专利名称：基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种局部放电信号检测装置，尤其涉及一种智能开关柜的局部放电信号检测装置。
背景技术：
开关柜是电力配电系统中的重要设备，而绝缘故障是严重威胁开关柜安全运行的重要隐患之一。大量开关柜故障统计分析表明，局部放电是造成开关柜绝缘故障的主要原因，此夕卜，局部放电也是绝缘劣化的重要征兆。因此，检测局部放电可以及时有效地发现开关柜内部存在的绝缘故障缺陷。局部放电目前作为高压电力设备绝缘监测与诊断的一种重要手段，已在电力系统广泛推广与应用。因此，目前市场上已有基于多种方法、适用于多种电力设备的局部放电检测装置。对于开关柜而言，由于开关柜附近的环境比较恶劣，传统的用于局部放电检测的工控机数据采集系统必须放置在距开关柜有一定距离的地方，这就导致在模拟信号的传送过程中会引入大量干扰，从而影响了检测结果。
发明内容本实用新型的目的是提供一种基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，该局部放电检测装置采用超声传感器捕捉局部放电信号，使其该局部放电检测装置较之现有的局部放电检测装置具有良好的抗干扰性，同时还具有良好的局部放电点定位能力，此外本实用新型所涉及的局部放电检测装置还通过采用嵌入式的数据采集系统来提高其抗干扰性能。为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其包括若干个超声传感器，其贴于智能开关柜的柜体上；若干个超声前置放大器，其分别与所述各超声传感器对应连接，将接收自超声传感器的超声信号放大后送出；一具有若干个数据采集通道的数据采集系统，其与所述各超声前置放大器连接， 采集各超声前置放大器传输的超声信号，所述数据采集系统设置在智能开关柜附近；一服务器，其距智能开关柜远程设置，所述服务器与所述数据采集系统通过光缆连接并实现数据传输，所述服务器包括一数据处理�？橐约耙痪植糠诺缧藕盘卣魇菘猓� 所述数据处理�？槎云浣邮盏男藕沤写砗蠼渌腿刖植糠诺缧藕盘卣魇菘�。优选地，在基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置中，所述超声传感器的频带最大宽度为20 180kHz，谐振频率为30kHz，灵敏度为85 [-75] V/ (m/s) [V/ubar] (dB)， 输出信号为差分信号。优选地，在基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置中，所述智能开关柜的柜体与所述各超声传感器之间设有一黄油层，即超声传感器与开关柜的柜体之间采用黄油来耦合，这样可以获得更好超声信号。本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置在进行局部放电检测时，由贴合开关柜柜体的超声传感器捕获信号，并将其传输至超声前置放大器进行放大处理，然后由超声前置放大器传输到数据采集系统进行数据采集，由于该数据采集系统设置在开关柜附近，其与超声传感器之间的距离短，即超声传感器传输数据的路线不长， 故超声传感器传输的数据受到的外部干扰也会大大降低。数据采集系统将采集到的数据通过光缆传输给远程设置的服务器，由服务器的数据处理�？槎越邮盏降男藕沤锌垢扇糯砗吞崛√卣鞑问蟠嫒刖植糠诺缧藕盘卣魇菘猓蚁低辰萏卣魇菘庵械睦肥葑龀隹� 关柜绝缘状态的诊断。优选地，为了进一步提高数据采集的速度并提高数据采集系统的抗干扰能力，在本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置中，所述数据采集系统包括一主板，其上设有若干个第一总线插槽和一个第二总线插槽；若干个具有总线的AD采样板，其分别对应插设于所述各第一总线插槽中，通过总线与所述主板连接，其中每一个AD采样板采集至少一路超声信号；一具有总线的DSP信号处理板，其插设于所述第二总线插槽中，通过总线与主板的连接以实现与各AD采样板的连接和数据传输，所述DSP信号处理板上设有一 DSP芯片和一 TCP/IP接口，所述DSP芯片接收各AD采样板传输的数据，并将其通过TCP/IP接口和与 TCP/IP接口连接的所述光缆传输至所述服务器。其中，所述每一 AD采样板均包括至少一信号放大器，其将接收的超声信号放大；至少一低通滤波器，其与所述至少一信号放大器对应连接，将所述超声信号滤波；至少一射频耦合器，其与至少一低通滤波器对应连接，将经过滤波的超声信号隔离处理后传输出去；一 AD芯片，其包括至少一 AD转换器，所述至少一 AD转换器与至少一射频耦合器对应连接，所述AD芯片对射频耦合器传输的超声信号进行采样；一可编程器件，其与所述AD芯片连接，所述可编程器件控制AD芯片开始进行采样，所述可编程器件还与所述AD采样板的总线连接；一缓存元件，其与所述可编程器件和AD芯片分别连接，所述可编程器件控制AD芯片将采样数据传输至缓存元件进行缓存。优选地，上述可编程器件为CPLD (Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)或FPGA (Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)。上述缓存元件为一 SRAM(Static RAM)存储阵列。优选地，所述信号放大器、低通滤波器和射频耦合器的数量均为两个，所述AD芯片包括两个AD转换器。即每一个AD采样板具有两个采集通道，对应采集两路信号。在本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置中，上述数据采集系统中的主板上还设有一电源，其与所述各AD采样板和DSP信号处理板连接，为其供电；所述主板上还设有一同步采样控制信号产生电路，其与各AD采样板连接，控制其同步采样。上述数据采集系统在对超声信号进行数据采集时，由AD采样板接收超声前置放大器传输的超声信号，并对其进行放大、滤波、隔离这些必要的信号调理处理，然后由AD采样板中的AD芯片进行数据采样，采集到的数据可以由可编程器件控制读入可编程器件中进行滤波处理，然后由可编程器件控制写入缓存元件，由缓存元件对采集的数据进行缓存， 等待后端的数据处理装置将采集的数据取走；也可以由编程器件控制直接写入缓存元件， 由缓存元件对采集的数据进行缓存，等待与AD采样板连接的DSP信号处理板将缓存的数据取走，然后DSP芯片将接收自各AD采样板传输的数据通过TCP/IP接口和与TCP/IP接口连接的光缆传输至服务器，由服务器进行进一步的处理。本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置由于采用了上述技术方案，使得其较之现有的局部放电信号，具有以下优点1.本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置由于采用了超声传感器及相应的配套元件，而使得该局部放电检测装置具有良好的抗干扰性，同时还具有良好的局部放电点定位能力；2.本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置中数据采集系统与超声传感器之间的数据传输距离短，从而提高了该局部放电检测装置的抗干扰性；3.在本实用新型的优选方案中，数据采集系统由于采用了 AD采样板和DSP信号处理板插设在主板上的嵌入式结构，使得一块主板可以集成多个AD采样板，从而大大提高了数据采集速度，还减小了数据采集系统的体积。
图1为本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置在一种实施方式中的结构框图。图2为本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置在一种实施方式中所采用的超声传感器的灵敏度标定曲线。图3为本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置在一种实施方式中采用的数据采集系统的AD采样板的结构框图。图4为在本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置在一种实施方式中采用的数据采集系统的DSP信号处理板的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来对本实用新型所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置做进一步说明。如图1所示，本实施例中的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置包括 多个超声传感器2，其贴于智能开关柜的柜体1上，超声传感器2与柜体1之间采用优质黄油耦合；若干个超声前置放大器3分别与各超声传感器2对应连接，将接收自超声传感器的超声信号放大后送出；具有若干个数据采集通道的数据采集系统4与各超声前置放大器 3连接，对各超声前置放大器传输的超声信号进行数据采集，该数据采集系统4设置在柜体1附近；远程服务器5，其与数据采集系统4通过光缆连接并实现数据传输，该远程服务器5 通过设于其内的数据处理�？槎越邮盏降男藕沤锌垢扇糯砗吞崛√卣鞑问蟠嫒刖植糠诺缧藕盘卣魇菘猓蚁低辰萏卣魇菘庵械睦肥葑龀隹毓窬底刺恼锒�。在本实施例中，超声传感器选用了美国PAC公司制作的D9M1A型高灵敏超声波传感器，该传感器频带最大宽度为20 180kHz，谐振频率为30kHz，灵敏度为85 [-75] V/ (m/s) [V/ubar] (dB)，输出信号为差分信号，远距离传输时抗干扰性较高。该超声传感器的灵敏度标定曲线如图2所示。本实施例中采用的数据采集系统包括主板，主板上具有9个用于插设AD采样板的总线插槽以及一个用于插设DSP信号处理板的总线插槽，9块AD采样板和一块DSP信号处理板对应插设在上述各总线插槽中，从而实现了 AD采样板与DSP信号处理板之间的相互连接和数据传输。主板具有电源，从而为AD采样板和DSP信号处理板供电，此外，主板通过同步采样控制信号产生电路控制9块AD采样板进行同步信号采样。AD采样板将采集到的数据传输给DSP信号处理板，然后由DSP信号处理板上的DSP芯片进行处理，然后通过设于 DSP信号处理板上的TCP/IP接口与网络连接，而将大量的数据传输到远程服务器中进行进一步的处理。上述数据采集系统中AD采样板的结构框图如图3所示。该AD采样板可以同时采集两路超声信号，其包括两个信号放大器，将超声传感器输出的差分模拟信号转换为单端信号；两个低通滤波器，其分别与两个信号放大器对应连接，对单端信号进行滤波；两个射频耦合器(即信号变压器)，其分别与两个低通滤波器对应连接，对经过滤波的信号进行隔离处理；具有两个AD转换器的AD芯片，与两个射频耦合器连接，对经过上述放大、滤波和隔离调理处理的信号进行数据采样；CPLD (或者是FPGA)与该AD芯片连接，控制AD芯片开始进行数据采样，并控制AD芯片将采集到的数据放入SRAM存储阵列进行缓存。上述CPLD (或者是FPGA)可以灵活处理AD芯片输出的采集数据，其既可以将该采集数据先读入CPLD (或者是FPGA)中进行滤波处理后，再将其写入SRAM存储阵列进行缓存，也可以直接给出SRAM 存储阵列的写控制信号，将AD芯片输出的采集数据直接写入SRAM存储阵列进行缓存。因此在本实施例中，SRAM存储阵列、AD芯片与CPLD (或者是FPGA)之间是相互连接的，而CPLD还与AD采样板的总线连接，从而将采集数据通过总线传输到DSP信号处理板进行进一步的处理。在本实施例中，AD采样板还包括一个与CPLD (或者是FPGA)连接的MCU (Micro Control Unit，微控制单元)。本实施例中采用CPLD(或者是FPGA)控制采样过程可以很好的提高系统的运转性能，而SRAM存储阵列则具有大容量存储的优势。图4为本实施例中的DSP信号处理板的结构框图，该DSP信号处理板的DSP芯片采用TI公司生产的DSPTMS320C67i;3B芯片9块AD采集板采集的数据由总线传输到DSP信号处理板，由DSPTMS320C67i;3B芯片读取并存储在SDRAM中；DSP信号处理板的HPI 口提供了主机与DSP芯片的通讯；FLASH存储程序；采集的数据在DSPTMS320C67i;3B芯片中进行去噪、取样分析后，由W3100和RTL8201组成的网络接口将采样原始数据传送到远程服务器中去。要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形 ，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其特征在于，包括 若干个超声传感器，其贴于智能开关柜的柜体上；若干个超声前置放大器，其分别与所述各超声传感器对应连接，将接收自超声传感器的超声信号放大后送出；一具有若干个数据采集通道的数据采集系统，其与所述各超声前置放大器连接，采集各超声前置放大器传输的超声信号，所述数据采集系统设置在智能开关柜附近；一服务器，其距智能开关柜远程设置，所述服务器与所述数据采集系统通过光缆连接并实现数据传输，所述服务器包括一数据处理�？橐约耙痪植糠诺缧藕盘卣魇菘猓鍪荽砟？槎云浣邮盏男藕沤写砗蠼渌腿刖植糠诺缧藕盘卣魇菘�。
2.如权利要求1所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其特征在于， 所述数据采集系统包括一主板，其上设有若干个第一总线插槽和一个第二总线插槽； 若干个具有总线的AD采样板，其分别对应插设于所述各第一总线插槽中，通过总线与所述主板连接，其中每一个AD采样板采集至少一路超声信号；一具有总线的DSP信号处理板，其插设于所述第二总线插槽中，通过总线与主板的连接以实现与各AD采样板的连接和数据传输，所述DSP信号处理板上设有一 DSP芯片和一 TCP/IP接口，所述DSP芯片接收各AD采样板传输的数据，并将其通过TCP/IP接口和与TCP/ IP接口连接的所述光缆传输至所述服务器。
3.如权利要求2所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其特征在于， 所述每一 AD采样板均包括至少一信号放大器，其将接收的超声信号放大；至少一低通滤波器，其与所述至少一信号放大器对应连接，将所述超声信号滤波； 至少一射频耦合器，其与至少一低通滤波器对应连接，将经过滤波的超声信号隔离处理后传输出去；一 AD芯片，其包括至少一 AD转换器，所述至少一 AD转换器与至少一射频耦合器对应连接，所述AD芯片对射频耦合器传输的超声信号进行采样； 一可编程器件，其与所述AD芯片连接，所述可编程器件控制AD芯片开始进行采样，所述可编程器件还与所述AD采样板的总线连接；一缓存元件，其与所述可编程器件和AD芯片分别连接，所述可编程器件控制AD芯片将采样数据传输至缓存元件进行缓存。
4.如权利要求3所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其特征在于， 所述信号放大器、低通滤波器和射频耦合器的数量均为两个，所述AD芯片包括两个AD转换ο
5.如权利要求3或4所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其特征在于，所述主板上还设有一电源，其与所述各AD采样板和DSP信号处理板连接，为其供电；所述主板上还设有一同步采样控制信号产生电路，其与各AD采样板连接，控制其同步采样。
6.如权利要求3所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其特征在于， 所述可编程器件为一 CPLD或一 FPGA。
7.如权利要求3或6所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其特征在于，所述缓存元件为一 SRAM存储阵列。
8.如权利要求1所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其特征在于， 在所述智能开关柜的柜体与所述各超声传感器之间还设有一黄油层。
9.如权利要求1或8所述的基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其特征在于，所述超声传感器的频带最大宽度为20 180kHz，谐振频率为30kHz，灵敏度为85 [-75] V/(m/s) [V/ubar] (dB)，输出信号为差分信号。
专利摘要本实用新型公开了一种基于超声信号的智能开关柜局部放电检测装置，其包括若干个超声传感器，其贴于智能开关柜的柜体上；若干个超声前置放大器，其分别与所述各超声传感器对应连接，将接收自超声传感器的超声信号放大后送出；一具有若干个数据采集通道的数据采集系统，其与所述各超声前置放大器连接，采集各超声前置放大器传输的超声信号，所述数据采集系统设置在智能开关柜附近；一服务器，其距智能开关柜远程设置，所述服务器与所述数据采集系统通过光缆连接并实现数据传输，所述服务器包括一数据处理�？橐约耙痪植糠诺缧藕盘卣魇菘猓鍪荽砟？槎云浣邮盏男藕沤写砗蠼渌腿刖植糠诺缧藕盘卣魇菘狻�
文档编号G01R31/12GK202119872SQ20112024497
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者姜东升, 孙忠庆, 崔静 申请人:山东鲁亿通智能电气股份有限公司
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