一種局部放電超高頻信號模擬源的制作方法
【專利摘要】一種局部放電超高頻信號模擬源，包括裝設(shè)在屏蔽鐵箱內(nèi)、依次連接的USB模塊(1)、可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號發(fā)生器(2)、信號調(diào)制模塊(3)、信號放大模塊(4)和發(fā)射天線(5)，所述的USB模塊還直接輸出包絡(luò)信號至信號調(diào)制模塊(3)，另有過零比較器(6)經(jīng)單刀雙擲開關(guān)(7)輸入第一互感器(8)或第二互感器(9)的信號，第一互感器(8)或第二互感器(9)分別外接60V和220V市電，還有外接220V市電的電源(10)給各模塊供電，發(fā)射天線(5)輸出各種局部放電UHF信號。本實用新型具有廣泛的應用性并與工程結(jié)合緊密，能模擬GIS、變壓器內(nèi)不同類型的局部放電的UHF信號，產(chǎn)生的信號準確性高，裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。
【專利說明】一種局部放電超高頻信號模擬源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種局部放電超高頻(UHF)信號模擬源。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國電力系統(tǒng)發(fā)展速度不斷加快，對系統(tǒng)運行的安全性和可靠性的要求也越來越高。由于大型電力設(shè)備事故的危害性巨大，突發(fā)性停電事故會造成巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。大量故障統(tǒng)計分析表明，絕緣事故是大型電力設(shè)備產(chǎn)生故障的主要原因，而局部放電(PD)是引起絕緣故障以及老化的最重要原因之一。
[0003]局部放電是在高電場強度下，在絕緣體內(nèi)電氣強度較低部位發(fā)生的放電現(xiàn)象。局部放電過程中會產(chǎn)生各種電現(xiàn)象，如電脈沖、電磁輻射，并伴隨有電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗，同時也會產(chǎn)生各種非電的信息，如產(chǎn)生聲波、發(fā)光、發(fā)熱以及產(chǎn)生一些新的生成物。GIS、變壓器等電力設(shè)備局部放電檢測按檢測的物理量性質(zhì)分為電測法和非電測法，包括脈沖電流法、超聲波檢測法、光檢測法、化學檢測法、甚高頻法、超高頻法等檢測方法,這些檢測方法都各有其優(yōu)缺點，在現(xiàn)場也得到不同程度的應用。其中超高頻法(UHF法)作為局部放電檢測的一種新方法，因為其有傳統(tǒng)電測法以及其他非電測法沒有一系列優(yōu)點，是當前在線監(jiān)測非常有前途的一種監(jiān)測局部放電的方法。
[0004]不同電力設(shè)備引起ro的原因不盡相同，其產(chǎn)生的ro缺陷也各不相同，就是同一設(shè)備內(nèi)部ro缺陷的物理模型也不一樣。例如對于gis ro就可以分為高壓導體金屬突出物缺陷、自由金屬微粒缺陷、絕緣表面固定金屬微粒缺陷、氣隙缺陷四大類；變壓器ro有繞組中部油-隔板絕緣中油隙放電；繞組端部油隙放電；接觸絕緣導線和絕緣紙(引線絕緣、搭接絕緣)的油隙放電；引線、搭接線等油紙絕緣中的局部放電；線圈間(縱絕緣)的油隙放電；匝間絕緣局部擊穿；絕緣紙沿面滑閃放電等七類。
[0005]在用UHF法對各類PD缺陷進行研究時，除去設(shè)備現(xiàn)場實驗外，必然要進行大量模擬實驗，不同的ro缺陷其局放信號不盡相同，它們局放時所產(chǎn)生的脈沖電流的上升時間、脈沖持續(xù)時間并不一樣，由脈沖電流所激發(fā)的UHF信號在波形、時域分布等方面也有較大差異，需要對不同的ro缺陷建立不同的物理模型。不同的絕緣缺陷發(fā)生ro時所激發(fā)的UHF信號類型雖然不一樣，但是對于同一缺陷，其UHF信號具有統(tǒng)計規(guī)律，尤其在工頻周期內(nèi)，其會呈現(xiàn)出特定的時域、頻域分布特性。而UHF法在實際運用到在線監(jiān)測系統(tǒng)之前，必須在實驗室或現(xiàn)場進行一系列模擬實驗，測試UHF傳感器的各種性能。因此通過研究UHF信號模擬源可以近似模擬真實的各種ro UHF信號。
[0006]由于局部放電超高頻信號頻率在0.3-3GHZ，其模擬信號源必須是脈沖源，根據(jù)所查閱的文獻，目前沒有針對單一的某種局部放電的UHF信號源，目前存在的信號源是針對單純的超高頻信號的脈沖源，只能模擬具有UHF信號的陡度(上升、下降沿)、單個UHF信號脈寬的信號。但是其產(chǎn)生的模擬信號的頻率、幅值都不能調(diào)節(jié)，也不具備ro的工頻特性。而且一般局部放電都是在電力系統(tǒng)工頻電壓下發(fā)生的，因此不同類型ro激發(fā)的UHF信號具有特定工頻相位特性，這些工頻對于分析ro的類型、定量、發(fā)展階段等研究都很重要。
[0007]因此，研究一種局部放電UHF信號模擬源，能模擬GIS、變壓器等不同局部放電模式的UHF信號，那么將會非常方便各類UHF模擬實驗的順利進行，但是目前并沒有專門針對各類局部放電模式的模擬信號源。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種局部放電超高頻信號模擬源，該模擬源能模擬產(chǎn)生GIS、變壓器等電力設(shè)備不同局部放電模式:金屬突出物缺陷、自由金屬微粒缺陷、絕緣子表面金屬污染物缺陷和絕緣子與高壓導體間氣隙缺陷發(fā)生局部放電時所激發(fā)出來的UHF信號，且產(chǎn)生的模擬信號頻率可調(diào)、功率可調(diào)、脈沖數(shù)可調(diào)，不僅包含0.3-1.5GHz的超高頻電磁波信號，并且信號具有局部放電在一個工頻周期的分布特性。
[0009]解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種局部放電超高頻信號模擬源，其特征是:包括裝設(shè)在屏蔽鐵箱內(nèi)、依次連接的USB模塊1、可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號發(fā)生器2、信號調(diào)制模塊3、信號放大模塊4和發(fā)射天線5，所述的USB模塊還直接輸出包絡(luò)信號至信號調(diào)制模塊3，另有過零比較器6經(jīng)單刀雙擲開關(guān)7輸入第一互感器8或第二互感器9的信號，第一互感器8或第二互感器9分別外接60V和220V市電，還有外接220V市電的電源10給各模塊供電，發(fā)射天線5輸出各種局部放電UHF信號。
[0011]所述的信號調(diào)制模塊為乘法模塊，所述的可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號發(fā)生器調(diào)頻方式為旋鈕控制或者壓控方式，所述的天線為寬頻全向天線。
[0012]所述的可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號發(fā)生器2通過旋調(diào)頻鈕11調(diào)頻、信號放大模塊4通過功率調(diào)節(jié)旋鈕12調(diào)節(jié)功率。
[0013]本信號源的工作原理過程:
[0014]1)獲取不同局部放電類型所需的工頻包絡(luò)線的采樣數(shù)據(jù)，并以數(shù)組的形式儲存至USB內(nèi)，這里的工頻包絡(luò)線是通過進行大量的現(xiàn)場實驗和實驗室實驗得到真實的局部放電UHF信號，然后通過軟件處理，將得到的UHF信號數(shù)據(jù)處理成txt格式的數(shù)組存至電腦的硬盤中，這些數(shù)組按照類型依次命名，通過Labview軟件可以方便的調(diào)?。?br> [0015]2)對USB模塊產(chǎn)生的工頻包絡(luò)線，本信號源采用的是軟硬件相結(jié)合的方式，工頻包絡(luò)線的產(chǎn)生也是軟硬件結(jié)合組成虛擬儀器，其中軟件采用LabvieW2012，硬件則是USB模塊，發(fā)出的是存儲的txt格式的包絡(luò)線；局部放電信號的包絡(luò)線與高頻正弦發(fā)生器產(chǎn)生的高頻正弦信號輸入信號乘法模塊，將兩路信號相乘；
[0016]3)相乘后的數(shù)字信號輸入至信號放大模塊，進過放大、濾波；
[0017]4)放大后的信號經(jīng)過電纜輸出至發(fā)射天線，從而輸出局部放電不同模式下的超高頻模擬信號。
[0018]所述的USB模塊除了產(chǎn)生工頻包絡(luò)線，其還兼有控制高頻正弦發(fā)生器產(chǎn)生的高頻正弦信號頻率的功能，采用旋鈕控制或者壓控方式，這使得操作簡便，精確，并且UHF信號的頻段為300MHz-3GMz，該信號包含工頻參考信息，其幅值、頻率、脈沖數(shù)目可調(diào)。
[0019]由于所模擬的局部放電信號模式多樣，信號的頻段為300MHz_3GHz,信號的幅值、功率也有所變化，這就要求發(fā)射天線擁有良好的帶寬，增益和輻射效率等，因此選擇能滿足要求的寬頻全向天線作為發(fā)射天線。
[0020]信號源通過電腦(USB模塊)控制，所有硬件設(shè)備均裝在鐵箱內(nèi)，人工操作電腦便可以產(chǎn)生所需要的局部放電所激發(fā)UHF模擬信號，進行實驗。
[0021 ] 有益效果:本實用新型通過USB模塊進行控制，將各種局部放電波形UHF信號的包絡(luò)線與高頻正弦信號在信號調(diào)制模塊相乘，得到的波形經(jīng)過放大、濾波后經(jīng)天線輸出，能比較真實的模擬各種不同模式的局部放電UHF信號；本實用新型具有廣泛的應用性并與工程結(jié)合緊密，能模擬GIS、變壓器內(nèi)不同類型的局部放電的UHF信號，產(chǎn)生的信號準確性高，裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述。
[0023]圖1為本實用新型的局部放電UHF信號模擬源組成和連接關(guān)系示意圖；
[0024]圖2a為本實用新型輸出的金屬突出物缺陷波形0-2000ns的UHF信號示意圖；
[0025]圖2b為本實用新型輸出的金屬突出物缺陷波形0_900ns的UHF信號示意圖；
[0026]圖3a為本實用新型輸出的自由金屬微粒缺陷波形0_500ns的UHF信號示意圖；
[0027]圖3b為本實用新型輸出的自由金屬微粒缺陷ro波形0-200ns的UHF信號示意圖；
[0028]圖4為本實用新型輸出的絕緣子表面金屬污染物缺陷ro波形示意圖；
[0029]圖5為本實用新型輸出的絕緣子與高壓導體間氣隙缺陷ro波形示意圖；
[0030]圖6a為金屬突出物缺陷所對應的理論擬合波形示意圖；
[0031]圖6b為自由金屬微粒缺陷所對應的理論擬合波形示意圖；
[0032]圖6c為絕緣子表面金屬污染物缺陷所對應的理論擬合波形示意圖；
[0033]圖6d為絕緣子與高壓導體間氣隙缺陷所對應的理論擬合波形示意圖。
[0034]圖中:1-USB模塊，2-可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號發(fā)生器，3-信號調(diào)制模塊，4_信號放大模塊，5-發(fā)射天線，6-過零比較器，7-單刀雙擲開關(guān)，8-第一互感器，9-第二互感器，10-電源，11-旋調(diào)頻鈕，12-功率調(diào)節(jié)旋鈕。
[0035]圖2a和圖2b的區(qū)別是圖2a記錄的是0_2000ns的UHF信號，圖2b記錄的是0-900ns的UHF信號，所記錄的信號的長度不一樣，2b相當于對2a進行了展開，更能看到其細節(jié)，如果不需要可以刪掉其中一個。圖3a和圖3b的情況與此類似。

【具體實施方式】
[0036]參見圖1，本實用新型的局部放電UHF信號模擬源實施例的局部放電超高頻信號模擬源，包括裝設(shè)在屏蔽鐵箱內(nèi)、依次連接的USB模塊1、可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號發(fā)生器2、信號調(diào)制模塊3、信號放大模塊4和寬頻全向發(fā)射天線5，USB模塊1還直接輸出包絡(luò)信號至信號調(diào)制模塊3，另有過零比較器6經(jīng)單刀雙擲開關(guān)7輸入第一互感器8或第二互感器9的信號，第一互感器8和第二互感器9分別外接60V和220V市電，還有外接220V市電的電源10給各模塊供電，寬頻全向發(fā)射天線5輸出各種局部放電UHF信號；信號調(diào)制模塊為乘法模塊，可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號發(fā)生器2通過旋調(diào)頻鈕11調(diào)頻、信號放大模塊4通過功率調(diào)節(jié)旋鈕12調(diào)節(jié)功率。
[0037]可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號發(fā)生器調(diào)頻方式也可選擇壓控方式。
[0038]其中USB模塊采用NI公司的NI USB-6211模塊，互感器為電壓互感器，將60V/220V的工頻交流電壓信號將為5V的交流信號，有成熟產(chǎn)品。
[0039]高頻正弦信號發(fā)生器、信號調(diào)制模塊、信號放大模塊、發(fā)射天線都是現(xiàn)有技術(shù)。天線主要是為了將模擬產(chǎn)生寬頻帶的UHF信號近可能的模擬真實ro的發(fā)射情況進行發(fā)射，需要寬頻帶全向天線。
[0040]USB模塊產(chǎn)生的包絡(luò)線通過電纜輸出至調(diào)制模塊，高頻信號發(fā)生器的高頻正弦信號也通過電纜傳至調(diào)制模塊，這兩路信號經(jīng)過乘法器相乘得到的信號經(jīng)過放大裝置傳輸?shù)教炀€發(fā)射。另外，實際輸出的放電波形包絡(luò)線周期與工頻周期存在誤差，如果連續(xù)輸出放電波形包絡(luò)線，誤差將累加，所以設(shè)計了觸發(fā)設(shè)置，就是圖1中的過零比較器，以實現(xiàn)工頻參考電壓過零時重置。
[0041]應用實例
[0042]GIS內(nèi)四種典型的局部放電UHF信號模擬源實驗:
[0043]圖2至圖5是用本局部放電UHF信號模擬源發(fā)射的信號實測波形。
[0044]實驗中，本模擬源是裝在進行了屏蔽處理的鐵箱內(nèi)，如此可以減少實驗的誤差。目前GIS設(shè)備的絕緣缺陷的物理模型尚無統(tǒng)一標準，本模擬源所選用的模型是國內(nèi)學者研究GIS局部放電所用最多的四種模型，它們可以基本反映GIS設(shè)備內(nèi)所存在的各種絕緣缺陷。
[0045]四種典型缺陷的源信號波形表現(xiàn)出極為不同的特性，從圖2至圖5分析可知，金屬突出物缺陷的源信號波形的上升時間(或負脈沖的下降時間)通常在1?2ns之間，所有信號均為單個脈沖信號；自由金屬微粒缺陷的源信號上升時間多在Ins以下，且更為普遍的是2?3個脈沖疊加而成的信號；絕緣子表面金屬污染物缺陷的源信號上升時間與下降時間都大為延長，上升時間通常達到8ns以上，而下降時間則達到十幾甚至幾十ns ;氣隙缺陷所有源信號均為雙脈沖疊加而成的信號，上升時間同樣較長，通常在5?10ns之間。這與目前國內(nèi)外學者專家所得到的GIS內(nèi)局部放電的UHF信號有很好的相似性。
[0046]圖6a至圖6c為四種實測典型波形所對應的理論擬合波形示意圖，對比圖2至圖5來看，本實用新型得到的波形與理論擬合波形比較吻合。
【權(quán)利要求】
1.一種局部放電超高頻信號模擬源，其特征是:包括裝設(shè)在屏蔽鐵箱內(nèi)、依次連接的USB模塊(I)、可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號發(fā)生器(2)、信號調(diào)制模塊(3)、信號放大模塊(4)和發(fā)射天線(5)，所述的USB模塊還直接輸出包絡(luò)信號至信號調(diào)制模塊(3)，另有過零比較器(6)經(jīng)單刀雙擲開關(guān)(7)輸入第一互感器(8)或第二互感器(9)的信號，第一互感器(8)或第二互感器(9)分別外接60V和220V市電，還有外接220V市電的電源(10)給各模塊供電，發(fā)射天線(5)輸出各種局部放電UHF信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部放電超高頻信號模擬源，其特征是:所述的信號調(diào)制模塊為乘法模塊，所述的可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號發(fā)生器調(diào)頻方式為旋鈕控制或者壓控方式，所述的天線為寬頻全向天線。
【文檔編號】G01R1/28GK204188674SQ201420613831
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】林春耀, 柯春俊, 楊賢, 饒章權(quán), 歐小波 申請人:廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院