一種用于gis局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，包括探頭?天線、局部放電信號(hào)處理單元、參考信號(hào)處理單元及鎖相放大單元。本實(shí)用新型通過(guò)探頭?天線采集GIS運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的局部放電信號(hào)，經(jīng)局部放電信號(hào)處理單元進(jìn)行放大、濾波及降頻后輸出局部放電通道信號(hào)到鎖相放大單元，與探頭?天線采集的工頻信號(hào)經(jīng)參考信號(hào)處理單元輸出的參考通道信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得直流分量的GIS局部放電信號(hào)，從而將深埋于大量不相關(guān)噪聲中的微弱局部放電信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，使傳感器具有寬頻帶、低噪聲、高靈敏度及大動(dòng)態(tài)范圍的檢測(cè)功能，進(jìn)而提高GIS局部放電系統(tǒng)的性能。
【專利說(shuō)明】
一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著SF6氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Substat1n，GIS)在電力系統(tǒng)中重要性的提高，其是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)已經(jīng)影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。為保證GIS長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，對(duì)GIS進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)能讓我們及時(shí)了解和掌握GIS的運(yùn)行狀態(tài)。其中，超高頻傳感檢測(cè)法由于具有高靈敏度等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于對(duì)GIS局部放電的在線監(jiān)測(cè)中。超高頻傳感器作為超高頻傳感檢測(cè)法中的重要部件，其性能將直接影響監(jiān)測(cè)結(jié)果，但由于GIS運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾問(wèn)題，當(dāng)前的超高頻傳感器普遍存在抗電磁干擾能力差，靈敏度低等問(wèn)題，導(dǎo)致對(duì)GIS局部放電信號(hào)捕捉不準(zhǔn)確。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，該傳感器應(yīng)用鎖相放大技術(shù)，能夠提取出淹沒(méi)于大量噪聲中的局部放電信號(hào)，使傳感器具有寬頻帶、低噪聲、高靈敏度及大動(dòng)態(tài)范圍的檢測(cè)功能，進(jìn)而提高GIS局部放電系統(tǒng)的性能。
[0004]為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，包括探頭-天線、局部放電信號(hào)處理單元、參考信號(hào)處理單元和鎖相放大單元；
[0006]所述探頭-天線分別與局部放電信號(hào)處理單元輸入端和參考信號(hào)處理單元輸入端電連接，用于將工頻信號(hào)及GIS內(nèi)部局部放電信號(hào)引出；
[0007]所述局部放電信號(hào)處理單元用于接收探頭-天線引出的GIS內(nèi)部局部放電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大、濾波及降頻后輸出局部放電通道信號(hào)到鎖相放大單元；
[0008]所述參考信號(hào)處理單元用于接收探頭-天線引出的工頻信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行移相、方波驅(qū)動(dòng)后輸出參考通道信號(hào)到鎖相放大單元；
[0009]所述鎖相放大單元輸入端分別與局部放電信號(hào)處理單元輸出端和參考信號(hào)處理單元輸出端電連接，用于對(duì)局部放電通道信號(hào)和參考通道信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得直流分量的GIS局部放電信號(hào)；
[0010]所述局部放電信號(hào)處理單元包括放大單元、濾波單元及微波檢波單元，所述放大單元輸入端與探頭-天線電連接，輸出端與濾波單元輸入端電連接，用于對(duì)探頭-天線輸出的局部放電信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的信號(hào)輸出到濾波單元;所述濾波單元輸出端與微波檢波單元輸入端電連接，用于對(duì)放大后的局部放電信號(hào)進(jìn)行濾波，濾除干擾信號(hào)，并將濾波后的信號(hào)輸出到微波檢波單元;所述微波檢波單元輸出端與鎖相放大單元輸入端電連接，用于降低濾波后信號(hào)的頻率，生成局部放電通道信號(hào)，輸出到鎖相放大單元。
[0011]特別地，所述參考信號(hào)處理單元包括移相單元及方波驅(qū)動(dòng)單元，所述移相單元輸入端與探頭-天線電連接，輸出端與方波驅(qū)動(dòng)單元輸入端電連接，用于對(duì)探頭-天線輸出的交流電信號(hào)進(jìn)行移相處理，保證局部放電通道信號(hào)和參考通道信號(hào)相位相同；所述方波驅(qū)動(dòng)單元輸出端與鎖相放大單元輸入端電連接，用于將移相后的交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波，生成參考通道信號(hào)，輸出到鎖相放大單元。
[0012]特別地，所述方波驅(qū)動(dòng)單元將移相后的交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變成占空比為50%的方波。
[0013]特別地，所述移相單元采用RC移相電路。
[0014]特別地，所述放大單元采用放大器芯片型號(hào)為PC8211。
[0015]特別地，所述微波檢波單元采用微波檢波芯片型號(hào)為AD8。
[0016]特別地，所述探頭-天線采用外置探頭-天線。
[0017]本實(shí)用新型提出的用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，探頭-天線采集工頻信號(hào)及GIS運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的局部放電信號(hào)，經(jīng)局部放電信號(hào)處理單元進(jìn)行放大、濾波及降頻后輸出局部放電通道信號(hào)到鎖相放大單元，與探頭-天線采集的工頻信號(hào)經(jīng)參考信號(hào)處理單元輸出的參考通道信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得直流分量的GIS局部放電信號(hào)，輸出到外接計(jì)算機(jī)，從而將深埋于大量不相關(guān)噪聲中的微弱局部放電信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，使傳感器具有寬頻帶、低噪聲、尚靈敏度及大動(dòng)態(tài)范圍的檢測(cè)功能，進(jìn)而提尚GIS局部放電系統(tǒng)的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，而非對(duì)本實(shí)用新型的限定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分而非全部?jī)?nèi)容，除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0020]請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]本實(shí)施例中用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器具體包括:探頭-天線101、局部放電信號(hào)處理單元102、參考信號(hào)處理單元103和鎖相放大單元104。
[0022]所述探頭-天線101輸出端與局部放電信號(hào)處理單元102、參考信號(hào)處理單元103電連接，分別采集GIS運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的局部放電信號(hào)輸出到局部放電信號(hào)處理單元102和采集特定頻率的工頻信號(hào)輸出到參考信號(hào)處理單元103。超高頻傳感法采用的探頭-天線有兩類，一類安裝于GIS內(nèi)部，另一類采用外部探頭-天線，本實(shí)施例中采用外部探頭-天線，它不改變GIS內(nèi)部電場(chǎng)分布，不影響系統(tǒng)的密封性，同時(shí)移動(dòng)方便，能夠完成對(duì)GIS運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的局部放電?目號(hào)的米集。
[0023]所述局部放電信號(hào)處理單元102具體包括放大單元1021、濾波單元1022和微波檢波單元1023。所述放大單元1021輸入端與探頭-天線101電連接，輸出端與濾波單元1022輸入端電連接;所述濾波單元1022輸出端與微波檢波單元1023輸入端電連接;所述微波檢波單元1023輸出端與鎖相放大單元104輸入端電連接。
[0024]基于GIS的特殊結(jié)構(gòu)，因故障產(chǎn)生的超高頻脈沖電磁波的頻域十分豐富(300MHZ-3GHZ)，且微弱的脈沖信號(hào)被淹沒(méi)在大量的噪聲中，為了便于對(duì)微弱的脈沖局部放電信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的檢波處理，必須對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯螅緦?shí)施例中，所述放大單元1021對(duì)探頭-天線101輸出的局部放電信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的信號(hào)輸出到濾波單元1022。其中，采用放大器芯片型號(hào)為PC8211。
[0025]GIS運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，干擾源多且干擾信號(hào)幅值大，存在局部放電信號(hào)提取難度大的問(wèn)題，本實(shí)施例中，所述濾波單元1022對(duì)放大后的局部放電信號(hào)進(jìn)行濾波，將空氣中大量的電暈等干擾信號(hào)濾出，并將濾波后的信號(hào)輸出到微波檢波單元1023，便于后面的檢波處理。為了能夠與天線-探頭101結(jié)合起來(lái)使用，有效去除低頻干擾，濾波單元1022采用高通濾波器。
[0026]GIS放電類型通常是有局部放電信號(hào)的峰值和時(shí)域工頻相位所決定的。為了獲得局部放電信號(hào)的峰值和時(shí)域工頻信息，采集裝置需要具有很高的采樣率，并且需要記錄大量的數(shù)據(jù)，但是巨大的數(shù)據(jù)量極難實(shí)時(shí)處理。本實(shí)施例中，所述微波檢波單元1023對(duì)濾波后的局部放電信號(hào)進(jìn)行檢波處理，從高頻載波信號(hào)中取出低頻的調(diào)制信號(hào)，將超高頻傳感器輸出信號(hào)的超高頻成分濾除，而僅保留信號(hào)的幅值和相位信息，大大減少了數(shù)據(jù)量的處理工作，最終輸出低頻的包絡(luò)局部放電信號(hào)，形成局部放電通道信號(hào)，輸出到鎖相放大單元104。所述微波檢波單元1023包括由AD8XXX系列器件組成的微波檢波電路、AD8009組成的放大電路以及峰值檢波電路。
[0027]所述參考信號(hào)處理單元103包括移相單元1031及方波驅(qū)動(dòng)單元1032，所述移相單元1031輸入端與探頭-天線101電連接，輸出端與方波驅(qū)動(dòng)單元1032輸入端電連接;所述方波驅(qū)動(dòng)單元1032輸出端與鎖相放大單元104輸入端電連接。
[0028]根據(jù)鎖相放大單元104的要求，局部放電通道信號(hào)與參考通道信號(hào)的方波應(yīng)當(dāng)同步。本實(shí)施例中，移相單元1031獲取探頭-天線101輸出的特定工頻信號(hào)，保證局部放電通道信號(hào)與參考通道信號(hào)的方波同步，當(dāng)方波頻率與局部放電通道信號(hào)的相位存在微小的不同步時(shí)，移相單元1031對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行移相處理，保證兩路信號(hào)同頻同步的要求。本實(shí)施例中移相單兀米用RC移相電路。
[0029]根據(jù)鎖相放大單元104的要求，參考通道信號(hào)可以是正弦波、也可以是方波，為防止參考通道信號(hào)的幅度漂移影響鎖相放大器的輸出精度，本實(shí)施例中參考通道信號(hào)采用占空比為50%的方波信號(hào)。所述方波驅(qū)動(dòng)單元1032將移相后的交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波，生成參考通道信號(hào)，輸出到鎖相放大單元104。
[0030]所述鎖相放大單元104包括模擬乘法器1041及低通濾波器1042，所述模擬乘法器1041的輸入端與微波檢波單元1023及方波驅(qū)動(dòng)單元1032電連接，輸出端與低通濾波器1042輸入端電連接;所述低通濾波器1042輸出端外接計(jì)算機(jī)。
[0031]鎖相放大單元檢測(cè)微弱信號(hào)的實(shí)質(zhì)是采用了互相關(guān)原理，利用參考信號(hào)與輸入的有用信號(hào)具有相關(guān)性，而參考信號(hào)與噪聲互不相關(guān)，通過(guò)相敏檢波及低通濾波完成互相關(guān)的運(yùn)算，從而達(dá)到抑制噪聲的目的。本實(shí)施例中，將兩路通道信號(hào):一路為GIS局部放電通道信號(hào)，一路為參考通道信號(hào)送入模擬乘法器1041進(jìn)行乘法運(yùn)算，把待測(cè)GIS局部通道信號(hào)中與參考通道信號(hào)同步的那部分信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，之后通過(guò)后面帶有積分功能的低通濾波器1042將交流信號(hào)濾除，獲得直流分量的GIS局部放電信號(hào)，輸出到外接計(jì)算機(jī)。
[0032]本實(shí)用新型的技術(shù)方案通過(guò)探頭-天線采集工頻信號(hào)及GIS運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的局部放電信號(hào)，經(jīng)局部放電信號(hào)處理單元進(jìn)行放大、濾波及降頻后輸出局部放電通道信號(hào)到鎖相放大單元，與探頭-天線采集的特定工頻信號(hào)經(jīng)參考信號(hào)處理單元輸出的參考通道信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得直流分量的GIS局部放電信號(hào)，輸出到外接計(jì)算機(jī)，從而將深埋于大量不相關(guān)噪聲中的微弱局部放電信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，使傳感器具有寬頻帶、低噪聲、高靈敏度及大動(dòng)態(tài)范圍的檢測(cè)功能，進(jìn)而提尚GIS局部放電系統(tǒng)的性能。
[0033]注意，上述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本實(shí)用新型不限于這里所述的特定實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，雖然通過(guò)以上實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了較為詳細(xì)的說(shuō)明，但是本實(shí)用新型不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本實(shí)用新型的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，其特征在于，包括探頭-天線、局部放電信號(hào)處理單元、參考信號(hào)處理單元和鎖相放大單元； 所述探頭-天線分別與局部放電信號(hào)處理單元輸入端和參考信號(hào)處理單元輸入端電連接，用于將工頻信號(hào)及GIS內(nèi)部局部放電信號(hào)引出； 所述局部放電信號(hào)處理單元用于接收探頭-天線引出的GIS內(nèi)部局部放電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大、濾波及降頻后輸出局部放電通道信號(hào)到鎖相放大單元； 所述參考信號(hào)處理單元用于接收探頭-天線引出的工頻信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行移相、方波驅(qū)動(dòng)后輸出參考通道信號(hào)到鎖相放大單元； 所述鎖相放大單元輸入端分別與局部放電信號(hào)處理單元輸出端和參考信號(hào)處理單元輸出端電連接，用于對(duì)局部放電通道信號(hào)和參考通道信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得直流分量的GIS局部放電信號(hào)； 所述局部放電信號(hào)處理單元包括放大單元、濾波單元及微波檢波單元，所述放大單元輸入端與探頭-天線電連接，輸出端與濾波單元輸入端電連接，用于對(duì)探頭-天線輸出的局部放電信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的信號(hào)輸出到濾波單元;所述濾波單元輸出端與微波檢波單元輸入端電連接，用于對(duì)放大后的局部放電信號(hào)進(jìn)行濾波，濾除干擾信號(hào)，并將濾波后的信號(hào)輸出到微波檢波單元;所述微波檢波單元輸出端與鎖相放大單元輸入端電連接，用于降低濾波后信號(hào)的頻率，生成局部放電通道信號(hào)，輸出到鎖相放大單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，其特征在于，所述參考信號(hào)處理單元包括移相單元及方波驅(qū)動(dòng)單元，所述移相單元輸入端與探頭-天線電連接，輸出端與方波驅(qū)動(dòng)單元輸入端電連接，用于對(duì)探頭-天線輸出的交流電信號(hào)進(jìn)行移相處理，保證局部放電通道信號(hào)和參考通道信號(hào)相位相同；所述方波驅(qū)動(dòng)單元輸出端與鎖相放大單元輸入端電連接，用于將移相后的交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波，生成參考通道信號(hào)，輸出到鎖相放大單元。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，其特征在于，所述方波驅(qū)動(dòng)單元將移相后的交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變成占空比為50%的方波。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，其特征在于，所述移相單兀米用RC移相電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，其特征在于，所述放大單元采用放大器芯片型號(hào)為PC8211。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，其特征在于，所述微波檢波單元采用微波檢波芯片型號(hào)為AD8。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于GIS局部放電檢測(cè)的超高頻傳感器，其特征在于，所述探頭-天線采用外置探頭-天線。
【文檔編號(hào)】G01H17/00GK205484672SQ201620225209
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月23日
【發(fā)明人】曾仰學(xué)
【申請(qǐng)人】成都銳奕信息技術(shù)有限公司