本發(fā)明涉及高壓電力設(shè)備局部放電測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種獲取局部放電脈沖對(duì)應(yīng)工頻相位的檢測電路及方法。

背景技術(shù)：

大量故障統(tǒng)計(jì)表明，在一般電氣設(shè)備故障中，50％以上都是由絕緣引起的。發(fā)生絕緣故障的原因主要是絕緣薄弱處的局部放電引起的絕緣老化和失效，并最終導(dǎo)致絕緣的擊穿。局部放電(pd)是造成絕緣劣化的主要原因，也是絕緣劣化的主要征兆和表現(xiàn)形式。局部放電活動(dòng)在絕緣材料內(nèi)部產(chǎn)生物理現(xiàn)象和化學(xué)變化。局部放電活動(dòng)能夠?qū)е侣?、電和光能的發(fā)射，這使得能夠采用不同的方法來進(jìn)行檢測和分析局部放電活動(dòng)的出現(xiàn)。

用不同的檢測方法可以得到不同的pd特征。如今用于分析和評(píng)估局部放電的兩種最常用的檢測方法是基于相位分辨數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)檢測法和基于時(shí)間分辨數(shù)據(jù)的波形檢測法。當(dāng)今大部分商業(yè)應(yīng)用的pd檢測器均采用相位分辨檢測方法，也稱相位統(tǒng)計(jì)法。

相位統(tǒng)計(jì)方法主要應(yīng)用于相位分辨(相位-幅值-脈沖個(gè)數(shù))數(shù)據(jù)模式。例如，統(tǒng)計(jì)分布如脈沖高度分布、平均脈沖高度分布、脈沖個(gè)數(shù)分布等已經(jīng)被用來表示pd信息。一個(gè)工頻電源電壓的完整周期被分成360個(gè)窗口，每個(gè)窗口代表一個(gè)相位度數(shù)值。在所有窗的最大脈沖高度分布表示最大放電幅值作為相角的函數(shù)。同理，平均脈沖高度分布表示平均放電幅值作為相角的函數(shù)。脈沖數(shù)量分布(對(duì)應(yīng)一定的時(shí)間間隔)表示放電的數(shù)量作為相角的函數(shù)。通過檢查和區(qū)分這些不同的統(tǒng)計(jì)分布，統(tǒng)計(jì)參數(shù)(通常稱為統(tǒng)計(jì)算子)如偏斜、峰度、峰數(shù)、互相關(guān)因素、對(duì)稱性等進(jìn)行比較。通過將這些分布和它們的算子進(jìn)行合適的組合，能夠發(fā)現(xiàn)pd方式的識(shí)別標(biāo)志。這些識(shí)別標(biāo)志已經(jīng)被證明在識(shí)別未知放電的產(chǎn)生是非常有用的，已經(jīng)成為當(dāng)今pd識(shí)別的最主要方式?；诮y(tǒng)計(jì)參數(shù)的pd識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在各種工業(yè)應(yīng)用中使用，如xlpe電纜的pd識(shí)別、檢測氣隙放電、檢測電暈放電和表面放電。

由此可以看出，相位統(tǒng)計(jì)檢測與識(shí)別方法需要事先獲得局部放電脈沖所對(duì)應(yīng)的工頻電源的具體相位，換句話說，每個(gè)局部放電脈沖總是發(fā)生于工頻正弦波的某一個(gè)相位窗口，該相位窗口在局部放電測量過程中需要通過一定技術(shù)或手段獲得。

局部放電測量設(shè)備中局放脈沖相位的獲得通常有兩種方法，即內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)。內(nèi)觸發(fā)通常用于手持式帶電檢測設(shè)備，一般由于電池供電而沒有連接外接電源，而無法采用外觸發(fā)。外觸發(fā)用于便攜式測量設(shè)備以及在線監(jiān)測設(shè)備，一般連接有低壓工頻電源，從而可利用該正弦電源。內(nèi)觸發(fā)是為了相位統(tǒng)計(jì)法的需要而不得已采用的方法，一般通過軟件實(shí)現(xiàn)，獲得的相位值也不是真正的局放脈沖所對(duì)應(yīng)相位值，但從統(tǒng)計(jì)概率角度來說可以幫助實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析。外觸發(fā)所獲得的相位值要真實(shí)許多，一般通過硬件電路來實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)局部放電測量中局部放電脈沖所對(duì)應(yīng)的相位提出一種檢測電路，集成到局部放電測量設(shè)備的硬件中，在通過設(shè)備檢測到局部放電脈沖幅值和個(gè)數(shù)的同時(shí)，也檢測到該脈沖所對(duì)應(yīng)的工頻電源相位值。該檢測電路通過整形把工頻波形轉(zhuǎn)換為矩形脈沖波形，并通過鎖相環(huán)技術(shù)和脈沖計(jì)數(shù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)要求精度的最小相位窗，從而提高了相位值獲取的精度。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種局部放電測量中局放脈沖所對(duì)應(yīng)的工頻相位檢測電路，包括以下步驟：

1)設(shè)計(jì)電壓變換電路，將電源電壓降壓為低電壓；

2)設(shè)計(jì)有源低通濾波電路，抑制或消除電源信號(hào)中的高頻干擾；

3)設(shè)計(jì)波形整形與轉(zhuǎn)換電路，將正弦交流信號(hào)整形為規(guī)則的方波信號(hào)，并進(jìn)一步將相位信息轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬電壓，以供后續(xù)電路的采樣和處理；

4)設(shè)計(jì)鎖相倍頻電路，將整形與轉(zhuǎn)換電路輸出的信號(hào)頻率進(jìn)行倍頻鎖相，用于后續(xù)計(jì)算器電路的輸入；

5)設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器電路，對(duì)鎖相倍頻器的輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)值進(jìn)行處理即可得到相位值。

所述電壓變換電路包括電阻分壓電路以及穩(wěn)壓電路。

所述有源低通濾波電路包括運(yùn)算放大器及其外圍器件。

所述波形整形與轉(zhuǎn)換電路包括比較器、積分電路和緩沖電路。

所述鎖相倍頻電路包括鎖相環(huán)電路、倍頻電路以及外圍器件。

所述計(jì)數(shù)器電路包括二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及外圍器件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明通過整形把工頻波形轉(zhuǎn)換為矩形脈沖波形，并通過鎖相環(huán)技術(shù)和脈沖計(jì)數(shù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)要求精度的最小相位窗，從而提高了相位值獲取的精度。

(2)本發(fā)明采用硬件電路作為局部放電測量設(shè)備硬件的一部分，實(shí)現(xiàn)了局放脈沖相位值的同步測量。

(3)本發(fā)明將相位信息轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬電壓信息，使得后續(xù)的采樣及信號(hào)處理準(zhǔn)確可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的相位測量系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明檢測電路原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種局部放電測量中局放脈沖所對(duì)應(yīng)的工頻相位檢測電路，包括以下步驟：

1)設(shè)計(jì)電壓變換電路。將局部放電測量設(shè)備電源電壓信號(hào)降壓為適合相位檢測電路輸入的低電壓信號(hào)，本實(shí)施例中，采用電阻分壓方式。

2)設(shè)計(jì)有源低通濾波電路。由于電源電壓信號(hào)中不可避免串入有高頻干擾信號(hào)，而局放脈沖對(duì)應(yīng)相位的獲取需要盡可能沒有受干擾污染的工頻信號(hào)，因此有必要在工頻信號(hào)輸入處設(shè)計(jì)濾波器抑制甚至消除高頻干擾。本實(shí)施例中，采用lm358運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)二階低通butterworth濾波電路，對(duì)電源輸入信號(hào)濾波，使得低于截止頻率300hz的信號(hào)通過濾波器，進(jìn)而得以對(duì)波形進(jìn)行下一步處理，而高于截止頻率的信號(hào)則被抑制。

3)設(shè)計(jì)波形整形與轉(zhuǎn)換電路。將正弦交流信號(hào)整形為規(guī)則的方波信號(hào)，用于積分電路的控制，利用后續(xù)的積分電路將相位信息轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬電壓，以供后續(xù)電路的采樣和處理，為了避免后續(xù)電路對(duì)積分電路的影響，配備緩沖電路。本實(shí)施例中，采用lm339比較器的到雙極性電壓然后經(jīng)積分電路得到積分電壓波形。

4)設(shè)計(jì)鎖相倍頻電路。將整形與轉(zhuǎn)換電路輸出的頻率為f1的輸入信號(hào)，倍頻n倍，使得鎖相環(huán)的輸出頻率為nf1，用于后續(xù)計(jì)算器電路的輸入。本實(shí)施例中，采用鎖相環(huán)芯片74hc4046及其計(jì)數(shù)、低通濾波等外圍電路器件實(shí)現(xiàn)鎖相倍頻電路。

5)設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器電路。利用二進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)倍頻器的輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)值進(jìn)行處理即可得到相位值。本實(shí)施例中，使用74hc123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和74hc4040二進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片聯(lián)合外圍電路共同構(gòu)成計(jì)數(shù)器電路。

工頻相位檢測電路包括依次連接的電壓分壓電路201、二階低通濾波器電路202、波形整形與轉(zhuǎn)換電路203、鎖相環(huán)電路204、倍頻電路205、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器206以及二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路207，如圖2所示。整個(gè)檢測電路的輸入為工頻電源電壓信號(hào)，經(jīng)過降壓、濾波、整形轉(zhuǎn)換以及鎖相倍頻后，二進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)鎖相倍頻電路的輸出計(jì)數(shù)，并利用其復(fù)位端控制實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器與輸入信號(hào)正向過零點(diǎn)的同步，即可在局部放電脈沖發(fā)生的同時(shí)讀取計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，從而獲得局部放電脈沖的相位。

以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。