专利名称：可用于prpd与trpd检测的局部放电检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种局部放电检测系统，尤其是一种用于高压电力设备绝缘监测与诊断的便携式局部放电检测系统。
背景技术：
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。基于多种方法的局部放电检测系统被开发，其功能从简单的局部放电视在电荷测量发展到可进行放电类型识别，放电定位等高级功能。目前商用的局部放电检测系统包含有离线检测系统和在线检测和监测系统。一般的局部放电在线监测系统需要在一个电力设备上安装多个传感器和数据采集单元，然后将采集的数据传送到后台服务器进行分析计算，系统成本很高，基于这个原因，便携式局部放电检测系统得以开发。便携式局部放电检测系统的特点是携带方便，根据需要可现场临时安装。从而实现一套系统对多个电力设备的检测，降低成本。但是目前使用的便携式局部放电检测系统受其系统结构的限制， 大多仅针对某一类电力设备而设计，对不同的电力设备需要不同的检测系统。同时目前便携式局部放电检测系统一般为数字式，主要由信号耦合单元，数据采集单元和数据处理及显示单元构成。数据采集单元一般使用采样速率一定的数据采集卡。其选定的采样速率限定了其应用的方法，比如某一便携式局部放电检测系统采样速率为IM samp/s则限定该检测系统只能应用于符合IEC60270标准的局部放电检测方法，对超高频信号不能检测。而如果检测系统的采样速率限定为几个Giga samp/s，此检测系统一般不用来直接测量局部放电的视在电荷量。另外，一般的局部放电检测系统其读数和显示功能由各厂家独立开发的显示�？槭迪郑⒅芷诔ぃ乙坏┩度胧褂帽愫苣驯涓�。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于数字存储式示波器，计算机及在其上运行的虚拟仪器数据处理�？榭⒌谋阈骄植糠诺缂觳庀低常捎帽淦挡裳侄未娲ⅲ？榛允镜燃际酰朔鲜瞿壳按蠖嗍阈骄植糠诺缂觳庀低车牟蛔悖迪值ヒ幌低晨烧攵远喔龅缌ι璞福τ枚嘀址椒ǎ笔迪諴RPD(Phase Resolved Partial Discharge Pattern，基于相位分辨的局部放电图谱)和TRPD(Time Resolved Partial Discharge Pattern，基于时间分辨的局部放电图谱)的局部放电检测，并为绝缘诊断提供支持。为实现上述发明目的，本发明提供一种可用于PRPD与TRPD检测的局部放电检测系统，其与信号耦合单元连接，该局部放电检测系统包括依次连接的数据采集装置和数据处理及显示单元，其中，所述数据采集装置为一数字存储示波器，所述数据处理及显示单元包括计算机及在其上运行的虚拟仪器数据处理�？椋鲂藕篷詈系ピ氖涑龆肆邮执娲⑹静ㄆ鞯氖淙攵耍鍪执娲⑹静ㄆ鞯氖涑龆肆有槟庖瞧魇荽砟？椤Ｋ鲂槟庖瞧魇荽砟？榘ㄒ幌低撑渲米幽？椤⒁皇莶杉幽？楹鸵皇莺蟠碜幽？椋鱿低撑渲米幽？橛胨鍪执娲⑹静ㄆ髁樱涓菪藕篷詈系ピ鸟詈闲藕趴刂扑鍪执娲⑹静ㄆ鹘敕逯导觳饽Ｊ交蚩焖僦》侄未娲⒛Ｊ剑鍪莶杉幽？橛胨鍪执娲⑹静ㄆ髁樱淇刂剖执娲⑹静ㄆ髟诙杂Φ姆逯导觳饽Ｊ交蚩焖僦》侄未娲⒛Ｊ较陆芯植糠诺缧藕诺氖莶杉鍪莺蟠碜幽？橛胨鍪执娲⑹静ㄆ髁樱允执娲⑹静ㄆ鞑杉降氖萁泻蟠�。优选地，所述虚拟仪器数据处理�？榛拱ㄒ幌允咀幽？椋浣蟠淼氖菹允驹谒黾扑慊南允酒魃�。优选地，所述数字存储示波器在所述虚拟仪器数据处理�？榈目刂葡碌拇シ⒛Ｊ桨ū哐卮シ⒑兔檀シ�。所述数字存储示波器的输入通道包括4个采样通道。为了本发明所述的可用于PRPD与TRPD检测的局部放电检测系统具有更好的便携性，优选地，所述计算机为笔记本电脑。优选地，所述虚拟仪器数据处理�？槲贚abview 程序开发的�？�。本发明所述的可用于PRPD与TRPD检测的局部放电检测系统由于采用了上述技术方案使得其可根据测量要求，使用同一系统应用多种测量方法(峰值检测和快速帧分段存储模式)对多种设备进行局部检测，即该局部放电检测系统可根据测量需求设定不同的采样频率，采用峰值检测或者快速帧分段存储模式实现PRPD与TRPD局放图谱测量。也就是说，本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，可根据需要改变数据采样率，运行于PRPD与TRPD两种测量模式，实现同一检测系统对多种局部放电检测方法的单个应用或者联合应用，同一检测系统对多种电力设备局部放电的检测。本发明所述的技术方案可快速构建测量系统的硬件构架，数字存储示波器，电脑和虚拟仪器数据处理�？榈耐ㄓ眯院统墒斓募际醣Ｖち烁孟低车墓惴和乒阌胗τ�。此外，本发明所述的局部放电检测系统结构简单紧凑，携带方便，性能可靠。
以下结合附图和具体实施例来对本发明所述的技术方案作进一步说明。
图1为本发明所述的可用于PRPD与TRPD检测的局部放电检测系统的结构框图。图2为本发明所述的可用于PRPD与TRPD检测的局部放电检测系统中虚拟仪器数据处理�？榈慕峁箍蛲�。图3显示了数字存储示波器在峰值检测模式下捕获的局部放电响应脉冲。图4显示了使用窗技术测定的局部放电视在电荷与相位角。图5显示了某一次测量的沿面放电的PRPD图谱。图6显示了数字存储示波器在快速幀分段存储模式下捕获的多个局放响应脉冲。图7为数字存储示波器在快速幀分段存储模式下数据后处理的流程框图。图8为采用局部放电检测系统测量三种局部放电图谱的电路结构示意图。图9为采用图8所示的电路测得的绝缘内部放电PRPD图谱。图10为采用图8所示的电路测得的沿面放电PRPD图谱。图11为采用图8所示的电路测得的电晕放电PRPD图谱。
具体实施例方式
4
如图1所示，本发明采用的可用于PRPD与TRPD检测的局部放电检测系统与信号耦合单元连接，其包括数字存储示波器，以及计算机及在其上运行的虚拟仪器数据处理�？�。其中，根据不同的电力设备的局部放电检测，信号耦合单元可以是现有的任何耦合单元。检测时各耦合单元根据测量要求现场安装，耦合的局部放电信号可以经过或者不经过前置处理后连接至数字存储示波器的输入端。本实施例中的数字存储示波器的输入通道为4个采样通道，最多可同时采样3路局部放电信号和一路同步信号，IMpts板上存储器。其频宽为IGHz模拟带宽，含QO or 250)MHz硬件低通滤波器，输入信号范围为士5mV至士50V，8位分辨率，可接多种已有的经过或不经过前置处理的局部放电耦合单元的耦合信号，如符合IEC60270标准的宽带局部放电信号(彡500kHz)、高频信号(彡10MHz)、甚高频电路(彡200MHz)、超高频信号 (彡IGHz)，数据采样率可根据输入信号的频率范围调整设定(实时采样率可高达4GS/s， IGHz模拟带宽)。该数字存储示波器的数据采集模式在虚拟仪器数据处理�？榈目刂葡路治逯导觳饽Ｊ�(面向PRPD图谱的采集，可应用于符合IEC60270标准的局部放电信号分析)和快速帧分段存储模式(面向TRPD图谱的采集，此时数字式存储示波器由局部放电脉冲信号本身触发)，其中峰值检测模式用于测量视在电荷对应的峰值响应电压和包络线采样，快速帧分段存储模式用于单个局部放电脉冲信号的捕获。该数字存储示波器的触发模式包含边沿触发和毛刺触发等多种触发方式，可设定最佳模式以捕捉局部放电信号。该数字存储示波器的数据传输速率在1. 5MB/s左右。如图2所示，本实施例中，虚拟仪器数据处理�？榘ㄏ低撑渲米幽？�、数据采集子�？�、数据后处理子�？楹拖允咀幽？椋低撑渲米幽？橛胧执娲⑹静ㄆ髁樱涓菪藕篷詈系ピ鸟詈闲藕趴刂扑鍪执娲⑹静ㄆ鹘敕逯导觳饽Ｊ交蚩焖僦》侄未娲⒛Ｊ剑莶杉幽？橛胧执娲⑹静ㄆ髁樱淇刂剖执娲⑹静ㄆ髟诙杂Φ姆逯导觳饽Ｊ交蚩焖僦》侄未娲⒛Ｊ较陆芯植糠诺缧藕诺氖莶杉莺蟠碜幽？橛胧执娲⑹静ㄆ髁樱允执娲⑹静ㄆ鞑杉降氖萁泻蟠恚允咀幽？榻蟠淼氖菹允驹诩扑慊南允酒魃希奖愣约觳獾降木植糠诺缧藕沤蟹治�。数字存储示波器在峰值检测模式下面向PRPD图谱的采集，其可应用于符合 IEC60270标准的局部放电信号分析。应用此测量模式的前提是耦合信号已经经过前置处理，信号频率分布在500kHz以下，信号的峰值与视在电荷量成比例关系，此外峰值检测模式还可采集高频信号的包络信号。本技术方案中数字存储示波器的峰值检测模式是基于峰值检测技术，该检测模式下采集的数据为a)含局部放电脉冲的采样片断；b)测量物所加高电压(同步电压)。其可采用椭圆时基也可采用线性时基。采集到的数据为单个放电脉冲对应的峰值和其发生瞬时测量物所加的高电压的相位，在采集局部放电脉冲的峰值时， 用窗技术测定局部放电脉冲响应的峰值和相位，然后经过数据后处理子�？榈氖莺蟠� (计算局部放电脉冲信号的幅值和相位角)，通过显示子�？樵诩扑慊舷允疚狿RPD图谱。为了便于对本技术方案进行进一步的理解，本文对峰值检测技术和窗技术进行进一步的解释说明峰值检测技术基于局部放电耦合单元的频带宽度，输入数据采集单元的局部放电脉冲响应为一个衰减的振荡脉冲信号，时间长度从几十纳秒到几微秒不等。峰值检测模式记录相邻的设定时间间隔内脉冲响应波形的最大值和最小值。如果峰值检测设定的时间间隔小于脉冲响应时间，某一局部放电脉冲的响应信号检测结果为一组数据对。每个数据对包含一个最大值和最小值(如图3所示)。窗技术为了获取上述这组数据对中与局部放电视在电荷量相关的最大值和最小值。一个定义了长度的窗口从采样的数据片段头开始滑动，一旦探测到某个数据超过预设定的触发门槛，窗口内的数据组的最大值和最小值便纪录下来作为计算局部放电视在电荷量的相关量。窗口的长度在局部放电测量前校准，由校准脉冲的响应波形决定。局部放电脉冲的极性由测量的最大峰值的极性决定。通过最大峰值出现的相角位置索引(如图4中17358为该窗口中最大峰值出现在第17358个检测时间间隔上，其中U表示触发门槛，-(UJU2)表示局部放电幅值)可计算出该局部放电脉冲滞后同步电压上升沿过零点的时间，进而计算出其所在的相角。PRPD图谱显示采集的局部放电脉冲信号计算其幅值和相位角后，通过PRPD图谱显示检测结果(如图5所示)。根据测量信号的频带分布可用mV，dBm或pC标识幅值。数字存储示波器在快速帧分段存储模式下为面向TRPD图谱的采集，此时数字式存储示波器由局部放电脉冲信号本身触发。触发信号可通过预先设置其电平高度和脉冲宽度进行调整。在该模式下，局部放电检测系统可以而且仅仅高速采集局部放电脉冲响应波形，局放放电脉冲发生瞬时被测物所加试验或实时高电压瞬时值及每个局部放电脉冲发生瞬时，并将之分段存储起来。这样局部放电检测系统有限的板上存储器可保存尽可能多的波形数据，采集多个局部放电脉冲(如图6所示，图中1、2、3分别表示三个不同的局部放电脉冲)。数据后处理�？榘凑杖缤�7所示的步骤对采集的数据进行后处理将采集的TRPD 数据经过小波降噪(可选流程)后采用时频分析提取信号的时频特征参数组，然后采用�：惴ǘ蕴崛〉奶卣鞑问榻芯劾喾治觯直绯龈扇判藕藕筒煌植糠诺缭吹男藕牛偻ü臣蒲Х椒ǘ缘ジ鼍植糠诺缤计捉惺侗稹Ｓ捎谠诳焖僦》侄未娲⒛Ｊ较拢植糠诺缂觳庀低巢恢苯硬杉礁哐剐藕牛什荒苤苯蛹扑憔植糠诺缏龀宓南嘟俏恢�。因此需要进行同步信号的求解，假设测量体所加高电压的峰值V在测量的短时内保持稳定。第ith和第‘+1个捕捉的局部放电脉冲相应的时间间隔为Δ、，其对应的需要求解的相角为α=%+ M，ω为工频角频率，其对应测量的瞬时高电压为Ui和ui+1，假设工频电压为正弦波性，则几个量之间存在以下关系 由上述公式可推导出局部放电脉冲所处的相位角和测量体所加的高电压峰值 图8显示了本发明所述的可用于PRPD与TRPD检测的局部放电检测系统进行PRPD 图谱测量的一个实例。该实例中，使用局部放电检测系统4来测量三种局部放电图谱。该三种局部放电图谱由人工局部放电模型5产生，人工局部放电模型分别为绝缘内部气泡放电模型，沿面放电模型和电晕发生器。测量中使用局部放电耦合器(含一个2nF的高压耦合电容Cl和测量阻抗Rl)和高频电流变压器Ul作为局部放电信号传感器。局部放电耦合
Ui = V* sin Oii
= Υ* η{αι+ωΜι)
ai = arctg (Ui * sin /(uM - Ui * cos )) V = u I sin a
6器接线使用非直接测量回路，高频电流传感器使用直接测量回路，所测得的三种局部放电图谱如图9、图10和图11所示。图9为采用图8所示的电路测得的绝缘内部放电PRPD图谱。图10为采用图8所示的电路测得的沿面放电PRPD图谱。图11为采用图8所示的电路测得的电晕放电PRPD图谱。采用本发明所述的可用于PRPD与TRPD检测的局部放电检测系统进行TRPD图谱测量仍然采用如图8所示的电路。其中，使用高频电流电压器作为局部放电信号耦合单元。 局部放电图谱同样由人工局部放电模型5产生，其包含两个不同绝缘内部放电源及其噪声信号，一个电晕放电源。要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种可用于PRPD与TRPD检测的局部放电检测系统，其与信号耦合单元连接，所述局部放电检测系统包括依次连接的数据采集装置和数据处理及显示单元，其特征在于，所述数据采集装置为一数字存储示波器，所述数据处理及显示单元包括计算机及在其上运行的虚拟仪器数据处理�？椋鲂藕篷詈系ピ氖涑龆肆邮执娲⑹静ㄆ鞯氖淙攵耍鍪执娲⑹静ㄆ鞯氖涑龆肆有槟庖瞧魇荽砟？�。
2.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述虚拟仪器数据处理�？榘ㄒ幌低撑渲米幽？�、一数据采集子�？楹鸵皇莺蟠碜幽？椋鱿低撑渲米幽？橛胨鍪执娲⑹静ㄆ髁樱涓菪藕篷詈系ピ鸟詈闲藕趴刂扑鍪执娲⑹静ㄆ鹘敕逯导觳饽Ｊ交蚩焖僦》侄未娲⒛Ｊ剑鍪莶杉幽？橛胨鍪执娲⑹静ㄆ髁樱淇刂剖执娲⑹静ㄆ髟诙杂Φ姆逯导觳饽Ｊ交蚩焖僦》侄未娲⒛Ｊ较陆芯植糠诺缧藕诺氖莶杉鍪莺蟠碜幽？橛胨鍪执娲⑹静ㄆ髁樱允执娲⑹静ㄆ鞑杉降氖萁泻蟠�。
3.根据权利要求2所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述虚拟仪器数据处理�？榛拱ㄒ幌允咀幽？椋浣蟠淼氖菹允驹谒黾扑慊南允酒魃�。
4.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其特征在于所述数字存储示波器在所述虚拟仪器数据处理�？榈目刂葡碌拇シ⒛Ｊ桨ū哐卮シ⒑兔檀シ�。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的局部放电检测系统，其特征在于所述数字存储示波器的输入通道包括4个采样通道。
6.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其特征在于所述计算机为笔记本电脑。
7.根据权利要求1或6所述的局部放电检测系统，其特征在于所述虚拟仪器数据处理�？槲贚abview 程序开发的�？�。
全文摘要
本发明提供一种可用于PRPD与TRPD检测的局部放电检测系统，用于高压电力设备绝缘监测与诊断。该装置包括信号耦合单元、数据采集装置和数据处理及显示单元，其特点是所述信号耦合单元是根据测量要求选择的任意现有的耦合单元，所述数据采集装置是数字存储示波器，所述数据处理及显示单元是计算机及运行在其上的虚拟仪器数据处理�？�。本发明可根据需要改变数据采样率，运行于PRPD和TRPD两种测量模式，实现同一检测系统对多种局部放电检测方法的单个应用或者联合应用，同一检测系统对多种电力设备局部放电的检测。
文档编号G01R31/12GK102262204SQ20111015652
公开日2011年11月30日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者司良奇, 徐颖敏, 李清, 江秀臣, 盛戈皞, 胡岳, 蔡开穗, 邬航杰, 邱武斌, 黄兴泉 申请人:上海交通大学, 河南电力试验研究院
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