專利名稱：基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種局部放電信號檢測裝置，尤其涉及一種智能開關柜的局部放電信號檢測裝置。
背景技術：
開關柜是電力配電系統(tǒng)中的重要設備，而絕緣故障是嚴重威脅開關柜安全運行的重要隱患之一。大量開關柜故障統(tǒng)計分析表明，局部放電是造成開關柜絕緣故障的主要原因，此夕卜，局部放電也是絕緣劣化的重要征兆。因此，檢測局部放電可以及時有效地發(fā)現(xiàn)開關柜內(nèi)部存在的絕緣故障缺陷。局部放電目前作為高壓電力設備絕緣監(jiān)測與診斷的一種重要手段，已在電力系統(tǒng)廣泛推廣與應用。因此，目前市場上已有基于多種方法、適用于多種電力設備的局部放電檢測裝置。對于開關柜而言，由于開關柜附近的環(huán)境比較惡劣，傳統(tǒng)的用于局部放電檢測的工控機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須放置在距開關柜有一定距離的地方，這就導致在模擬信號的傳送過程中會引入大量干擾，從而影響了檢測結果。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，該局部放電檢測裝置采用超聲傳感器捕捉局部放電信號，使其該局部放電檢測裝置較之現(xiàn)有的局部放電檢測裝置具有良好的抗干擾性，同時還具有良好的局部放電點定位能力，此外本實用新型所涉及的局部放電檢測裝置還通過采用嵌入式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來提高其抗干擾性能。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型提供了一種基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其包括若干個超聲傳感器，其貼于智能開關柜的柜體上；若干個超聲前置放大器，其分別與所述各超聲傳感器對應連接，將接收自超聲傳感器的超聲信號放大后送出；一具有若干個數(shù)據(jù)采集通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其與所述各超聲前置放大器連接， 采集各超聲前置放大器傳輸?shù)某曅盘?，所述?shù)據(jù)采集系統(tǒng)設置在智能開關柜附近；一服務器，其距智能開關柜遠程設置，所述服務器與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過光纜連接并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，所述服務器包括一數(shù)據(jù)處理模塊以及一局部放電信號特征數(shù)據(jù)庫， 所述數(shù)據(jù)處理模塊對其接收的信號進行處理后將其送入局部放電信號特征數(shù)據(jù)庫。優(yōu)選地，在基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置中，所述超聲傳感器的頻帶最大寬度為20 180kHz，諧振頻率為30kHz，靈敏度為85 [-75] V/ (m/s) [V/ubar] (dB)， 輸出信號為差分信號。優(yōu)選地，在基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置中，所述智能開關柜的柜體與所述各超聲傳感器之間設有一黃油層，即超聲傳感器與開關柜的柜體之間采用黃油來耦合，這樣可以獲得更好超聲信號。本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置在進行局部放電檢測時，由貼合開關柜柜體的超聲傳感器捕獲信號，并將其傳輸至超聲前置放大器進行放大處理，然后由超聲前置放大器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，由于該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設置在開關柜附近，其與超聲傳感器之間的距離短，即超聲傳感器傳輸數(shù)據(jù)的路線不長， 故超聲傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)受到的外部干擾也會大大降低。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)通過光纜傳輸給遠程設置的服務器，由服務器的數(shù)據(jù)處理模塊對接收到的信號進行抗干擾處理和提取特征參數(shù)，而后存入局部放電信號特征數(shù)據(jù)庫，專家系統(tǒng)進而根據(jù)特征數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)做出開 關柜絕緣狀態(tài)的診斷。優(yōu)選地，為了進一步提高數(shù)據(jù)采集的速度并提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾能力，在本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置中，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一主板，其上設有若干個第一總線插槽和一個第二總線插槽；若干個具有總線的AD采樣板，其分別對應插設于所述各第一總線插槽中，通過總線與所述主板連接，其中每一個AD采樣板采集至少一路超聲信號；一具有總線的DSP信號處理板，其插設于所述第二總線插槽中，通過總線與主板的連接以實現(xiàn)與各AD采樣板的連接和數(shù)據(jù)傳輸，所述DSP信號處理板上設有一 DSP芯片和一 TCP/IP接口，所述DSP芯片接收各AD采樣板傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將其通過TCP/IP接口和與 TCP/IP接口連接的所述光纜傳輸至所述服務器。其中，所述每一 AD采樣板均包括至少一信號放大器，其將接收的超聲信號放大；至少一低通濾波器，其與所述至少一信號放大器對應連接，將所述超聲信號濾波；至少一射頻耦合器，其與至少一低通濾波器對應連接，將經(jīng)過濾波的超聲信號隔離處理后傳輸出去；一 AD芯片，其包括至少一 AD轉換器，所述至少一 AD轉換器與至少一射頻耦合器對應連接，所述AD芯片對射頻耦合器傳輸?shù)某曅盘栠M行采樣；一可編程器件，其與所述AD芯片連接，所述可編程器件控制AD芯片開始進行采樣，所述可編程器件還與所述AD采樣板的總線連接；一緩存元件，其與所述可編程器件和AD芯片分別連接，所述可編程器件控制AD芯片將采樣數(shù)據(jù)傳輸至緩存元件進行緩存。優(yōu)選地，上述可編程器件為CPLD (Complex Programmable Logic Device，復雜可編程邏輯器件)或FPGA (Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)。上述緩存元件為一 SRAM(Static RAM)存儲陣列。優(yōu)選地，所述信號放大器、低通濾波器和射頻耦合器的數(shù)量均為兩個，所述AD芯片包括兩個AD轉換器。即每一個AD采樣板具有兩個采集通道，對應采集兩路信號。在本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置中，上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的主板上還設有一電源，其與所述各AD采樣板和DSP信號處理板連接，為其供電；所述主板上還設有一同步采樣控制信號產(chǎn)生電路，其與各AD采樣板連接，控制其同步采樣。上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在對超聲信號進行數(shù)據(jù)采集時，由AD采樣板接收超聲前置放大器傳輸?shù)某曅盘枺ζ溥M行放大、濾波、隔離這些必要的信號調(diào)理處理，然后由AD采樣板中的AD芯片進行數(shù)據(jù)采樣，采集到的數(shù)據(jù)可以由可編程器件控制讀入可編程器件中進行濾波處理，然后由可編程器件控制寫入緩存元件，由緩存元件對采集的數(shù)據(jù)進行緩存， 等待后端的數(shù)據(jù)處理裝置將采集的數(shù)據(jù)取走；也可以由編程器件控制直接寫入緩存元件， 由緩存元件對采集的數(shù)據(jù)進行緩存，等待與AD采樣板連接的DSP信號處理板將緩存的數(shù)據(jù)取走，然后DSP芯片將接收自各AD采樣板傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過TCP/IP接口和與TCP/IP接口連接的光纜傳輸至服務器，由服務器進行進一步的處理。本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置由于采用了上述技術方案，使得其較之現(xiàn)有的局部放電信號，具有以下優(yōu)點1.本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置由于采用了超聲傳感器及相應的配套元件，而使得該局部放電檢測裝置具有良好的抗干擾性，同時還具有良好的局部放電點定位能力；2.本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與超聲傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸距離短，從而提高了該局部放電檢測裝置的抗干擾性；3.在本實用新型的優(yōu)選方案中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于采用了 AD采樣板和DSP信號處理板插設在主板上的嵌入式結構，使得一塊主板可以集成多個AD采樣板，從而大大提高了數(shù)據(jù)采集速度，還減小了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積。

圖1為本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置在一種實施方式中的結構框圖。圖2為本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置在一種實施方式中所采用的超聲傳感器的靈敏度標定曲線。圖3為本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置在一種實施方式中采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的AD采樣板的結構框圖。圖4為在本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置在一種實施方式中采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的DSP信號處理板的結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例來對本實用新型所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置做進一步說明。如圖1所示，本實施例中的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置包括 多個超聲傳感器2，其貼于智能開關柜的柜體1上，超聲傳感器2與柜體1之間采用優(yōu)質(zhì)黃油耦合；若干個超聲前置放大器3分別與各超聲傳感器2對應連接，將接收自超聲傳感器的超聲信號放大后送出；具有若干個數(shù)據(jù)采集通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4與各超聲前置放大器 3連接，對各超聲前置放大器傳輸?shù)某曅盘栠M行數(shù)據(jù)采集，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4設置在柜體1附近；遠程服務器5，其與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4通過光纜連接并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，該遠程服務器5 通過設于其內(nèi)的數(shù)據(jù)處理模塊對接收到的信號進行抗干擾處理和提取特征參數(shù)，而后存入局部放電信號特征數(shù)據(jù)庫，專家系統(tǒng)進而根據(jù)特征數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)做出開關柜絕緣狀態(tài)的診斷。在本實施例中，超聲傳感器選用了美國PAC公司制作的D9M1A型高靈敏超聲波傳感器，該傳感器頻帶最大寬度為20 180kHz，諧振頻率為30kHz，靈敏度為85 [-75] V/ (m/s) [V/ubar] (dB)，輸出信號為差分信號，遠距離傳輸時抗干擾性較高。該超聲傳感器的靈敏度標定曲線如圖2所示。本實施例中采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括主板，主板上具有9個用于插設AD采樣板的總線插槽以及一個用于插設DSP信號處理板的總線插槽，9塊AD采樣板和一塊DSP信號處理板對應插設在上述各總線插槽中，從而實現(xiàn)了 AD采樣板與DSP信號處理板之間的相互連接和數(shù)據(jù)傳輸。主板具有電源，從而為AD采樣板和DSP信號處理板供電，此外，主板通過同步采樣控制信號產(chǎn)生電路控制9塊AD采樣板進行同步信號采樣。AD采樣板將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給DSP信號處理板，然后由DSP信號處理板上的DSP芯片進行處理，然后通過設于 DSP信號處理板上的TCP/IP接口與網(wǎng)絡連接，而將大量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程服務器中進行進一步的處理。上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中AD采樣板的結構框圖如圖3所示。該AD采樣板可以同時采集兩路超聲信號，其包括兩個信號放大器，將超聲傳感器輸出的差分模擬信號轉換為單端信號；兩個低通濾波器，其分別與兩個信號放大器對應連接，對單端信號進行濾波；兩個射頻耦合器(即信號變壓器)，其分別與兩個低通濾波器對應連接，對經(jīng)過濾波的信號進行隔離處理；具有兩個AD轉換器的AD芯片，與兩個射頻耦合器連接，對經(jīng)過上述放大、濾波和隔離調(diào)理處理的信號進行數(shù)據(jù)采樣；CPLD (或者是FPGA)與該AD芯片連接，控制AD芯片開始進行數(shù)據(jù)采樣，并控制AD芯片將采集到的數(shù)據(jù)放入SRAM存儲陣列進行緩存。上述CPLD (或者是FPGA)可以靈活處理AD芯片輸出的采集數(shù)據(jù)，其既可以將該采集數(shù)據(jù)先讀入CPLD (或者是FPGA)中進行濾波處理后，再將其寫入SRAM存儲陣列進行緩存，也可以直接給出SRAM 存儲陣列的寫控制信號，將AD芯片輸出的采集數(shù)據(jù)直接寫入SRAM存儲陣列進行緩存。因此在本實施例中，SRAM存儲陣列、AD芯片與CPLD (或者是FPGA)之間是相互連接的，而CPLD還與AD采樣板的總線連接，從而將采集數(shù)據(jù)通過總線傳輸?shù)紻SP信號處理板進行進一步的處理。在本實施例中，AD采樣板還包括一個與CPLD (或者是FPGA)連接的MCU (Micro Control Unit，微控制單元)。本實施例中采用CPLD(或者是FPGA)控制采樣過程可以很好的提高系統(tǒng)的運轉性能，而SRAM存儲陣列則具有大容量存儲的優(yōu)勢。圖4為本實施例中的DSP信號處理板的結構框圖，該DSP信號處理板的DSP芯片采用TI公司生產(chǎn)的DSPTMS320C67i;3B芯片9塊AD采集板采集的數(shù)據(jù)由總線傳輸?shù)紻SP信號處理板，由DSPTMS320C67i;3B芯片讀取并存儲在SDRAM中；DSP信號處理板的HPI 口提供了主機與DSP芯片的通訊；FLASH存儲程序；采集的數(shù)據(jù)在DSPTMS320C67i;3B芯片中進行去噪、取樣分析后，由W3100和RTL8201組成的網(wǎng)絡接口將采樣原始數(shù)據(jù)傳送到遠程服務器中去。要注意的是，以上列舉的僅為本實用新型的具體實施例，顯然本實用新型不限于以上實施例，隨之有著許多的類似變化。本領域的技術人員如果從本實用新型公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形 ，均應屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其特征在于，包括 若干個超聲傳感器，其貼于智能開關柜的柜體上；若干個超聲前置放大器，其分別與所述各超聲傳感器對應連接，將接收自超聲傳感器的超聲信號放大后送出；一具有若干個數(shù)據(jù)采集通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其與所述各超聲前置放大器連接，采集各超聲前置放大器傳輸?shù)某曅盘?，所述?shù)據(jù)采集系統(tǒng)設置在智能開關柜附近；一服務器，其距智能開關柜遠程設置，所述服務器與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過光纜連接并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，所述服務器包括一數(shù)據(jù)處理模塊以及一局部放電信號特征數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)處理模塊對其接收的信號進行處理后將其送入局部放電信號特征數(shù)據(jù)庫。
2.如權利要求1所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一主板，其上設有若干個第一總線插槽和一個第二總線插槽； 若干個具有總線的AD采樣板，其分別對應插設于所述各第一總線插槽中，通過總線與所述主板連接，其中每一個AD采樣板采集至少一路超聲信號；一具有總線的DSP信號處理板，其插設于所述第二總線插槽中，通過總線與主板的連接以實現(xiàn)與各AD采樣板的連接和數(shù)據(jù)傳輸，所述DSP信號處理板上設有一 DSP芯片和一 TCP/IP接口，所述DSP芯片接收各AD采樣板傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將其通過TCP/IP接口和與TCP/ IP接口連接的所述光纜傳輸至所述服務器。
3.如權利要求2所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其特征在于， 所述每一 AD采樣板均包括至少一信號放大器，其將接收的超聲信號放大；至少一低通濾波器，其與所述至少一信號放大器對應連接，將所述超聲信號濾波； 至少一射頻耦合器，其與至少一低通濾波器對應連接，將經(jīng)過濾波的超聲信號隔離處理后傳輸出去；一 AD芯片，其包括至少一 AD轉換器，所述至少一 AD轉換器與至少一射頻耦合器對應連接，所述AD芯片對射頻耦合器傳輸?shù)某曅盘栠M行采樣； 一可編程器件，其與所述AD芯片連接，所述可編程器件控制AD芯片開始進行采樣，所述可編程器件還與所述AD采樣板的總線連接；一緩存元件，其與所述可編程器件和AD芯片分別連接，所述可編程器件控制AD芯片將采樣數(shù)據(jù)傳輸至緩存元件進行緩存。
4.如權利要求3所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其特征在于， 所述信號放大器、低通濾波器和射頻耦合器的數(shù)量均為兩個，所述AD芯片包括兩個AD轉換ο
5.如權利要求3或4所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其特征在于，所述主板上還設有一電源，其與所述各AD采樣板和DSP信號處理板連接，為其供電；所述主板上還設有一同步采樣控制信號產(chǎn)生電路，其與各AD采樣板連接，控制其同步采樣。
6.如權利要求3所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其特征在于， 所述可編程器件為一 CPLD或一 FPGA。
7.如權利要求3或6所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其特征在于，所述緩存元件為一 SRAM存儲陣列。
8.如權利要求1所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其特征在于， 在所述智能開關柜的柜體與所述各超聲傳感器之間還設有一黃油層。
9.如權利要求1或8所述的基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其特征在于，所述超聲傳感器的頻帶最大寬度為20 180kHz，諧振頻率為30kHz，靈敏度為85 [-75] V/(m/s) [V/ubar] (dB)，輸出信號為差分信號。
專利摘要本實用新型公開了一種基于超聲信號的智能開關柜局部放電檢測裝置，其包括若干個超聲傳感器，其貼于智能開關柜的柜體上；若干個超聲前置放大器，其分別與所述各超聲傳感器對應連接，將接收自超聲傳感器的超聲信號放大后送出；一具有若干個數(shù)據(jù)采集通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其與所述各超聲前置放大器連接，采集各超聲前置放大器傳輸?shù)某曅盘?，所述?shù)據(jù)采集系統(tǒng)設置在智能開關柜附近；一服務器，其距智能開關柜遠程設置，所述服務器與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過光纜連接并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，所述服務器包括一數(shù)據(jù)處理模塊以及一局部放電信號特征數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)處理模塊對其接收的信號進行處理后將其送入局部放電信號特征數(shù)據(jù)庫。
文檔編號G01R31/12GK202119872SQ20112024497
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權日2011年7月12日
發(fā)明者姜東升, 孫忠慶, 崔靜 申請人:山東魯億通智能電氣股份有限公司