一種用于gis局部放電檢測的超高頻傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于GIS局部放電檢測的超高頻傳感器，包括探頭?天線、局部放電信號處理單元、參考信號處理單元及鎖相放大單元。本實用新型通過探頭?天線采集GIS運(yùn)行現(xiàn)場的局部放電信號，經(jīng)局部放電信號處理單元進(jìn)行放大、濾波及降頻后輸出局部放電通道信號到鎖相放大單元，與探頭?天線采集的工頻信號經(jīng)參考信號處理單元輸出的參考通道信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得直流分量的GIS局部放電信號，從而將深埋于大量不相關(guān)噪聲中的微弱局部放電信號檢測出來，使傳感器具有寬頻帶、低噪聲、高靈敏度及大動態(tài)范圍的檢測功能，進(jìn)而提高GIS局部放電系統(tǒng)的性能。
【專利說明】
一種用于GIS局部放電檢測的超高頻傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實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)影響到整個電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。為保證GIS長期可靠運(yùn)行，對GIS進(jìn)行在線監(jiān)測能讓我們及時了解和掌握GIS的運(yùn)行狀態(tài)。其中，超高頻傳感檢測法由于具有高靈敏度等諸多優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于對GIS局部放電的在線監(jiān)測中。超高頻傳感器作為超高頻傳感檢測法中的重要部件，其性能將直接影響監(jiān)測結(jié)果，但由于GIS運(yùn)行現(xiàn)場電磁干擾問題，當(dāng)前的超高頻傳感器普遍存在抗電磁干擾能力差，靈敏度低等問題，導(dǎo)致對GIS局部放電信號捕捉不準(zhǔn)確。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]針對上述技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種用于GIS局部放電檢測的超高頻傳感器，該傳感器應(yīng)用鎖相放大技術(shù)，能夠提取出淹沒于大量噪聲中的局部放電信號，使傳感器具有寬頻帶、低噪聲、高靈敏度及大動態(tài)范圍的檢測功能，進(jìn)而提高GIS局部放電系統(tǒng)的性能。
[0004]為達(dá)此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種用于GIS局部放電檢測的超高頻傳感器，包括探頭-天線、局部放電信號處理單元、參考信號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處理單元輸入端和參考信號處理單元輸入端電連接，用于將工頻信號及GIS內(nèi)部局部放電信號引出；
[0007]所述局部放電信號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，并對其進(jìn)行放大、濾波及降頻后輸出局部放電通道信號到鎖相放大單元；
[0008]所述參考信號處理單元用于接收探頭-天線引出的工頻信號，并對其進(jìn)行移相、方波驅(qū)動后輸出參考通道信號到鎖相放大單元；
[0009]所述鎖相放大單元輸入端分別與局部放電信號處理單元輸出端和參考信號處理單元輸出端電連接，用于對局部放電通道信號和參考通道信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得直流分量的GIS局部放電信號；
[0010]所述局部放電信號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，用于對探頭-天線輸出的局部放電信號進(jìn)行放大，并將放大后的信號輸出到濾波單元;所述濾波單元輸出端與微波檢波單元輸入端電連接，用于對放大后的局部放電信號進(jìn)行濾波，濾除干擾信號，并將濾波后的信號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的頻率，生成局部放電通道信號，輸出到鎖相放大單元。
[0011]特別地，所述參考信號處理單元包括移相單元及方波驅(qū)動單元，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)動單元輸入端電連接，用于對探頭-天線輸出的交流電信號進(jìn)行移相處理，保證局部放電通道信號和參考通道信號相位相同；所述方波驅(qū)動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轉(zhuǎn)變成方波，生成參考通道信號，輸出到鎖相放大單元。
[0012]特別地，所述方波驅(qū)動單元將移相后的交流電信號轉(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為PC8211。
[0015]特別地，所述微波檢波單元采用微波檢波芯片型號為AD8。
[0016]特別地，所述探頭-天線采用外置探頭-天線。
[0017]本實用新型提出的用于GIS局部放電檢測的超高頻傳感器，探頭-天線采集工頻信號及GIS運(yùn)行現(xiàn)場的局部放電信號，經(jīng)局部放電信號處理單元進(jìn)行放大、濾波及降頻后輸出局部放電通道信號到鎖相放大單元，與探頭-天線采集的工頻信號經(jīng)參考信號處理單元輸出的參考通道信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得直流分量的GIS局部放電信號，輸出到外接計算機(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檢測出來，使傳感器具有寬頻帶、低噪聲、尚靈敏度及大動態(tài)范圍的檢測功能，進(jìn)而提尚GIS局部放電系統(tǒng)的性能。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型實施例提供的用于GIS局部放電檢測的超高頻傳感器結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型，而非對本實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實用新型相關(guān)的部分而非全部內(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)語與屬于本實用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本實用新型。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0020]請參照圖1所示，圖1是本實用新型實施例提供的用于GIS局部放電檢測的超高頻傳感器結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]本實施例中用于GIS局部放電檢測的超高頻傳感器具體包括:探頭-天線101、局部放電信號處理單元102、參考信號處理單元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處理單元102、參考信號處理單元103電連接，分別采集GIS運(yùn)行現(xiàn)場的局部放電信號輸出到局部放電信號處理單元102和采集特定頻率的工頻信號輸出到參考信號處理單元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，本實施例中采用外部探頭-天線，它不改變GIS內(nèi)部電場分布，不影響系統(tǒng)的密封性，同時移動方便，能夠完成對GIS運(yùn)行現(xiàn)場的局部放電?目號的米集。
[0023]所述局部放電信號處理單元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)，且微弱的脈沖信號被淹沒在大量的噪聲中，為了便于對微弱的脈沖局部放電信號進(jìn)行相關(guān)的檢波處理，必須對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，本實施例中，所述放大單?021對探頭-天線101輸出的局部放電信號進(jìn)行放大，并將放大后的信號輸出到濾波單元1022。其中，采用放大器芯片型號為PC8211。
[0025]GIS運(yùn)行現(xiàn)場，干擾源多且干擾信號幅值大，存在局部放電信號提取難度大的問題，本實施例中，所述濾波單元1022對放大后的局部放電信號進(jìn)行濾波，將空氣中大量的電暈等干擾信號濾出，并將濾波后的信號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的峰值和時域工頻相位所決定的。為了獲得局部放電信號的峰值和時域工頻信息，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)量極難實時處理。本實施例中，所述微波檢波單元1023對濾波后的局部放電信號進(jìn)行檢波處理，從高頻載波信號中取出低頻的調(diào)制信號，將超高頻傳感器輸出信號的超高頻成分濾除，而僅保留信號的幅值和相位信息，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，形成局部放電通道信號，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]所述參考信號處理單元103包括移相單元1031及方波驅(qū)動單元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)動單元1032輸入端電連接;所述方波驅(qū)動單元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，局部放電通道信號與參考通道信號的方波應(yīng)當(dāng)同步。本實施例中，移相單元1031獲取探頭-天線101輸出的特定工頻信號，保證局部放電通道信號與參考通道信號的方波同步，當(dāng)方波頻率與局部放電通道信號的相位存在微小的不同步時，移相單元1031對方波信號進(jìn)行移相處理，保證兩路信號同頻同步的要求。本實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，參考通道信號可以是正弦波、也可以是方波，為防止參考通道信號的幅度漂移影響鎖相放大器的輸出精度，本實施例中參考通道信號采用占空比為50%的方波信號。所述方波驅(qū)動單元1032將移相后的交流電信號轉(zhuǎn)變成方波，生成參考通道信號，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輸出端外接計算機(jī)。
[0031]鎖相放大單元檢測微弱信號的實質(zhì)是采用了互相關(guān)原理，利用參考信號與輸入的有用信號具有相關(guān)性，而參考信號與噪聲互不相關(guān)，通過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。本實施例中，將兩路通道信號:一路為GIS局部放電通道信號，一路為參考通道信號送入模擬乘法器1041進(jìn)行乘法運(yùn)算，把待測GIS局部通道信號中與參考通道信號同步的那部分信號檢測出來，之后通過后面帶有積分功能的低通濾波器1042將交流信號濾除，獲得直流分量的GIS局部放電信號，輸出到外接計算機(jī)。
[0032]本實用新型的技術(shù)方案通過探頭-天線采集工頻信號及GIS運(yùn)行現(xiàn)場的局部放電信號，經(jīng)局部放電信號處理單元進(jìn)行放大、濾波及降頻后輸出局部放電通道信號到鎖相放大單元，與探頭-天線采集的特定工頻信號經(jīng)參考信號處理單元輸出的參考通道信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得直流分量的GIS局部放電信號，輸出到外接計算機(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檢測出來，使傳感器具有寬頻帶、低噪聲、高靈敏度及大動態(tài)范圍的檢測功能，進(jìn)而提尚GIS局部放電系統(tǒng)的性能。
[0033]注意，上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本實用新型不限于這里所述的特定實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實用新型的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實施例對本實用新型進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本實用新型不僅僅限于以上實施例，在不脫離本實用新型構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本實用新型的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【主權(quán)項】
1.一種用于GIS局部放電檢測的超高頻傳感器，其特征在于，包括探頭-天線、局部放電信號處理單元、參考信號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處理單元輸入端和參考信號處理單元輸入端電連接，用于將工頻信號及GIS內(nèi)部局部放電信號引出； 所述局部放電信號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，并對其進(jìn)行放大、濾波及降頻后輸出局部放電通道信號到鎖相放大單元； 所述參考信號處理單元用于接收探頭-天線引出的工頻信號，并對其進(jìn)行移相、方波驅(qū)動后輸出參考通道信號到鎖相放大單元； 所述鎖相放大單元輸入端分別與局部放電信號處理單元輸出端和參考信號處理單元輸出端電連接，用于對局部放電通道信號和參考通道信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得直流分量的GIS局部放電信號； 所述局部放電信號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，用于對探頭-天線輸出的局部放電信號進(jìn)行放大，并將放大后的信號輸出到濾波單元;所述濾波單元輸出端與微波檢波單元輸入端電連接，用于對放大后的局部放電信號進(jìn)行濾波，濾除干擾信號，并將濾波后的信號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的頻率，生成局部放電通道信號，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局部放電檢測的超高頻傳感器，其特征在于，所述參考信號處理單元包括移相單元及方波驅(qū)動單元，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)動單元輸入端電連接，用于對探頭-天線輸出的交流電信號進(jìn)行移相處理，保證局部放電通道信號和參考通道信號相位相同；所述方波驅(qū)動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轉(zhuǎn)變成方波，生成參考通道信號，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局部放電檢測的超高頻傳感器，其特征在于，所述方波驅(qū)動單元將移相后的交流電信號轉(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】G01H17/00GK205484672SQ201620225209
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】曾仰學(xué)
【申請人】成都銳奕信息技術(shù)有限公司