鍵(19)直接和華邦高速處理器CPU(13)連接；TFT真彩液晶屏顯示器(7)和真彩液晶屏驅(qū)動(dòng)控制單元(8)連接，真彩液晶屏驅(qū)動(dòng)控制單元(8)和華邦高速處理器CPU(13)連接；USB高容量存貯盤(9)和USB數(shù)據(jù)存貯單元(10)連接，USB數(shù)據(jù)存貯單元(10)和華邦高速處理器CPU(13)連接；220V交流電源輸入端(11)和電源轉(zhuǎn)換單元(12)連接，電源轉(zhuǎn)換單元(12)和華邦高速處理器CPU(13)連接；程序存貯單元(14)、外部震蕩電路(15)和復(fù)位電路直接和華邦高速處理器CPU(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高壓組合電器局放檢測儀，采用UHF體外傳感器進(jìn)行超高頻信號(hào)采集，其特征是傳感器測量范圍為300MHz-3GFIz。
專利摘要一種高壓組合電器局放檢測儀，屬電力行業(yè)檢測儀表。由檢測儀主體和UHF傳感器組成，將傳感器置于高壓組合電器的盤式絕緣子處，利用放電源在此處泄露出來的特高頻電磁波信號(hào)判斷組合電器內(nèi)部是否存在放電和放電情況，采用3G高速采集卡和華邦77E58單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，采用USB盤進(jìn)行數(shù)據(jù)存貯，檢測儀主體配有TFT真彩液晶顯示屏和操作鍵盤，USB盤存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)由局放數(shù)據(jù)閱覽軟件讀取和分析。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了高壓組合電器局放定位、放電類型識(shí)別及放電量測量、存貯和分析。能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)高壓組合電器設(shè)備的早期放電部位，實(shí)現(xiàn)高壓組合電器在線運(yùn)行的狀態(tài)檢修。
文檔編號(hào)G01R31/12GK2932403SQ20052002079
公開日2007年8月8日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月12日
發(fā)明者周春利 申請人:周春利