專利名稱：局部放電工頻同步信號傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓絕緣故障在線檢測與數(shù)據(jù)采集處理領(lǐng)域，特別涉及一種非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，可用于高壓與超高壓電力系統(tǒng)局部放電檢測系統(tǒng)中，提供同步觸發(fā)信號。
背景技術(shù)：
在高壓電力系統(tǒng)中，由于制造工藝，運(yùn)輸，以及裝配過程中不可避免的缺陷如設(shè)備內(nèi)引入灰塵或?qū)щ婎w粒，設(shè)備內(nèi)的金屬尖端及空穴等，容易引發(fā)電力系統(tǒng)中各種形式的局部放電，在一定程度上容易引起絕緣擊穿，使電力系統(tǒng)發(fā)生故障，給國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，因此對局部放電現(xiàn)象的準(zhǔn)確測量及定位至關(guān)重要。近年來對局部放電檢測已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，主要有超高頻檢測法和超聲波檢測法；無論哪種檢測方法，都需要對接收到的放電信號進(jìn)行采集和處理。在對局部放電信號的采集處理系統(tǒng)中，需要提供高壓工頻信號作為觸發(fā)信號來觀察局部放電信號在一個工頻周期內(nèi)的放電特性，從而根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律確定引起局部放電的原因并對局部放電信號的特性進(jìn)行進(jìn)一步研究，最精確的檢測同步信號是直接從高壓信號獲取，此工頻信號的質(zhì)量決定了局部放電信號的采集、數(shù)據(jù)處理、故障識別與故障處理的質(zhì)量，是局部放電檢測設(shè)備中關(guān)鍵信號之一?，F(xiàn)有國內(nèi)外局部放電檢測設(shè)備中主要存在三種局部放電工頻同步信號傳感裝置:第一種工頻同步信號傳感裝置直接接入高壓二次回路提取工頻信號作為同步信號的方法需要現(xiàn)場接入設(shè)備，而且在高壓設(shè)備工作現(xiàn)場必須遵照高壓設(shè)備操作規(guī)程，為了保證高壓設(shè)備安全和工作人員安全，運(yùn)行現(xiàn)場不能隨意接入設(shè)備，工作人員必須在安全距離之外才能工作，因此使用這種傳感裝置會影響高壓設(shè)備正常運(yùn)行，而且操作煩雜；第二種工頻同步信號傳感裝置直接從低壓工頻電源獲取信號作為工頻信號，這時獲取的同步信號是經(jīng)過多次變換后的信號，信號同步精度差，對局部放電檢測帶來很大相位誤差，是現(xiàn)場檢測無法獲取高壓工頻信號時不得已的方法；第三種工頻同步信號傳感裝置自己產(chǎn)生一工頻信號作為工頻信號，此信號與高壓工頻信號沒有直接同步，對局部放電檢測帶來了更大的影響，只能作為備份信號使用。以上介紹的三種局部放電檢測設(shè)備使用的是接觸式的工頻同步信號傳感裝置，但都需要直接接入電源提取工頻信號，因此不能脫離市電電源而存在，所以在超高壓設(shè)備現(xiàn)場安全問題要求突出，特別是使用局部放電便攜式檢測設(shè)備時同步信號更是不易獲取。從而在局部放電數(shù)據(jù)采集的過程中，操作復(fù)雜，對外界環(huán)境要求條件高。設(shè)計一種不改變現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行、安全可靠、便于現(xiàn)場使用的非接觸同步信號的提取傳感裝置非常有實(shí)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和高壓環(huán)境安全需求，提供一種非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，以脫離市電電源，提高安全性和接收靈敏度，減小與工頻信號的相位誤差，簡化操作，為局部放電信號采集提供可靠，穩(wěn)定的同步觸發(fā)信號。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:一種非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，傳感器1、過壓保護(hù)電路2、一級放大電路3、窄帶濾波選頻電路4、增益控制電路5、二級放大電路6和電源轉(zhuǎn)換模塊7 ;傳感器I，用于接收工頻信號，并通過過壓保護(hù)電路2傳輸給一級放大電路3 ;—級放大電路3對輸入的工頻信號進(jìn)行放大，并將放大后的信號傳輸給窄帶濾波選頻電路4進(jìn)行選頻濾波，再傳輸給自動增益控制電路5 ；自動增益控制電路5對選頻濾波后的信號進(jìn)行可控增益放大，并將放大后的增益信號傳輸給二級放大電路6進(jìn)行二次放大并輸出；其特征在于:所述傳感器I采用非接觸式的矩形貼片天線，固定在高壓線路安全距離之外處或高壓設(shè)備絕緣體外側(cè)，獲得工頻信號；該矩形貼片天線包括導(dǎo)體貼片11、介質(zhì)基板12和接地板13，導(dǎo)體貼片11位于介質(zhì)基板12上，導(dǎo)體貼片11的幾何中心設(shè)有饋電點(diǎn)，介質(zhì)基板12置于接地板13之上。上述非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于所述電源轉(zhuǎn)換模塊7的輸出端分別與一級放大電路3、自動增益控制電路5和二級放大電路6的電源引腳相連，為整個電路提供穩(wěn)定電源。上述非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于:所述傳感器是非接觸式的矩形貼片天線，不接入高壓回路，通過固定在高壓線路安全距離之外處或高壓設(shè)備絕緣體外側(cè)獲得工頻信號。上述非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于:所述矩形貼片天線的導(dǎo)體貼片為銅箔。上述非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于:所述矩形貼片天線的饋電點(diǎn)位于所述導(dǎo)體貼片11的幾何中心。上述非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于:導(dǎo)體貼片11長為90毫米，寬為30毫米。上述非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于:接地板13長為185毫米，寬為82毫米。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1.本發(fā)明采用傳感器放置于電壓為220KV— 1000KV的供電線路、高壓設(shè)備安全距離之外處或高壓設(shè)備絕緣體外側(cè)檢測工頻信號，無需接入高壓回路，現(xiàn)場不用停電，不改動任何設(shè)備，提取信號安全方便。2.本發(fā)明傳感器采用矩形貼片天線，技術(shù)先進(jìn)，參數(shù)受外界干擾變化小，輸出信號穩(wěn)定，不影響高壓場強(qiáng)，可靠性高。3.本發(fā)明由于設(shè)有窄帶濾波選頻電路，能夠準(zhǔn)確提取工頻信號，并對其它干擾進(jìn)行濾波，輸出工頻信號準(zhǔn)確、穩(wěn)定。4.本發(fā)明由于設(shè)有自動增益電路，能夠提取工頻信號，并對其進(jìn)行自動增益放大，使輸出工頻信號幅度穩(wěn)定。5.本發(fā)明由于設(shè)有過壓保護(hù)電路，能夠?yàn)V除高壓沖擊信號，防止矩形貼片天線接收的信號所產(chǎn)生的電壓過大，燒壞器件。
6.本發(fā)明由于設(shè)有一級放大電路，能夠?qū)斎胄盘柲苓M(jìn)行放大，而且能同時濾除輸入信號中的高頻成分，保留了低頻成分，并對該低頻信號進(jìn)行放大。7.本發(fā)明由于設(shè)有電源轉(zhuǎn)換模塊，能夠?yàn)橐患壏糯箅娐?、自動增益控制電路和二級放大電路提供穩(wěn)定電源，保證整個電路的正常工作。8.本發(fā)明外形尺寸小，易于攜帶安裝。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的仰視圖；圖3為本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖3的側(cè)視圖；圖5是本發(fā)明的電路原理框圖；圖6為本發(fā)明測量時的第一種位置示意圖；圖7為本發(fā)明測量時的第二種位置示意圖。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式參照圖1和圖2，本發(fā)明包括金屬屏蔽外殼1、傳感器2、同軸電纜連接器3，集成電路板4和電源連接器5。傳感器2固定在屏蔽外殼I的開口處，集成電路板4設(shè)置在傳感器2與屏蔽外殼I的頂壁之間，傳感器2通過同軸線與集成電路板4相連，集成電路板4的輸出信號通過同軸電纜連接器3輸出。參照圖3和圖4，所述的傳感器2，采用矩形貼片天線，該矩形貼片天線由導(dǎo)體貼片21、介質(zhì)基板22和接地板23組成，導(dǎo)體貼片21設(shè)置在介質(zhì)基板22之上，該介質(zhì)基板22置于接地板23之上。導(dǎo)體貼片21為長方形片體，長為90毫米，寬為30毫米，其中心與介質(zhì)基板22、接地板23重合，導(dǎo)體貼片21的幾何中心設(shè)有饋電點(diǎn)A，采用同軸線饋電，電場測量頻率為50Hz。導(dǎo)體貼片21采用銅箔，放置在屏蔽外殼I的開口處，以便接收工頻信號；介質(zhì)基板22和接地板23的長為185毫米,寬為82毫米，介質(zhì)基板22的介電常數(shù)為2.55,材質(zhì)為聚四氟乙烯。傳感器2的各項(xiàng)參數(shù)與其后連接的電路的各項(xiàng)參數(shù)匹配，使輸出信號穩(wěn)定，準(zhǔn)確。參照圖5，所述的集成電路板4，其上設(shè)有過壓保護(hù)電路41、一級放大電路42、窄帶濾波選頻電路43、自動增益控制電路44、二級放大電路45和電源轉(zhuǎn)換模塊46。過壓保護(hù)電路41、一級放大電路42、窄帶濾波選頻電路43、自動增益控制電路44、二級放大電路45依次連接。電源轉(zhuǎn)換模塊46的輸出端分別與一級放大電路42、自動增益控制電路44和二級放大電路45的電源引腳相連。該過壓保護(hù)電路41，采用2個二極管和一個高頻耦合變壓器，2個二極管雙向反極性并聯(lián)，并聯(lián)的二極管兩端與高頻耦合變壓器連接，通過耦合將高頻信號直接耦合到地，以濾除高壓沖擊信號，防止矩形貼片天線接收的信號所產(chǎn)生的電壓過大，燒壞器件。該一級放大電路42，采用但不局限于運(yùn)算放大器ICL7650BCSA-1與RC并聯(lián)電路形成有源低通濾波放大電路，RC并聯(lián)電路將ICL7650BCSA-1輸出信號反饋至ICL7650BCSA-1的負(fù)輸入端，用于對輸入的低頻信號進(jìn)行放大。該窄帶濾波選頻電路43，采用一個二階RC選頻電路，中心頻率為50Hz，構(gòu)成窄帶濾波電路，用于對輸入的信號選頻濾波，其中二階RC選頻電路的輸入與ICL7650BCSA-1相連，輸出與增益控制電路44相連。該自動增益控制電路44，采用但不局限于運(yùn)算放大器0P07CS和負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)形成自動增益控制電路，兩個場效應(yīng)管級聯(lián)形成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，將0P07CS的輸出信號反饋至其負(fù)輸入端，用于對工頻信號進(jìn)行自動增益放大，該運(yùn)算放大器0P07CS的輸入與二階RC選頻電路相連，輸出與二級放大電路45相連。該二級放大電路45，采用但不局限于運(yùn)算放大器LM158，用于對輸入信號進(jìn)行再次放大，該運(yùn)算放大器LM158的輸入與運(yùn)算放大器0P07CS的輸出相連。該電源轉(zhuǎn)換模塊46,米用但不局限于穩(wěn)壓器78LM10和78LM05,這兩個穩(wěn)壓器級聯(lián)，使外部10-30V之間的任意電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的+5V和-5V,輸出端分別與一級放大電路42、自動增益控制電路44和二級放大電路45的電源引腳相連，保證電路的正常運(yùn)行。本發(fā)明工作原理如下:本發(fā)明有兩種工作方式:一是將本發(fā)明的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置放置在正常工作的單相高壓線路正下方安全距離之外處提取工頻信號；二是將本發(fā)明的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置放置在正常工作的絕緣組合電器設(shè)備單相盆式絕緣子處提取工頻信號。參照圖5和圖6，第一種工作方式下，本發(fā)明的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，放置在正常工作的單相高壓線路正下方安全距離之外的地方，采用非接觸電場檢測方法，由傳感器2接收工頻信號，并通過保護(hù)電路41傳輸給一級放大電路42，當(dāng)保護(hù)電路41接收到的信號幅度過大時，該電路中的高頻耦合變壓器將其中高頻信號直接耦合到地，以濾除高壓沖擊信號，防止傳感器2接收到的信號過大，燒壞電路；輸出后的信號傳輸給一級放大電路42，一級放大電路42對輸入的信號進(jìn)行放大和低通濾波后傳輸給中心頻率為50Hz窄帶濾波選頻電路43對一級放大電路42輸出的信號進(jìn)行選頻濾波，并將選頻濾波后的信號傳輸給自動增益控制電路44;自動增益控制電路44根據(jù)該輸入信號的幅度，自動調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)，穩(wěn)定輸出信號，再將該穩(wěn)定信號傳輸給二級放大電路45進(jìn)行二次放大，并輸出。參照圖5和圖7，第二種工作方式下，本發(fā)明的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，放置在正常工作的絕緣組合電器設(shè)備單相盆式絕緣子的位置處，采用非接觸電場檢測方法，由傳感器2接收工頻信號，并通過保護(hù)電路41傳輸給一級放大電路42，當(dāng)保護(hù)電路41接收到的信號幅度過大時，該電路中的高頻耦合變壓器將其中高頻信號直接耦合到地，以濾除高壓沖擊信號，防止傳感器2接收到的信號過大，燒壞電路；輸出后的信號傳輸給一級放大電路42，一級放大電路42對輸入的信號進(jìn)行放大和低通濾波后傳輸給中心頻率為50Hz窄帶濾波選頻電路43對一級放大電路42輸出的信號進(jìn)行選頻濾波，并將選頻濾波后的信號傳輸給自動增益控制電路44 ；自動增益控制電路44根據(jù)該輸入信號的幅度，自動調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)，穩(wěn)定輸出信號，再將該穩(wěn)定信號傳輸給二級放大電路45進(jìn)行二次放大，并輸出。以上描述僅是本發(fā)明的具體的實(shí)例，并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，顯然，對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上各種修飾和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，包括:傳感器(I)、過壓保護(hù)電路(2)、一級放大電路(3 )、窄帶濾波選頻電路(4 )、增益控制電路(5 )、二級放大電路(6 )和電源轉(zhuǎn)換模塊(7);傳感器(1)，用于接收工頻信號，并通過過壓保護(hù)電路(2)傳輸給一級放大電路(3);—級放大電路(3)對輸入的工頻信號進(jìn)行放大，并將放大后的信號傳輸給窄帶濾波選頻電路(4)進(jìn)行選頻濾波，再傳輸給自動增益控制電路(5);自動增益控制電路(5)對選頻濾波后的信號進(jìn)行可控增益放大，并將放大后的增益信號傳輸給二級放大電路(6)進(jìn)行二次放大并輸出；其特征在于: 所述傳感器(I)采用非接觸式的矩形貼片天線，固定在高壓線路安全距離之外處或高壓設(shè)備絕緣體外側(cè)，獲得工頻信號；該矩形貼片天線包括導(dǎo)體貼片(11)、介質(zhì)基板(12)和接地板(13)，導(dǎo)體貼片(11)位于介質(zhì)基板(12)上，導(dǎo)體貼片(11)的幾何中心設(shè)有饋電點(diǎn)，介質(zhì)基板(12)置于接地板(13)之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于所述電源轉(zhuǎn)換模塊(7 )的輸出端分別與一級放大電路(3 )、自動增益控制電路(5 )和二級放大電路(6)的電源引腳相連，為整個電路提供穩(wěn)定電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于:所述傳感器是非接觸式的矩形貼片天線，不接入高壓回路，通過固定在高壓線路安全距離之外處或高壓設(shè)備絕緣體外側(cè)獲得工頻信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于:所述矩形貼片天線的導(dǎo)體貼片為銅箔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于:所述矩形貼片天線的饋電點(diǎn)位于所述導(dǎo)體貼片(11)的幾何中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于:導(dǎo)體貼片(11)長為90暈米，寬為30暈米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于:接地板(13)長為185暈米，寬為82暈米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于，所述過壓保護(hù)電路(2)，包括2個二極管和一個高頻耦合變壓器，2個二極管雙向反極性并聯(lián)，并聯(lián)的二極管兩端與高頻耦合變壓器連接，通過耦合將高頻信號直接耦合到地，以濾除高壓沖擊信號，防止矩形貼片天線接收的信號所產(chǎn)生的電壓過大，燒壞器件。
9.根據(jù)權(quán)利要I所述的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于，所述窄帶濾波選頻電路(4),采用一個二階RC低通選頻電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸局部放電工頻同步信號傳感裝置，其特征在于，所述自動增益控制電路(5)，包括運(yùn)算放大器0P07CS和負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，兩個場效應(yīng)管級聯(lián)形成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，將運(yùn)算放大器0P07CS的輸出信號反饋至運(yùn)算放大器0P07CS的輸入端，用于對工頻信號進(jìn)行自動增益放大。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種局部放電工頻同步信號傳感裝置，主要解決現(xiàn)有工頻同步信號提取需要接入高壓二次回路、現(xiàn)場不易操作、安全性差的問題。本發(fā)明包括傳感器，過壓保護(hù)電路、一級放大電路、窄帶濾波選頻電路、自動增益控制電路、二級放大電路和電源轉(zhuǎn)換模塊；整個裝置固定于高壓設(shè)備或線路安全距離之外處獲得工頻信號，輸入給過壓保護(hù)電路保護(hù)其他器件和濾除高頻成分；再依次通過一級放大電路，窄帶濾波選頻電路，自動增益控制電路和二級放大電路，對信號進(jìn)行選頻與增益可控的放大。本發(fā)明能夠脫離市電電源，具有安全性和接收靈敏度高，與工頻信號的相位誤差小，操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，可用于為局部放電信號采集提供可靠，穩(wěn)定的同步觸發(fā)信號。
文檔編號G01R1/30GK103197209SQ20131010244
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者郭宏福, 高桂華, 白麗娜, 付咪, 郭晉西 申請人:西安電子科技大學(xué)