專利名稱：局部放電超聲波檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓電器絕緣故障檢測領(lǐng)域，特別涉及一種利用超聲波原理檢測GIS設(shè)備局部放電的裝置。
背景技術(shù)：
氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear, GIS)具有絕緣度高、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、適應(yīng)性廣、可靠性高的特點，在電力系統(tǒng)的發(fā)電廠以及高壓變電站中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，GIS在制造和裝配過程中，由于工藝等問題GIS內(nèi)部往往會存在一些小的缺陷，如金屬微粒、絕緣氣隙等等。這些缺陷在GIS運行過程中可能會發(fā)展成危險的放電通道，并最終引起GIS設(shè)備絕緣事故。局部放電是發(fā)生絕緣故障的重要征兆和表現(xiàn)形式。因此，掌握設(shè)備內(nèi)部存在的局部放電情況，并定位局部放電發(fā)生的位置，就能確保有足夠的反應(yīng)時間，對電力設(shè)備做有效的預(yù)測和維護(hù)。超聲波法和超高頻法是目前兩種比較有效的檢測GIS設(shè)備局部放電情況的方法。這兩種各有優(yōu)缺點。超高頻法是利用檢測局部放電過程中發(fā)出的超高頻電磁信號進(jìn)行局部放電檢測的方法。它的主要優(yōu)點是靈敏度高，并能通過放電源到不同傳感器的時間差對放電源進(jìn)行精確定位。它適合對設(shè)備進(jìn)行長期連續(xù)的監(jiān)測，需要廠家在設(shè)備制造時內(nèi)置傳感耦合器以保證測量精度；如果在GIS外部進(jìn)行現(xiàn)場檢測，極易受到外界的各種電磁信號的干擾。超聲波法是利用檢測局部放電過程中發(fā)出的超聲波信號進(jìn)行局部放電檢測的方法。它的主要優(yōu)點是設(shè)備使用簡便，可以通過對設(shè)備的逐點測量進(jìn)行缺陷定位，更適合在現(xiàn)場的帶電檢測?，F(xiàn)有的超聲波局部放電檢測儀，一般通過超聲波傳感器捕捉放電過程發(fā)生的超聲波信號，然后經(jīng)過信號的放大、濾波、整定以及信號的峰值檢測和頻率檢測，最后顯示并存儲數(shù)據(jù)。多數(shù)超聲波局部放電檢測儀提供連續(xù)測量和相位測量模式。連續(xù)模式下測量并顯示超聲信號的有效值、峰值、工頻(50Hz)及2倍工頻(IOOHz)信號值，通過這四個值的大小，初步判斷是否存在異常情況。如果在連續(xù)測量模式下，判斷確有放電故障，可以用相位測量模式進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。相位測量模式下利用內(nèi)置的同步單元得到一個與工頻有關(guān)的幅值與相位關(guān)系圖，給出有關(guān)放電或碰撞發(fā)生在工頻周期的那個位置的信息，可以來判斷放電故障是否與工頻周期有關(guān)。這兩種模式給出的測量結(jié)果均為原始數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后的一些特征值或特征相位圖譜，無法顯示整個測量過程中各個工頻周期超聲信號的原始波形。而對于測量人員來說，這些原始信號對故障的判斷以及發(fā)現(xiàn)一些偶發(fā)性的放電情況，具有重要的參考價值。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種超聲波局部放電檢測裝置及方法，可以準(zhǔn)確地檢測和顯示氣體絕緣組合電器發(fā)生放電所產(chǎn)生的超聲波信號，以發(fā)現(xiàn)GIS安全隱患并及時排除。
本發(fā)明提供的超聲波局部放電檢測裝置，其特征在于包括信號接收單元、原始信號記錄單元和信號分析顯示單元，所述的信號接收單元用于接收超聲波信號，并進(jìn)行濾波和信號放大；所述的原始信號記錄單元用于記錄設(shè)定采樣頻率下的超聲波原始信號；所述的信號分析顯示單元對接收的信號或存儲的超聲波原始信號進(jìn)行數(shù)據(jù)提取分析，獲得信號的有效值、信號峰值以及信號工頻相關(guān)量。所述的信號接收單元包括超聲波傳感器，與被檢測設(shè)備接觸接收故障超聲波信號；濾波器，其輸入端連接超聲波傳感器獲取故障超聲信號；信號放大器，其輸入端連接濾波器的信號輸出端。所述的原始信號記錄單元包括:A/D轉(zhuǎn)換電路，其輸入端連接信號放大器的輸出端，根據(jù)設(shè)定的采樣頻率，確定A/D轉(zhuǎn)換的速率；數(shù)據(jù)存儲器，其輸入端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，記錄輸出的數(shù)字信號；數(shù)據(jù)處理器，讀取存儲器的數(shù)據(jù)，根據(jù)顯示屏的分辨率和原始波形的周波數(shù)，確定采集的數(shù)據(jù)量，提取這些數(shù)據(jù)的峰值，獲得對應(yīng)于顯示屏橫向位置的信號峰值數(shù)據(jù)。所述的信號分析顯示單元包括特征值信號分析器，其輸入端連接放大器的輸出端，對故障信號進(jìn)行直接分析處理或與所述的原始信號記錄單元的數(shù)據(jù)存儲器連接，讀取保存的數(shù)據(jù)，獲得信號的有效值、信號峰值以及信號工頻相關(guān)量；顯示器，其輸入端與特征值信號分析器的輸出端和所述的原始信號記錄單元的數(shù)據(jù)處理器連接，顯示測定的故障信號原始波形或者信號的有效值、信號峰值以及信號工頻相關(guān)量。與現(xiàn)有的超聲波局放儀相比，本發(fā)明提供的局部放電超聲波檢測裝置，除了可以顯示測量的故障信號的有效值、信號峰值以及信號工頻相關(guān)量之外，可以顯示測量過程中多個工頻周波內(nèi)的原始超聲信號，不同的放電故障其原始波形特征也存在明顯的差異，原始波形為故障的進(jìn)一步準(zhǔn)確判斷提供了重要的依據(jù)。


圖1為本發(fā)明提供的局部放電超聲波檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示意了本發(fā)明對無故障電氣設(shè)備(220KV氣體絕緣變電站)檢測特征值數(shù)據(jù)；圖3示意了本發(fā)明對無故障電氣設(shè)備(220KV氣體絕緣變電站)檢測的原始波形；圖4示意了本發(fā)明對電氣設(shè)備(220KV氣體絕緣變電站)有金屬粉塵時檢測的特征值數(shù)據(jù)圖5示意了本發(fā)明對電氣設(shè)備(220KV氣體絕緣變電站)有金屬粉塵時檢測的IOOKHz采樣頻率時的原始波形；圖6示意了本發(fā)明對電氣設(shè)備(220KV氣體絕緣變電站)有金屬粉塵時檢測的300KHZ采樣頻率時的原始波形；圖7示意了本發(fā)明對電氣設(shè)備(220KV氣體絕緣變電站)中心部位有異物時檢測的特征值數(shù)據(jù)圖8示意了本發(fā)明對電氣設(shè)備(220KV氣體絕緣變電站)中心部位有異物時檢測的IOOKHz采樣頻率時的原始波形；圖9示意了本發(fā)明對電氣設(shè)備(220KV氣體絕緣變電站)中心部位有異物時檢測的300KHz采樣頻率時的原始波形；
圖10示意了本發(fā)明對電氣設(shè)備(220KV氣體絕緣變電站)部件松動時檢測的IOOKHz采樣頻率時的原始波形；圖11也示意了本發(fā)明對電氣設(shè)備(220KV氣體絕緣變電站)部件松動時檢測的IOOKHz采樣頻率時的原始波形；
具體實施例方式本領(lǐng)域的技術(shù)人員可由本說明所揭示的內(nèi)容了解本發(fā)明的特征和優(yōu)點。本發(fā)明也可以通過其它不同的具體實例加以實施和應(yīng)用。如圖1為本發(fā)明提供的局部放電超聲波檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本發(fā)明的局部放電超聲波檢測裝置包括三部分:信號接收單元1、原始信號記錄單元2和信號分析顯示單元3。所述的信號接收單元I用于接收超聲波信號，并進(jìn)行濾波和信號放大；所述的原始信號記錄單元2用于記錄設(shè)定采樣頻率下的超聲波原始信號；所述的信號分析顯示單元3對接收的信號或存儲的超聲波原始信號進(jìn)行數(shù)據(jù)提取分析，獲得信號的有效值、信號峰值以及信號工頻相關(guān)量。信號接收單元I包括超聲波傳感器4、濾波器5和信號放大器6。超聲波傳感器4接收一定頻率范圍內(nèi)的故障超聲波信號；濾波器5，其輸入端與超聲波傳感器連接，對獲取故障超聲信號進(jìn)行濾波，濾波后的信號經(jīng)信號放大器6放大，傳輸?shù)皆夹盘栍涗泦卧?和信號分析顯示單元3。原始信號記錄單元2包括A/D轉(zhuǎn)換電路7、數(shù)據(jù)存儲器8和數(shù)據(jù)處理器9。A/D轉(zhuǎn)換電路7的輸入端連接信號放大器的輸出端，根據(jù)設(shè)定的采樣頻率，確定A/D轉(zhuǎn)換的速率；數(shù)據(jù)存儲器8，其輸入端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，記錄輸出的數(shù)字信號；數(shù)據(jù)處理器9，讀取存儲器的數(shù)據(jù)，根據(jù)顯示屏的分辨率和原始波形的周波數(shù)，確定采集的數(shù)據(jù)量，提取這些數(shù)據(jù)的峰值，獲得對應(yīng)于顯示屏橫向位置的信號峰值數(shù)據(jù)。信號分析顯示單元3包括:特征值信號分析器10，其輸入端連接放大器6的輸出端，對故障信號進(jìn)行直接分析處理或與所述的原始信號記錄單元的數(shù)據(jù)存儲器8連接，讀取保存的數(shù)據(jù)，獲得信號的有效值、信號峰值以及信號工頻相關(guān)量；顯示器11，其輸入端與特征值信號分析器10的輸出端和所述的原始信號記錄單元的數(shù)據(jù)處理器9連接，顯示測定的故障信號的原始波形或者信號的有效值、信號峰值以及信號工頻相關(guān)量。具體實例:在利用本發(fā)明所提供的局部放電超聲波檢測裝置對220KV氣體絕緣變電站的GIS設(shè)備進(jìn)行局部放電測定時，超聲波傳感器4被緊密固定在被檢測設(shè)備的外殼上，其頻率響應(yīng)范圍為10K-200KHZ，諧振32KHz。傳感器將檢測到的超聲波信號轉(zhuǎn)化電壓信號，由于電壓幅值極低，長距離傳輸后衰減明顯，因此在傳感器端接有前置放大器，信號經(jīng)過10倍放大傳輸?shù)綖V波器和信號放大器，經(jīng)過濾波和再放大后傳向原始信號記錄單元和信號分析顯示單元。在信號分析顯示單元內(nèi)，接收的放大信號經(jīng)過特征值信號分析器提取接收信號的有效值、信號峰值及工頻相關(guān)量，在顯示器上顯示這些特征值。同時，在原始信號記錄單元內(nèi)，根據(jù)測定前設(shè)定的采樣頻率，確定A/D轉(zhuǎn)換電路的A/D轉(zhuǎn)換頻率，從而確定采樣的數(shù)據(jù)量。在本實施例中，采樣頻率在ΙΟΟΚ-ΙΟΟΟΚΗζ范圍可調(diào)，可顯示的原始波形的工頻周波數(shù)在1-12個范圍可調(diào)。通過不同周波數(shù)的原始波形比較，可以明確放電信號與工頻的相關(guān)性。通過A/D轉(zhuǎn)換采集到的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)，數(shù)據(jù)處理器對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值和谷值提取處理。然后根據(jù)液晶屏的分辨率以及需顯示的工頻周波數(shù)，確定對應(yīng)每個橫向像素點的峰值和谷值的平均值。例如當(dāng)顯示屏分辨率為480X272時，顯示屏上能顯示480個數(shù)據(jù)組，如果采樣頻率為100KHZ，顯示周波數(shù)為12個，數(shù)據(jù)采集的總時間O. 24秒，每個像素點即對應(yīng)于O. 5毫秒時間段所采集的共50個數(shù)據(jù)的平均峰值和平均谷值。最后這些數(shù)據(jù)組傳入數(shù)據(jù)分析顯示單元的顯示器顯示出來。圖2-11示意了利用本發(fā)明所提供的局部放電超聲波檢測裝置對220KV變電站的GIS設(shè)備進(jìn)行局部放電檢測的特征值數(shù)據(jù)和原始波形圖。其中圖2和3為沒有放電故障時的特征值和原始波形圖。圖4、5和6是對某變電站GIS設(shè)備檢測發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部具有金屬粉塵故障的特征值數(shù)據(jù)及采樣頻率在IOOKHz和300KHz的原始波形圖。圖7、8和9是對某變電站GIS設(shè)備檢測發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部中心部位的異物(如毛刺,黏糊的小金屬固定物，內(nèi)部部件偏心，連接電纜未到設(shè)定位置)引起的局部場強(qiáng)過大，導(dǎo)致放電時的特征值數(shù)據(jù)及采樣頻率在IOOKHz和300KHz的原始波形圖。圖10和圖11是對某變電站GIS設(shè)備檢測發(fā)現(xiàn)存在間歇性放電的原始波形圖，圖10中前9個周波沒有放電信號，后面3個周波有較強(qiáng)放電信號；圖11為對同一設(shè)備進(jìn)行再次測定時的原始波形，可見只有幾個周波沒有放電信號，說明該設(shè)備放電信號為不規(guī)則的間歇性放電，可能為部件松動所致。
權(quán)利要求
1.一種超聲波局部放電檢測裝置，其特征在于包括信號接收單元、原始信號記錄單元和信號分析顯示單元，所述的信號接收單元用于接收超聲波信號，并進(jìn)行濾波和信號放大；所述的原始信號記錄單元用于記錄設(shè)定采樣頻率下的超聲波原始信號；所述的信號分析顯示單元對接收的信號或存儲的超聲波原始信號進(jìn)行數(shù)據(jù)提取分析，獲得信號的有效值、信號峰值以及信號工頻相關(guān)量。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波局部放電檢測裝置，其特征在于所述的信號接收單元包括:超聲波傳感器，與被檢測設(shè)備接觸接收故障超聲波信號；濾波器，其輸入端連接超聲波傳感器獲取故障超聲信號；信號放大器，其輸入端連接濾波器的信號輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲波局部放電檢測裝置，其特征在于所述的原始信號記錄單元包括:A/D轉(zhuǎn)換電路，其輸入端連接信號放大器的輸出端，根據(jù)設(shè)定的采樣頻率，確定A/D轉(zhuǎn)換的速率；數(shù)據(jù)存儲器，其輸入端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，記錄輸出的數(shù)字信號；數(shù)據(jù)處理器，讀取存儲器的數(shù)據(jù)，根據(jù)顯示屏的分辨率和原始波形的周波數(shù)，確定采集的數(shù)據(jù)量，提取這些數(shù)據(jù)的峰值，獲得對應(yīng)于顯示屏橫向位置的信號峰值數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲波局部放電檢測裝置，其特征在于所述的信號分析顯示單元包括:特征值信號分析器，其輸入端連接放大器的輸出端，對故障信號進(jìn)行直接分析處理或與所述的原始信號記錄單元的數(shù)據(jù)存儲器連接，讀取保存的數(shù)據(jù)，獲得信號的有效值、信號峰值以及信號工頻 相關(guān)量；顯示器，其輸入端與特征值信號分析器的輸出端和所述的原始信號記錄單元的數(shù)據(jù)處理器連接，顯示測定的故障信號原始波形或者信號的有效值、信號峰值以及信號工頻相關(guān)量。
全文摘要
一種超聲波局部放電檢測裝置，包括信號接收單元、原始信號記錄單元和信號分析顯示單元。不僅可以通過對超聲波信號的接收、濾波、放大和數(shù)據(jù)的提取分析，獲得信號的有效值、信號峰值以及信號工頻相關(guān)量；還可以記錄原始超聲信號，顯示相對于工頻周波的超聲信號的原始波形。原始波形為直觀地了解局部放電信號，進(jìn)一步進(jìn)行故障判斷提供了重要依據(jù)，而且根據(jù)原始信號還可以發(fā)現(xiàn)一些偶發(fā)性的間歇性放電。
文檔編號G01R31/12GK103076542SQ20111032607
公開日2013年5月1日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者章嘯 申請人:章嘯