專利名稱：可用于prpd與trpd檢測的局部放電檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種局部放電檢測系統(tǒng)，尤其是一種用于高壓電力設(shè)備絕緣監(jiān)測與診斷的便攜式局部放電檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
局部放電目前作為高壓電力設(shè)備絕緣監(jiān)測與診斷的一種重要手段，已在電力系統(tǒng)廣泛推廣與應(yīng)用?；诙喾N方法的局部放電檢測系統(tǒng)被開發(fā)，其功能從簡單的局部放電視在電荷測量發(fā)展到可進行放電類型識別，放電定位等高級功能。目前商用的局部放電檢測系統(tǒng)包含有離線檢測系統(tǒng)和在線檢測和監(jiān)測系統(tǒng)。一般的局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)需要在一個電力設(shè)備上安裝多個傳感器和數(shù)據(jù)采集單元，然后將采集的數(shù)據(jù)傳送到后臺服務(wù)器進行分析計算，系統(tǒng)成本很高，基于這個原因，便攜式局部放電檢測系統(tǒng)得以開發(fā)。便攜式局部放電檢測系統(tǒng)的特點是攜帶方便，根據(jù)需要可現(xiàn)場臨時安裝。從而實現(xiàn)一套系統(tǒng)對多個電力設(shè)備的檢測，降低成本。但是目前使用的便攜式局部放電檢測系統(tǒng)受其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制， 大多僅針對某一類電力設(shè)備而設(shè)計，對不同的電力設(shè)備需要不同的檢測系統(tǒng)。同時目前便攜式局部放電檢測系統(tǒng)一般為數(shù)字式，主要由信號耦合單元，數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理及顯示單元構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集單元一般使用采樣速率一定的數(shù)據(jù)采集卡。其選定的采樣速率限定了其應(yīng)用的方法，比如某一便攜式局部放電檢測系統(tǒng)采樣速率為IM samp/s則限定該檢測系統(tǒng)只能應(yīng)用于符合IEC60270標準的局部放電檢測方法，對超高頻信號不能檢測。而如果檢測系統(tǒng)的采樣速率限定為幾個Giga samp/s，此檢測系統(tǒng)一般不用來直接測量局部放電的視在電荷量。另外，一般的局部放電檢測系統(tǒng)其讀數(shù)和顯示功能由各廠家獨立開發(fā)的顯示模塊實現(xiàn)，開發(fā)周期長，而且一旦投入使用便很難變更。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)字存儲式示波器，計算機及在其上運行的虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊開發(fā)的便攜式局部放電檢測系統(tǒng)，采用變頻采樣，分段存儲，模塊化顯示等技術(shù)，克服上述目前大多數(shù)便攜式局部放電檢測系統(tǒng)的不足，實現(xiàn)單一系統(tǒng)可針對多個電力設(shè)備，應(yīng)用多種方法，同時實現(xiàn)PRPD(Phase Resolved Partial Discharge Pattern，基于相位分辨的局部放電圖譜)和TRPD(Time Resolved Partial Discharge Pattern，基于時間分辨的局部放電圖譜)的局部放電檢測，并為絕緣診斷提供支持。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種可用于PRPD與TRPD檢測的局部放電檢測系統(tǒng)，其與信號耦合單元連接，該局部放電檢測系統(tǒng)包括依次連接的數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理及顯示單元，其中，所述數(shù)據(jù)采集裝置為一數(shù)字存儲示波器，所述數(shù)據(jù)處理及顯示單元包括計算機及在其上運行的虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊，所述信號耦合單元的輸出端連接數(shù)字存儲示波器的輸入端，所述數(shù)字存儲示波器的輸出端連接虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊。所述虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊包括一系統(tǒng)配置子模塊、一數(shù)據(jù)采集子模塊和一數(shù)據(jù)后處理子模塊，所述系統(tǒng)配置子模塊與所述數(shù)字存儲示波器連接，其根據(jù)信號耦合單元的耦合信號控制所述數(shù)字存儲示波器進入峰值檢測模式或快速幀分段存儲模式，所述數(shù)據(jù)采集子模塊與所述數(shù)字存儲示波器連接，其控制數(shù)字存儲示波器在對應(yīng)的峰值檢測模式或快速幀分段存儲模式下進行局部放電信號的數(shù)據(jù)采集，所述數(shù)據(jù)后處理子模塊與所述數(shù)字存儲示波器連接，對數(shù)字存儲示波器采集到的數(shù)據(jù)進行后處理。優(yōu)選地，所述虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊還包括一顯示子模塊，其將經(jīng)過后處理的數(shù)據(jù)顯示在所述計算機的顯示器上。優(yōu)選地，所述數(shù)字存儲示波器在所述虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊的控制下的觸發(fā)模式包括邊沿觸發(fā)和毛刺觸發(fā)。所述數(shù)字存儲示波器的輸入通道包括4個采樣通道。為了本發(fā)明所述的可用于PRPD與TRPD檢測的局部放電檢測系統(tǒng)具有更好的便攜性，優(yōu)選地，所述計算機為筆記本電腦。優(yōu)選地，所述虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊為基于Labview 程序開發(fā)的模塊。本發(fā)明所述的可用于PRPD與TRPD檢測的局部放電檢測系統(tǒng)由于采用了上述技術(shù)方案使得其可根據(jù)測量要求，使用同一系統(tǒng)應(yīng)用多種測量方法(峰值檢測和快速幀分段存儲模式)對多種設(shè)備進行局部檢測，即該局部放電檢測系統(tǒng)可根據(jù)測量需求設(shè)定不同的采樣頻率，采用峰值檢測或者快速幀分段存儲模式實現(xiàn)PRPD與TRPD局放圖譜測量。也就是說，本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可根據(jù)需要改變數(shù)據(jù)采樣率，運行于PRPD與TRPD兩種測量模式，實現(xiàn)同一檢測系統(tǒng)對多種局部放電檢測方法的單個應(yīng)用或者聯(lián)合應(yīng)用，同一檢測系統(tǒng)對多種電力設(shè)備局部放電的檢測。本發(fā)明所述的技術(shù)方案可快速構(gòu)建測量系統(tǒng)的硬件構(gòu)架，數(shù)字存儲示波器，電腦和虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊的通用性和成熟的技術(shù)保證了該系統(tǒng)的廣泛推廣與應(yīng)用。此外，本發(fā)明所述的局部放電檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，攜帶方便，性能可靠。
以下結(jié)合附圖和具體實施例來對本發(fā)明所述的技術(shù)方案作進一步說明。

圖1為本發(fā)明所述的可用于PRPD與TRPD檢測的局部放電檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明所述的可用于PRPD與TRPD檢測的局部放電檢測系統(tǒng)中虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖3顯示了數(shù)字存儲示波器在峰值檢測模式下捕獲的局部放電響應(yīng)脈沖。圖4顯示了使用窗技術(shù)測定的局部放電視在電荷與相位角。圖5顯示了某一次測量的沿面放電的PRPD圖譜。圖6顯示了數(shù)字存儲示波器在快速幀分段存儲模式下捕獲的多個局放響應(yīng)脈沖。圖7為數(shù)字存儲示波器在快速幀分段存儲模式下數(shù)據(jù)后處理的流程框圖。圖8為采用局部放電檢測系統(tǒng)測量三種局部放電圖譜的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為采用圖8所示的電路測得的絕緣內(nèi)部放電PRPD圖譜。圖10為采用圖8所示的電路測得的沿面放電PRPD圖譜。圖11為采用圖8所示的電路測得的電暈放電PRPD圖譜。
具體實施例方式
4
如圖1所示，本發(fā)明采用的可用于PRPD與TRPD檢測的局部放電檢測系統(tǒng)與信號耦合單元連接，其包括數(shù)字存儲示波器，以及計算機及在其上運行的虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊。其中，根據(jù)不同的電力設(shè)備的局部放電檢測，信號耦合單元可以是現(xiàn)有的任何耦合單元。檢測時各耦合單元根據(jù)測量要求現(xiàn)場安裝，耦合的局部放電信號可以經(jīng)過或者不經(jīng)過前置處理后連接至數(shù)字存儲示波器的輸入端。本實施例中的數(shù)字存儲示波器的輸入通道為4個采樣通道，最多可同時采樣3路局部放電信號和一路同步信號，IMpts板上存儲器。其頻寬為IGHz模擬帶寬，含QO or 250)MHz硬件低通濾波器，輸入信號范圍為士5mV至士50V，8位分辨率，可接多種已有的經(jīng)過或不經(jīng)過前置處理的局部放電耦合單元的耦合信號，如符合IEC60270標準的寬帶局部放電信號(彡500kHz)、高頻信號(彡10MHz)、甚高頻電路(彡200MHz)、超高頻信號 (彡IGHz)，數(shù)據(jù)采樣率可根據(jù)輸入信號的頻率范圍調(diào)整設(shè)定(實時采樣率可高達4GS/s， IGHz模擬帶寬)。該數(shù)字存儲示波器的數(shù)據(jù)采集模式在虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊的控制下分為峰值檢測模式(面向PRPD圖譜的采集，可應(yīng)用于符合IEC60270標準的局部放電信號分析)和快速幀分段存儲模式(面向TRPD圖譜的采集，此時數(shù)字式存儲示波器由局部放電脈沖信號本身觸發(fā))，其中峰值檢測模式用于測量視在電荷對應(yīng)的峰值響應(yīng)電壓和包絡(luò)線采樣，快速幀分段存儲模式用于單個局部放電脈沖信號的捕獲。該數(shù)字存儲示波器的觸發(fā)模式包含邊沿觸發(fā)和毛刺觸發(fā)等多種觸發(fā)方式，可設(shè)定最佳模式以捕捉局部放電信號。該數(shù)字存儲示波器的數(shù)據(jù)傳輸速率在1. 5MB/s左右。如圖2所示，本實施例中，虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊包括系統(tǒng)配置子模塊、數(shù)據(jù)采集子模塊、數(shù)據(jù)后處理子模塊和顯示子模塊，系統(tǒng)配置子模塊與數(shù)字存儲示波器連接，其根據(jù)信號耦合單元的耦合信號控制所述數(shù)字存儲示波器進入峰值檢測模式或快速幀分段存儲模式，數(shù)據(jù)采集子模塊與數(shù)字存儲示波器連接，其控制數(shù)字存儲示波器在對應(yīng)的峰值檢測模式或快速幀分段存儲模式下進行局部放電信號的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)后處理子模塊與數(shù)字存儲示波器連接，對數(shù)字存儲示波器采集到的數(shù)據(jù)進行后處理，顯示子模塊將經(jīng)過后處理的數(shù)據(jù)顯示在計算機的顯示器上，方便對檢測到的局部放電信號進行分析。數(shù)字存儲示波器在峰值檢測模式下面向PRPD圖譜的采集，其可應(yīng)用于符合 IEC60270標準的局部放電信號分析。應(yīng)用此測量模式的前提是耦合信號已經(jīng)經(jīng)過前置處理，信號頻率分布在500kHz以下，信號的峰值與視在電荷量成比例關(guān)系，此外峰值檢測模式還可采集高頻信號的包絡(luò)信號。本技術(shù)方案中數(shù)字存儲示波器的峰值檢測模式是基于峰值檢測技術(shù)，該檢測模式下采集的數(shù)據(jù)為a)含局部放電脈沖的采樣片斷；b)測量物所加高電壓(同步電壓)。其可采用橢圓時基也可采用線性時基。采集到的數(shù)據(jù)為單個放電脈沖對應(yīng)的峰值和其發(fā)生瞬時測量物所加的高電壓的相位，在采集局部放電脈沖的峰值時， 用窗技術(shù)測定局部放電脈沖響應(yīng)的峰值和相位，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)后處理子模塊的數(shù)據(jù)后處理 (計算局部放電脈沖信號的幅值和相位角)，通過顯示子模塊在計算機上顯示為PRPD圖譜。為了便于對本技術(shù)方案進行進一步的理解，本文對峰值檢測技術(shù)和窗技術(shù)進行進一步的解釋說明峰值檢測技術(shù)基于局部放電耦合單元的頻帶寬度，輸入數(shù)據(jù)采集單元的局部放電脈沖響應(yīng)為一個衰減的振蕩脈沖信號，時間長度從幾十納秒到幾微秒不等。峰值檢測模式記錄相鄰的設(shè)定時間間隔內(nèi)脈沖響應(yīng)波形的最大值和最小值。如果峰值檢測設(shè)定的時間間隔小于脈沖響應(yīng)時間，某一局部放電脈沖的響應(yīng)信號檢測結(jié)果為一組數(shù)據(jù)對。每個數(shù)據(jù)對包含一個最大值和最小值(如圖3所示)。窗技術(shù)為了獲取上述這組數(shù)據(jù)對中與局部放電視在電荷量相關(guān)的最大值和最小值。一個定義了長度的窗口從采樣的數(shù)據(jù)片段頭開始滑動，一旦探測到某個數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)定的觸發(fā)門檻，窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)組的最大值和最小值便紀錄下來作為計算局部放電視在電荷量的相關(guān)量。窗口的長度在局部放電測量前校準，由校準脈沖的響應(yīng)波形決定。局部放電脈沖的極性由測量的最大峰值的極性決定。通過最大峰值出現(xiàn)的相角位置索引(如圖4中17358為該窗口中最大峰值出現(xiàn)在第17358個檢測時間間隔上，其中U表示觸發(fā)門檻，-(UJU2)表示局部放電幅值)可計算出該局部放電脈沖滯后同步電壓上升沿過零點的時間，進而計算出其所在的相角。PRPD圖譜顯示采集的局部放電脈沖信號計算其幅值和相位角后，通過PRPD圖譜顯示檢測結(jié)果(如圖5所示)。根據(jù)測量信號的頻帶分布可用mV，dBm或pC標識幅值。數(shù)字存儲示波器在快速幀分段存儲模式下為面向TRPD圖譜的采集，此時數(shù)字式存儲示波器由局部放電脈沖信號本身觸發(fā)。觸發(fā)信號可通過預(yù)先設(shè)置其電平高度和脈沖寬度進行調(diào)整。在該模式下，局部放電檢測系統(tǒng)可以而且僅僅高速采集局部放電脈沖響應(yīng)波形，局放放電脈沖發(fā)生瞬時被測物所加試驗或?qū)崟r高電壓瞬時值及每個局部放電脈沖發(fā)生瞬時，并將之分段存儲起來。這樣局部放電檢測系統(tǒng)有限的板上存儲器可保存盡可能多的波形數(shù)據(jù)，采集多個局部放電脈沖(如圖6所示，圖中1、2、3分別表示三個不同的局部放電脈沖)。數(shù)據(jù)后處理模塊按照如圖7所示的步驟對采集的數(shù)據(jù)進行后處理將采集的TRPD 數(shù)據(jù)經(jīng)過小波降噪(可選流程)后采用時頻分析提取信號的時頻特征參數(shù)組，然后采用模糊算法對提取的特征參數(shù)組進行聚類分析，分辯出干擾信號和不同局部放電源的信號，再通過統(tǒng)計學(xué)方法對單個局部放電圖譜進行識別。由于在快速幀分段存儲模式下，局部放電檢測系統(tǒng)不直接采集同步高壓信號，故不能直接計算局部放電脈沖的相角位置。因此需要進行同步信號的求解，假設(shè)測量體所加高電壓的峰值V在測量的短時內(nèi)保持穩(wěn)定。第ith和第‘+1個捕捉的局部放電脈沖相應(yīng)的時間間隔為Δ、，其對應(yīng)的需要求解的相角為α=%+ M，ω為工頻角頻率，其對應(yīng)測量的瞬時高電壓為Ui和ui+1，假設(shè)工頻電壓為正弦波性，則幾個量之間存在以下關(guān)系 由上述公式可推導(dǎo)出局部放電脈沖所處的相位角和測量體所加的高電壓峰值 圖8顯示了本發(fā)明所述的可用于PRPD與TRPD檢測的局部放電檢測系統(tǒng)進行PRPD 圖譜測量的一個實例。該實例中，使用局部放電檢測系統(tǒng)4來測量三種局部放電圖譜。該三種局部放電圖譜由人工局部放電模型5產(chǎn)生，人工局部放電模型分別為絕緣內(nèi)部氣泡放電模型，沿面放電模型和電暈發(fā)生器。測量中使用局部放電耦合器(含一個2nF的高壓耦合電容Cl和測量阻抗Rl)和高頻電流變壓器Ul作為局部放電信號傳感器。局部放電耦合
Ui = V* sin Oii
= Υ* η{αι+ωΜι)
ai = arctg (Ui * sin /(uM - Ui * cos )) V = u I sin a
6器接線使用非直接測量回路，高頻電流傳感器使用直接測量回路，所測得的三種局部放電圖譜如圖9、圖10和圖11所示。圖9為采用圖8所示的電路測得的絕緣內(nèi)部放電PRPD圖譜。圖10為采用圖8所示的電路測得的沿面放電PRPD圖譜。圖11為采用圖8所示的電路測得的電暈放電PRPD圖譜。采用本發(fā)明所述的可用于PRPD與TRPD檢測的局部放電檢測系統(tǒng)進行TRPD圖譜測量仍然采用如圖8所示的電路。其中，使用高頻電流電壓器作為局部放電信號耦合單元。 局部放電圖譜同樣由人工局部放電模型5產(chǎn)生，其包含兩個不同絕緣內(nèi)部放電源及其噪聲信號，一個電暈放電源。要注意的是，以上列舉的僅為本發(fā)明的具體實施例，顯然本發(fā)明不限于以上實施例，隨之有著許多的類似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種可用于PRPD與TRPD檢測的局部放電檢測系統(tǒng)，其與信號耦合單元連接，所述局部放電檢測系統(tǒng)包括依次連接的數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理及顯示單元，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集裝置為一數(shù)字存儲示波器，所述數(shù)據(jù)處理及顯示單元包括計算機及在其上運行的虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊，所述信號耦合單元的輸出端連接數(shù)字存儲示波器的輸入端，所述數(shù)字存儲示波器的輸出端連接虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部放電檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊包括一系統(tǒng)配置子模塊、一數(shù)據(jù)采集子模塊和一數(shù)據(jù)后處理子模塊，所述系統(tǒng)配置子模塊與所述數(shù)字存儲示波器連接，其根據(jù)信號耦合單元的耦合信號控制所述數(shù)字存儲示波器進入峰值檢測模式或快速幀分段存儲模式，所述數(shù)據(jù)采集子模塊與所述數(shù)字存儲示波器連接，其控制數(shù)字存儲示波器在對應(yīng)的峰值檢測模式或快速幀分段存儲模式下進行局部放電信號的數(shù)據(jù)采集，所述數(shù)據(jù)后處理子模塊與所述數(shù)字存儲示波器連接，對數(shù)字存儲示波器采集到的數(shù)據(jù)進行后處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的局部放電檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊還包括一顯示子模塊，其將經(jīng)過后處理的數(shù)據(jù)顯示在所述計算機的顯示器上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部放電檢測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字存儲示波器在所述虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊的控制下的觸發(fā)模式包括邊沿觸發(fā)和毛刺觸發(fā)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的局部放電檢測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字存儲示波器的輸入通道包括4個采樣通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部放電檢測系統(tǒng)，其特征在于所述計算機為筆記本電腦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的局部放電檢測系統(tǒng)，其特征在于所述虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊為基于Labview 程序開發(fā)的模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可用于PRPD與TRPD檢測的局部放電檢測系統(tǒng)，用于高壓電力設(shè)備絕緣監(jiān)測與診斷。該裝置包括信號耦合單元、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理及顯示單元，其特點是所述信號耦合單元是根據(jù)測量要求選擇的任意現(xiàn)有的耦合單元，所述數(shù)據(jù)采集裝置是數(shù)字存儲示波器，所述數(shù)據(jù)處理及顯示單元是計算機及運行在其上的虛擬儀器數(shù)據(jù)處理模塊。本發(fā)明可根據(jù)需要改變數(shù)據(jù)采樣率，運行于PRPD和TRPD兩種測量模式，實現(xiàn)同一檢測系統(tǒng)對多種局部放電檢測方法的單個應(yīng)用或者聯(lián)合應(yīng)用，同一檢測系統(tǒng)對多種電力設(shè)備局部放電的檢測。
文檔編號G01R31/12GK102262204SQ20111015652
公開日2011年11月30日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者司良奇, 徐穎敏, 李清, 江秀臣, 盛戈皞, 胡岳, 蔡開穗, 鄔航杰, 邱武斌, 黃興泉 申請人:上海交通大學(xué), 河南電力試驗研究院