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专利名称：实现变压器高频超高频局放监测数据测量存储系统及方法
技术领域：
本发明属于电力技术领域，具体涉及一种实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储系统及方法。
背景技术：
电力变压器等电气设备在长期运行时受温度、雷击、过电压、自身发热等因素影响，绝缘会逐步老化，局部放电是电力变压器绝缘劣化的重要原因，其主要是由于电场分布不均，局部电场过高，导致绝缘介质中局部范围内的电气放电或击穿现象。这种放电只存在于绝缘的局部位置，不会立即形成整个绝缘贯通性击穿或闪络。如不及时对局部放电进行有效监测，将会逐步扩大从而导致设备绝缘击穿，造成恶性事故。每一次局部放电的产生都伴随有一个很陡的电流脉冲，并向其周围辐射电磁波，变压器油隔板结构的绝缘强度比较高，因此变压器中的局部放电能够辐射很高频率的电磁波，大量的实际研究表明局部放电的频谱非常宽，约从数百Hz到数千MHz。现有技术中的高频局放检测法的测试原理一般是通过高频CT耦合变压器的地线上的局部防电信号，输入到检测仪器，经过信号放大和信号处理，在检测仪器上实时显示和存储，并接受测试者分析。另外，现有技术中也出现了超高频局放检测，其主要是根据设备中的局部放电会在设备外壳上产生流动的电磁波，使接地线上或套管处产生高频放电脉冲电流流过，从而导致外壳对地呈现高频电压并向周围空间传播，通过测量变压器内部局部放电所产生的超高频(300 3000MHZ)电信号，就能实现局部放电的检测定位。上述现有技术虽然采用了不同的检测手段，但是因为局部放电作为一种非常复杂的放电现象，可能包括气体或液体中的导体尖端或棱角上的放电、不同绝缘材料交界面上的表面放电或滑闪放电、固体或液体绝缘材料中的气泡放电，固体绝缘材料中的树枝状放电等等。因此，其带来的显著缺点是第一，各种局部放电的放电特征不尽相同，而且对每一种测试方法的敏感性也有差别，单纯利用一种局部放电的检测方法不一定能够将局部放电进行准确识别和定位；第二，即便简单集成上述现有技术于一个设备，也将直接导致设备的体积庞大，重量大并且不便于携带，接口复杂，测试接线凌乱，抗干扰性能差，而且，系统的运算速度、容量、稳定性等要求方面也将面临考验。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储系统，其能够显著提高局部放电识别和定位的效率，有效滤除与测试现场无关的电磁干扰，从而节约测试时间和成本。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储系统，其特征在于，包括用于采集高频局部放电信号与超高频局部放电信号的数据采集单元；用于对数据采集单元的信号输出端的数据进行测量，以获取反映故障的信号的特征值的数据测量单元；以及用于将数据测量单元的信号输出端的数据进行存储，并且显示故障结果的数据存储单元。所述的数据采集单元包括高频电流互感器和超高频传感器；所述的高频电流互感器连接前置放大器，所述的高频电流互感器采集的信号输入至前置放大器，前置放大器连接输入选择器，超高频传感器采集的信号输入至输入选择器；所述的输入选择器的输出端连接滤波器，所述的滤波器的输出端连接第一放大器。所述的滤波器为由一组低通滤波器和高通滤波器构成的带通滤波器。所述的数据测量单元包括连接第一放大器的输出端的有效值检测模块；所述的第一放大器的输出端连接检波器；所述的检波器的输出端连接平滑电路；所述的平滑电路的输出端连接包络线发生器；所述的包络线发生器的输出端连接扬声器、峰值检测器、频率分量测量电路，以及脉冲测量触发电路。所述的峰值检测器包括用于在脉冲开门时间内工作的第一峰值检测器，以及用于在25ms或75ms工作的第二峰值检测器。所述的数据存储单元包括缓存模块，该模块的输入端连接所述的峰值检测器、频率分量测量电路，以及脉冲测量触发电路的输出端；所述的缓存模块的输出端连接显示模块和存储控制模块；所述的存储控制模块连接有串行接口和存储器。进一步地，本发明提供了一种实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储方法，其特征在于，包括步骤一，数据采集单元采集高频局部放电信号与超高频局部放电信号；步骤二，数据测量单元对数据采集单元的信号输出端的数据进行测量，以获取反映故障的信号的特征值；步骤三，数据存储单元将数据测量单元的信号输出端的数据进行存储，并显示故障结果。所述的步骤一具体包括a.前置放大器对采集的信号进行预放大；b.滤波器对前置放大器输出的信号进行滤波，以除去低频和高频噪声；c.第一放大器对滤波器输出的信号进行主放大。所述的步骤二具体包括d.有效值检测模块从第一放大器的输出端提取信号，并测量有效值；e.第一放大器的输出信号经过检波器进行检波处理；f.检波器的输出信号经过平滑电路，以去除掉信号的尖峰频率；g.包络线发生器产生跟踪平滑电路输出的信号，并输入到扬声器、峰值检测器、频率分量测量电路，以及脉冲测量触发电路，以获取相应的特征值。本发明相对于现有技术具有以下的有益效果
综合了现有的局部放电监测的主要手段，实现各种测试方法的无缝切换，克服了单一局放监测方法所遭遇的诸如测试盲区、复杂局放和外界干扰等困难，而且，该系统的电气结构较为简单，抗干扰性能优异，测试重复性好，局部放电识别和定位的准确度和稳定性都得到了很好的体现。


图1为本发明的实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储系统的结构原理 图2为图1所示系统的具体实施例的结构示意图；图3为图2所示实施例的有效值检测器的一种具体电路 图4为图2所示实施例的检波器的一种具体电路 图5为图2所示实施例的平滑电路的一种具体电路 图6为图2所示实施例的频率分量测量电路的一种具体电路 图7为图2所示实施例的脉冲测量触发电路的一种具体电路 图8为图2所示实施例的数据存储单元的结构示意 图9为本发明的实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储方法的流程图。
具体实施例方式为了便于对发明的进一步理解，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步地详细说明。如图1所示，本发明的实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储系统包括用于采集高频局部放电信号与超高频局部放电信号的数据采集单元110 ;用于对数据采集单元110的信号输出端的数据进行测量，以获取反映故障的信号的特征值的数据测量单元150 ;以及用于将数据测量单元150的信号输出端的数据进行存储，并且显示故障结果的数据存储单元190。图2为图1所示系统的具体实施例的结构示意图，如图所示，所述的数据采集单元110包括高频电流互感器和超高频传感器(未示出);所述的高频电流互感器采集的信号输入至前置放大器113，前置放大器113连接输入选择器114，超高频传感器采集的信号输入至输入选择器114 ;所述的输入选择器114的输出端连接滤波器115，所述的滤波器115的输出端连接第一放大器116。作为具体实施例,放大器芯片可以米用AD825。作为具体的实施例，所述的高频电流互感器和超高频传感器设置于变压器外壳、高压套管和/或接地线上。所述的高频电流互感器的频带为IOOKHz IOMHz，所述的超高频传感器的频带为200 MHz 800MHz。所述的滤波器115为由一组低通滤波器和高通滤波器构成的带通滤波器，局放产生的超声信号因为需要通过绝缘层向外传播，考虑到电缆附件结构的复杂性和声波衰减的情况，首先，采集到的信号需要通过前置放大器113进行预防大，作为具体实施例，前置放大器113的放大增益小于等于IOOdB,放大后的信号通过滤波器115进行信号滤波，滤波的目的是除去低频和高频噪声，滤波器也可用来分析信号。所述的数据测量单元150包括连接第一放大器116的输出端的有效值检测模块151，第一放大器116用于对信号进行主放大，作为具体实施例，放大增益小于等于3000dB，有效值的测量就是从第一放大器116输出提取信号并由有效值检测模块151进行的。所述的第一放大器116的输出端连接检波器152 ;所述的检波器152的输出端连接平滑电路153 ;平滑电路153是一种算术平均值发生器，如果平滑高，则结果是输入信号的算术平均值。信号的平滑滤波截去了信号的一些最高频率，并把信号的尖峰取掉，例如放大器的噪声，平滑滤波时间常数1μ s时，可以滤去IMHz以上频率。所述的平滑电路153的输出端连接包络线发生器154 ;所述的包络线发生器154的输出端连接扬声器155、峰值检测器156、频率分量测量电路157，以及脉冲测量触发电路158。包络线发生器154产生跟踪平滑电路153输出信号顶部的信号，该信号随时间常数衰减，时间常数直接影响着包络线频率分量的测量。峰值检测器156用包络线的信号工作，在具体实施例中，可以采用两个相同的峰值检测器。一个在脉冲开门时间内工作，用于检测包络线的幅值和相位图，另一个在25ms或75 ms测量，以便得到连续测量方式的周期峰值。峰值检测器156的具体电路形式例如可以包括采用型号为AD847的两个音频运算放大器组成，其中一个放大器的同向输入端连接包络线发生器的输出端，反向输入端连接两个电阻，输出端连接二极管，另一个放大器的反向输入端和输出端连接电阻，同向输入
端连接二极管。图2所示的系统结构中，包络线是对信号进一步分析的基础，信号的频率成分以及峰值就是由包络线得到的，到扬声器155的信号也来自包络线发生器154，最后，脉冲测量触发电路158也采用包络线发生器154的输出信号。图3为图2所示实施例的有效值检测器的一种具体电路图，如图所示，ICl的pi脚连接电容C2的一端和电阻Rll的一端，C2的另一端与ICl的COM脚和UTO脚相接，Rll的另一端连接U2的dl脚、RMSut脚和电容C3的一端，C3的另一端与ICl的Cav脚连接，ICl的PO脚连接电阻R15的一端，R15的另一端连接电容C5的一端，C5的另一端连接电阻R13的一端，R13的另一端连接电容C7，C7的另一端与ICl的VIN脚相接，信号通过该有效值检测器，输出为有效值直流信号。作为具体实施例，ICl可以采用AD637，该芯片提供波峰因数补偿方案，允许以最高为10的波峰因数测量信号，额外误差小于1%。带宽允许测量200 mV均方根、频率最高达600 kHz的输入信号以及I V均方根以上、频率最高达8 MHz的输入信号。图4为图2所示实施例的检波器的一种具体电路图，如图所示，放大器Ul的反向输入端连接电阻R21的一端，R21的另一端连接二极管Dll的正极和电阻R23的一端，Dll的负极连接Ul的输出端和二极管D12的正极，U2的同向输入端连接二极管D12的负极和电阻R24的一端，R24的另一端接地，U2的反向输入端连接电阻R23的另一端和电阻R25的一端，R25的另一端与U2的输出端进行连接。具体实施例中，二极管Dll和D12可以采用IN4148。图5为图2所示实施例的平滑电路的一种具体电路图，如图所示，电阻R31的一端为信号输入端，R31的另一端连接电容C22的一端，C22的另一端接地，电阻R31和电容C22组成一个阻容滤波器对信号进行平滑处理。图6为图2所示实施例的频率分量测量电路的一种具体电路图,如图所示,变压器的原级连接市电，次级连接电阻R51和R52的一端，IC2的IN-脚连接电阻R51和R52的另一端，OUT脚连接电阻R53的一端和电容C34的一端，电容C34的另一端连接电阻R55的一端，R55的另一端和电容C34的另一端连接非门。作为具体实施例，IC2可以采用LM311N。图7为图2所示实施例的脉冲测量触发电路的一种具体电路图，如图所示，IC3的同向输入端IN+脚连接电阻R71和R72，反向输入端IN-脚连接包络线发生器154的输出端。作为具体实施例，IC3可以采用LM311N。图8为图2所示实施例的数据存储单元的具体结构示意图，如图所示，所述的数据存储单元190包括缓存模块191，该模块的输入端连接所述的峰值检测器156、频率分量测量电路157，以及脉冲测量触发电路158的输出端；所述的缓存模块191的输出端连接显示模块193和存储控制模块194 ;所述的存储控制模块194连接有串行接口 197和存储器198。图9示意了本发明的实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储方法，如图所示，包括步骤S110，数据采集单元110采集高频局部放电信号与超高频局部放电信号；步骤S150，数据测量单元150对数据采集单元110的信号输出端的数据进行测量，以获取反映故障的信号的特征值；步骤S190，数据存储单元190将数据测量单元150的信号输出端的数据进行存储，并显示故障结果。所述的步骤一具体包括a.前置放大器113对采集的信号进行预放大；b.滤波器115对前置放大器113输出的信号进行滤波，以除去低频和高频噪声；c.第一放大器116对滤波器输出的信号进行主放大。所述的步骤二具体包括d.有效值检测模块151从第一放大器116的输出端提取信号，并测量有效值；e.第一放大器116的输出信号经过检波器152进行检波处理；f.检波器152的输出信号经过平滑电路153，以去除掉信号的尖峰频率；g.包络线发生器154产生跟踪平滑电路153输出的信号，并输入到扬声器155、峰值检测器156、频率分量测量电路157，以及脉冲测量触发电路158，以获取相应的特征值。实验效果举例将本发明应用在电缆终端接头模拟缺陷实验当中，其测试灵敏度可以满足现场要求，并能及时、及早的发现电缆头内部缺陷。局部放电监测手段的一体化结合使得局部放电故障定位更简单、快捷、高效。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
1.一种实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储系统，其特征在于，包括用于采集高频局部放电信号与超高频局部放电信号的数据采集单元；用于对数据采集单元的信号输出端的数据进行测量，以获取反映故障的信号的特征值的数据测量单元；以及用于将数据测量单元的信号输出端的数据进行存储，并且显示故障结果的数据存储单J Li ο
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述的数据采集单元包括高频电流互感器和超高频传感器；所述的高频电流互感器采集的信号输入至前置放大器，前置放大器连接输入选择器， 超高频传感器采集的信号输入至输入选择器；所述的输入选择器的输出端连接滤波器，所述的滤波器的输出端连接第一放大器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的滤波器为由一组低通滤波器和高通滤波器构成的带通滤波器。
4.根据权利要求1、2、3所述的系统，其特征在于，所述的数据测量单元包括连接第一放大器的输出端的有效值检测模块；所述的第一放大器的输出端连接检波器；所述的检波器的输出端连接平滑电路；所述的平滑电路的输出端连接包络线发生器；所述的包络线发生器的输出端连接扬声器、峰值检测器、频率分量测量电路，以及脉冲测量触发电路。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的峰值检测器包括用于在脉冲开门时间内工作的第一峰值检测器，以及用于在25ms或75ms工作的第二峰值检测器。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的数据存储单元包括缓存模块，该模块的输入端连接所述的峰值检测器、频率分量测量电路，以及脉冲测量触发电路的输出端；所述的缓存模块的输出端连接显示模块和存储控制模块；所述的存储控制模块连接有串行接口和存储器。
7.一种实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储方法，其特征在于，包括 步骤一，数据采集单元采集高频局部放电信号与超高频局部放电信号；步骤二，数据测量单元对数据采集单元的信号输出端的数据进行测量，以获取反映故障的信号的特征值；步骤三，数据存储单元将数据测量单元的信号输出端的数据进行存储，并显示故障结果O
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤一具体包括a.前置放大器对采集的信号进行预放大；b.滤波器对前置放大器输出的信号进行滤波，以除去低频和高频噪声；c.第一放大器对滤波器输出的信号进行主放大。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的步骤二具体包括d.有效值检测模块从第一放大器的输出端提取信号，并测量有效值；e.第一放大器的输出信号经过检波器进行检波处理；f.检波器的输出信号经过平滑电路，以去除掉信号的尖峰频率；g.包络线发生器产生跟踪平滑电路输出的信号，并输入到扬声器、峰值检测器、频率分量测量电路，以及脉冲测量触发电路，以获取相应的特征值。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述的前置放大器进行预放大的增益小于等于IOOdB ；所述的第一放大器进行主放大的增益小于等于3000dB。
全文摘要
本发明公开了一种实现变压器高频超高频局放监测的数据测量存储系统及方法，所述系统包括用于采集高频局部放电信号与超高频局部放电信号的数据采集单元；用于对数据采集单元的信号输出端的数据进行测量，以获取反映故障的信号的特征值的数据测量单元；以及用于将数据测量单元的信号输出端的数据进行存储，并且显示故障结果的数据存储单元。本发明的优点是综合了现有的局部放电监测的主要手段，实现各种测试方法的无缝切换，克服了单一局放监测方法所遭遇的诸如测试盲区、复杂局放和外界干扰等困难，而且，其电气结构较为简单，抗干扰性能优异，测试重复性好，局部放电识别和定位的准确度和稳定性都得到了很好的体现。
文档编号G01R31/12GK102981110SQ20121053445
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者王天正, 俞华, 李艳鹏, 张海, 刘永鑫 申请人:山西省电力公司电力科学研究院