专利名称：局部放电超声波检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于高压电器绝缘故障检测领域，特别涉及一种利用超声波原理检测GIS设备局部放电的装置。
背景技术：
气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear, GIS)具有绝缘度高、结构紧凑、占地面积小、适应性广、可靠性高的特点，在电力系统的发电厂以及高压变电站中得到了广泛的应用。但是，GIS在制造和装配过程中，由于工艺等问题GIS内部往往会存在一些小的缺陷，如金属微粒、绝缘气隙等等。这些缺陷在GIS运行过程中可能会发展成危险的放电通道，并最终引起GIS设备绝缘事故。局部放电是发生绝缘故障的重要征兆和表现形式。因此，掌握设备内部存在的局部放电情况，并定位局部放电发生的位置，就能确保有足够的反应时间，对电力设备做有效的预测和维护。超声波法和超高频法是目前两种比较有效的检测GIS设备局部放电情况的方法。这两种各有优缺点。超高频法是利用检测局部放电过程中发出的超高频电磁信号进行局部放电检测的方法。它的主要优点是灵敏度高，并能通过放电源到不同传感器的时间差对放电源进行精确定位。它适合对设备进行长期连续的监测，需要厂家在设备制造时内置传感耦合器以保证测量精度；如果在GIS外部进行现场检测，极易受到外界的各种电磁信号的干扰。超声波法是利用检测局部放电过程中发出的超声波信号进行局部放电检测的方法。它的主要优点是设备使用简便，可以通过对设备的逐点测量进行缺陷定位，更适合在现场的带电检测。现有的超声波局部放电检测仪，一般通过超声波传感器捕捉放电过程发生的超声波信号，然后经过信号的放大、滤波、整定以及信号的峰值检测和频率检测，最后显示并存储数据。多数超声波局部放电检测仪提供连续测量和相位测量模式。连续模式下测量并显示超声信号的有效值、峰值、工频(50Hz)及2倍工频(IOOHz)信号值，通过这四个值的大�。醪脚卸鲜欠翊嬖谝斐Ｇ榭觥Ｈ绻诹饬磕Ｊ较拢卸先酚蟹诺绻收希梢杂孟辔徊饬磕Ｊ浇薪徊饺啡�。相位测量模式下利用内置的同步单元得到一个与工频有关的幅值与相位关系图，给出有关放电或碰撞发生在工频周期的那个位置的信息，可以来判断放电故障是否与工频周期有关。这两种模式给出的测量结果均为原始数据经过处理后的一些特征值或特征相位图谱，无法显示整个测量过程中各个工频周期超声信号的原始波形。而对于测量人员来说，这些原始信号对故障的判断以及发现一些偶发性的放电情况，具有重要的参考价值。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种超声波局部放电检测装置及方法，可以准确地检测和显示气体绝缘组合电器发生放电所产生的超声波信号，以发现GIS安全隐患并及时排除。
本发明提供的超声波局部放电检测装置，其特征在于包括信号接收单元、原始信号记录单元和信号分析显示单元，所述的信号接收单元用于接收超声波信号，并进行滤波和信号放大；所述的原始信号记录单元用于记录设定采样频率下的超声波原始信号；所述的信号分析显示单元对接收的信号或存储的超声波原始信号进行数据提取分析，获得信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量。所述的信号接收单元包括超声波传感器，与被检测设备接触接收故障超声波信号；滤波器，其输入端连接超声波传感器获取故障超声信号；信号放大器，其输入端连接滤波器的信号输出端。所述的原始信号记录单元包括:A/D转换电路，其输入端连接信号放大器的输出端，根据设定的采样频率，确定A/D转换的速率；数据存储器，其输入端与A/D转换电路的输出端连接，记录输出的数字信号；数据处理器，读取存储器的数据，根据显示屏的分辨率和原始波形的周波数，确定采集的数据量，提取这些数据的峰值，获得对应于显示屏横向位置的信号峰值数据。所述的信号分析显示单元包括特征值信号分析器，其输入端连接放大器的输出端，对故障信号进行直接分析处理或与所述的原始信号记录单元的数据存储器连接，读取保存的数据，获得信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量；显示器，其输入端与特征值信号分析器的输出端和所述的原始信号记录单元的数据处理器连接，显示测定的故障信号原始波形或者信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量。与现有的超声波局放仪相比，本发明提供的局部放电超声波检测装置，除了可以显示测量的故障信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量之外，可以显示测量过程中多个工频周波内的原始超声信号，不同的放电故障其原始波形特征也存在明显的差异，原始波形为故障的进一步准确判断提供了重要的依据。
图1为本发明提供的局部放电超声波检测装置的结构示意图；图2示意了本发明对无故障电气设备(220KV气体绝缘变电站)检测特征值数据；图3示意了本发明对无故障电气设备(220KV气体绝缘变电站)检测的原始波形；图4示意了本发明对电气设备(220KV气体绝缘变电站)有金属粉尘时检测的特征值数据图5示意了本发明对电气设备(220KV气体绝缘变电站)有金属粉尘时检测的IOOKHz采样频率时的原始波形；图6示意了本发明对电气设备(220KV气体绝缘变电站)有金属粉尘时检测的300KHZ采样频率时的原始波形；图7示意了本发明对电气设备(220KV气体绝缘变电站)中心部位有异物时检测的特征值数据图8示意了本发明对电气设备(220KV气体绝缘变电站)中心部位有异物时检测的IOOKHz采样频率时的原始波形；图9示意了本发明对电气设备(220KV气体绝缘变电站)中心部位有异物时检测的300KHz采样频率时的原始波形；
图10示意了本发明对电气设备(220KV气体绝缘变电站)部件松动时检测的IOOKHz采样频率时的原始波形；图11也示意了本发明对电气设备(220KV气体绝缘变电站)部件松动时检测的IOOKHz采样频率时的原始波形；
具体实施例方式本领域的技术人员可由本说明所揭示的内容了解本发明的特征和优点。本发明也可以通过其它不同的具体实例加以实施和应用。如图1为本发明提供的局部放电超声波检测装置的结构示意图，如图所示，本发明的局部放电超声波检测装置包括三部分:信号接收单元1、原始信号记录单元2和信号分析显示单元3。所述的信号接收单元I用于接收超声波信号，并进行滤波和信号放大；所述的原始信号记录单元2用于记录设定采样频率下的超声波原始信号；所述的信号分析显示单元3对接收的信号或存储的超声波原始信号进行数据提取分析，获得信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量。信号接收单元I包括超声波传感器4、滤波器5和信号放大器6。超声波传感器4接收一定频率范围内的故障超声波信号；滤波器5，其输入端与超声波传感器连接，对获取故障超声信号进行滤波，滤波后的信号经信号放大器6放大，传输到原始信号记录单元2和信号分析显示单元3。原始信号记录单元2包括A/D转换电路7、数据存储器8和数据处理器9。A/D转换电路7的输入端连接信号放大器的输出端，根据设定的采样频率，确定A/D转换的速率；数据存储器8，其输入端与A/D转换电路的输出端连接，记录输出的数字信号；数据处理器9，读取存储器的数据，根据显示屏的分辨率和原始波形的周波数，确定采集的数据量，提取这些数据的峰值，获得对应于显示屏横向位置的信号峰值数据。信号分析显示单元3包括:特征值信号分析器10，其输入端连接放大器6的输出端，对故障信号进行直接分析处理或与所述的原始信号记录单元的数据存储器8连接，读取保存的数据，获得信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量；显示器11，其输入端与特征值信号分析器10的输出端和所述的原始信号记录单元的数据处理器9连接，显示测定的故障信号的原始波形或者信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量。具体实例:在利用本发明所提供的局部放电超声波检测装置对220KV气体绝缘变电站的GIS设备进行局部放电测定时，超声波传感器4被紧密固定在被检测设备的外壳上，其频率响应范围为10K-200KHZ，谐振32KHz。传感器将检测到的超声波信号转化电压信号，由于电压幅值极低，长距离传输后衰减明显，因此在传感器端接有前置放大器，信号经过10倍放大传输到滤波器和信号放大器，经过滤波和再放大后传向原始信号记录单元和信号分析显示单元。在信号分析显示单元内，接收的放大信号经过特征值信号分析器提取接收信号的有效值、信号峰值及工频相关量，在显示器上显示这些特征值。同时，在原始信号记录单元内，根据测定前设定的采样频率，确定A/D转换电路的A/D转换频率，从而确定采样的数据量。在本实施例中，采样频率在ΙΟΟΚ-ΙΟΟΟΚΗζ范围可调，可显示的原始波形的工频周波数在1-12个范围可调。通过不同周波数的原始波形比较，可以明确放电信号与工频的相关性。通过A/D转换采集到的数据存储在数据存储器内，数据处理器对采集的数据进行峰值和谷值提取处理。然后根据液晶屏的分辨率以及需显示的工频周波数，确定对应每个横向像素点的峰值和谷值的平均值。例如当显示屏分辨率为480X272时，显示屏上能显示480个数据组，如果采样频率为100KHZ，显示周波数为12个，数据采集的总时间O. 24秒，每个像素点即对应于O. 5毫秒时间段所采集的共50个数据的平均峰值和平均谷值。最后这些数据组传入数据分析显示单元的显示器显示出来。图2-11示意了利用本发明所提供的局部放电超声波检测装置对220KV变电站的GIS设备进行局部放电检测的特征值数据和原始波形图。其中图2和3为没有放电故障时的特征值和原始波形图。图4、5和6是对某变电站GIS设备检测发现GIS内部具有金属粉尘故障的特征值数据及采样频率在IOOKHz和300KHz的原始波形图。图7、8和9是对某变电站GIS设备检测发现GIS内部中心部位的异物(如毛刺,黏糊的小金属固定物，内部部件偏心，连接电缆未到设定位置)引起的局部场强过大，导致放电时的特征值数据及采样频率在IOOKHz和300KHz的原始波形图。图10和图11是对某变电站GIS设备检测发现存在间歇性放电的原始波形图，图10中前9个周波没有放电信号，后面3个周波有较强放电信号；图11为对同一设备进行再次测定时的原始波形，可见只有几个周波没有放电信号，说明该设备放电信号为不规则的间歇性放电，可能为部件松动所致。
权利要求
1.一种超声波局部放电检测装置，其特征在于包括信号接收单元、原始信号记录单元和信号分析显示单元，所述的信号接收单元用于接收超声波信号，并进行滤波和信号放大；所述的原始信号记录单元用于记录设定采样频率下的超声波原始信号；所述的信号分析显示单元对接收的信号或存储的超声波原始信号进行数据提取分析，获得信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量。
2.如权利要求1所述的超声波局部放电检测装置，其特征在于所述的信号接收单元包括:超声波传感器，与被检测设备接触接收故障超声波信号；滤波器，其输入端连接超声波传感器获取故障超声信号；信号放大器，其输入端连接滤波器的信号输出端。
3.如权利要求1所述的超声波局部放电检测装置，其特征在于所述的原始信号记录单元包括:A/D转换电路，其输入端连接信号放大器的输出端，根据设定的采样频率，确定A/D转换的速率；数据存储器，其输入端与A/D转换电路的输出端连接，记录输出的数字信号；数据处理器，读取存储器的数据，根据显示屏的分辨率和原始波形的周波数，确定采集的数据量，提取这些数据的峰值，获得对应于显示屏横向位置的信号峰值数据。
4.如权利要求1所述的超声波局部放电检测装置，其特征在于所述的信号分析显示单元包括:特征值信号分析器，其输入端连接放大器的输出端，对故障信号进行直接分析处理或与所述的原始信号记录单元的数据存储器连接，读取保存的数据，获得信号的有效值、信号峰值以及信号工频 相关量；显示器，其输入端与特征值信号分析器的输出端和所述的原始信号记录单元的数据处理器连接，显示测定的故障信号原始波形或者信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量。
全文摘要
一种超声波局部放电检测装置，包括信号接收单元、原始信号记录单元和信号分析显示单元。不仅可以通过对超声波信号的接收、滤波、放大和数据的提取分析，获得信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量；还可以记录原始超声信号，显示相对于工频周波的超声信号的原始波形。原始波形为直观地了解局部放电信号，进一步进行故障判断提供了重要依据，而且根据原始信号还可以发现一些偶发性的间歇性放电。
文档编号G01R31/12GK103076542SQ20111032607
公开日2013年5月1日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者章啸 申请人:章啸
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
