本申請屬于高電壓設備絕緣監(jiān)測領域，具體涉及一種改進的超高頻局部放電量檢測采集方法，同時還涉及一種改進的超高頻局部放電電量檢測采集裝置。
背景技術：
局部放電是發(fā)生在固體絕緣內部或表面的未貫穿電極的部分放電過程。在電氣設備絕緣劣化的前期，往往都存在著局部放電現(xiàn)象，局部放電會進一步加速絕緣的劣化。因為局部放電雖然只是絕緣局部發(fā)生擊穿，但每次放電對絕緣都會有輕微損傷。造成損傷的原因有：介質局部溫度上升、氧化加速，使介質的電氣、機械性能下降；帶電粒子撞擊介質，破壞分子結構；放電作用下產生的活性氣體與介質發(fā)生化學反應，使介質性能變壞。因此，若局部放電長期存在于設備之中，一定條件下會造成設備主絕緣電氣強度的下降和損壞。
實際運行的設備中，因其局部電場場強分布不均（局部偏高），或制造工藝不夠完善、在運行中因絕緣材料有機物分解、絕緣材料受到機械力作用發(fā)生開裂等原因而造成缺陷，運行中的這些部位就容易發(fā)生局部放電甚至絕緣擊穿，另外在金屬導體電極的尖銳邊緣處，或不同特性的絕緣層間，也很容易發(fā)生局部放電。為保證電氣設備在運行中的可靠性，不允許在其絕緣中有局部放電，或只允許有輕微的局部放電。因此，對設備內部的局部放電實施檢測，也是保障電網正常運行的重要手段。
當絕緣介質內部發(fā)生局部放電時，伴隨著許多電和非電的現(xiàn)象，如電脈沖、介質損耗增大、電磁波發(fā)射、光聲熱、化學變化、氣壓變化。因此檢測局部放電的方法可分為電和非電兩大類。非電的方法一般靈敏度較低，能定性而不能定量分析，因此長期以來采用的檢測方法是測量其放電脈沖。局部放電信號是等效頻率可高達1GHz以上的單脈沖，而且影響局部放電檢測傳感器的外部環(huán)境噪聲主要是電臺或者無線通訊所發(fā)射的電磁波，其頻率范圍在幾千赫茲到幾十兆赫茲之間，因此當外部環(huán)境中的噪聲信號很強時，超高頻局部放電檢測有信噪比高的優(yōu)勢。
超高頻法（UHF）近幾年發(fā)展迅速，與其它局部放電檢測方法相比，UHF法具有靈敏度較高、抗干擾能力較強、可識別故障類型以及定位故障源等優(yōu)點。通過對設備局部放電的超高頻在線檢測能夠及時準確地判斷變壓器內部絕緣狀態(tài)，對防止電力設備事故發(fā)生，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重大意義。
現(xiàn)在的UHF信號采集方法一般是將局部放電信號的整個波形采集下來，然后再進行分析計算，但是需要昂貴的信號采集設備。UHF法測量的頻率范圍為300MHz-3GHz，要求設備配置的A/D轉換器有很高頻率，信號傳輸集中式，而且需海量高速存儲，導致整臺設備價格昂貴；設備運行時處理數(shù)據量大，處理時間長，影響下一步檢測的進行；要求固定安裝，不便于攜帶；裝置長期工作在戶外，受到溫度、濕度等大氣環(huán)境的影響，也會使測量數(shù)據產生偏差。
早前提出的超高頻局部放電量監(jiān)測采集方法以及裝置，能夠彌補常規(guī)超高頻采集的缺點，具有使用部件較少、測量精確度較高的優(yōu)點，同時便于實施，具有良好的靈活性，但是處理采集信號的比較器只有一個，處理速度很慢，例如用8位D/A實現(xiàn)信號的最高精度處理需要比較至少255個工頻周期（大約5s），而局部放電信號具有一定的隨機性，5秒內局放信號可能會發(fā)生比較大的變化。因此，提出一種改進的超高頻局部放電量監(jiān)測采集方法以及裝置，能夠實現(xiàn)采集信號的多路同時處理，大大提高處理速度和效率。
技術實現(xiàn)要素：
本申請的目的是針對現(xiàn)有超高頻局部放電放電量檢測采集方法和裝置的不足，提供一種改進的超高頻局部放電放電量檢測采集方法和裝置，能夠實現(xiàn)采集信號的多路同時處理，能夠提高處理采集信號的速度和效率。
本申請的目的是這樣實現(xiàn)的：本發(fā)明改進的超高頻局部放電放電量檢測采集方法包括以下步驟：
1) 脈沖采集：通過天線傳感器檢測電氣設備的局部放電脈沖信號，之后將傳感器采集到的局部放電信號通過濾波電路進行預處理，再通過信號放大電路將局部放電脈沖信號放大后同時輸入多路比較器；
2) 比較電平輸入：通過FPGA確定多個由D/A轉換電路輸出的比較電平，分別輸入到多個比較器中，比較電平之間的電壓差相同；
3) 脈沖比較并儲存:將一個工頻周期等分為多個相位區(qū)間，每個相位區(qū)間通過FPGA分配一個存儲地址，F(xiàn)PGA通過外接工頻參考相位波形進行觸發(fā)，在每一個觸發(fā)周期內，每個個比較器將每一個相位區(qū)間內的局部放電脈沖幅值與比較電平進行比較，F(xiàn)PGA分別統(tǒng)計每、個比較器中幅值大于比較電平的局部放電脈沖的個數(shù)進行并存儲在每個相位區(qū)間對應的存儲地址上，進行比較的工頻周期的數(shù)目通過FPGA自帶的計數(shù)器進行計數(shù)，當達到設定數(shù)目時，停止比較，提取此時存儲的所有脈沖個數(shù)的統(tǒng)計數(shù)值，清零；
4) 變值比較并存儲：增加所有比較電平的數(shù)值，其級差保持不變，重復上述步驟3)，直至有一個比較器沒有檢測到放電脈沖的存在，此時局部放電脈沖的最大電壓幅值處于某兩個比較電平之間。
在步驟4)中，為保證放點脈沖的最大電壓幅值確定的精確性，通過逐漸減小級差的方式，重復上述步驟3)，使得最終得到的比較電平能最大程度地表示放電脈沖的最大電壓。
將工頻周期m等分，即每個相位區(qū)間的寬度為360度/m，各個相位區(qū)間依次編號i=1,2,3,4…m；若進行比較的工頻周期數(shù)目為k個，當閾值電壓為Vj+1時沒有大于它的放電脈沖，其中j=0,1,2,3…n；電壓區(qū)間設定的最小寬度為h，即Vj+1= Vj+h；各個相位區(qū)間上大于Vj的脈沖個數(shù)Nji；
在第i相位區(qū)間的位于Vj+1和Vj之間的脈沖個數(shù)為Nji-N(j+1)i，從而當局部放電脈沖電壓幅值為正值時，在該級差h下，通過下式得到近似平均放電脈沖電壓幅值V：
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本發(fā)明改進的超高頻局電放電量檢測采集裝置是通過以下技術方案實現(xiàn)的：該采集裝置包括天線傳感器、濾波電路、放大電路、比較器、、FPGA、D/A轉換電路，所述天線傳感器的信號端出依次連接濾波電路和放大電路后，接入多個比較器的反向輸入端，所述多個比較器的正向輸入端分別與多個D/A轉換電路的輸出端連接，所述D/A轉換電路的輸入端與FPGA的數(shù)據輸入端相連接，所述 FPGA的參考相位信號輸入引腳與外部工頻參考相位波發(fā)生裝置連接。
改進方案的優(yōu)點：假定脈沖信號最大幅值為200mV，最小電壓區(qū)間寬度為2mV。按原來方案，因為每次只能掃描一個電壓，所以需要掃描100次，而且每次掃描需要一個工頻周期的時間1/50秒，數(shù)據的獲取時間就至少需要2秒，很慢。按改進方案，假設增設至Y路比較器，則每次就能掃描Y個電壓，只需要100/Y次，可以使得數(shù)據的獲取時間減少至2/Y秒。若增設的比較器較多，就能極大地減少脈沖數(shù)據的獲取時間。另外，改進方案中，能在幾個工頻周期內獲取到精確脈沖幅值，而原來的方案則需要更多個工頻周期。
由于實施上述技術方案，本申請的有益效果主要有以下幾點：（1）本發(fā)明的方法通過硬件與軟件的結合，處理信息更加迅速，不僅能夠完成對待設備的檢測，實時了解是否有超過某一額定數(shù)值的局部放電脈沖存在以及該超限脈沖的個數(shù)，及時做好防范工作，同時還可以通過軟件的運算得到更加精確的局部放電脈沖的近似幅值。相比先前的裝置，增加的多路比較器使得數(shù)據的處理速度以及計算精確性方面有了很大的提高。本發(fā)明的裝置使用范圍廣，既可以對變壓器進行局部檢測，也可以對GIS進行檢測；（2）本發(fā)明采用了超高頻方法進行局部放電檢測，抗干擾能力強，通過軟硬結合的方式進行信號處理，同時采用靈敏度較高的天線傳感器，以電的形式進行局部放電檢測，靈敏度要高于非電形式（如光，熱，噪音，化學變化和氣壓變化等）；3）本發(fā)明的裝置結構簡單、體積不大、成本低廉；設備操作簡單且便于攜帶，能適應非常規(guī)檢測的需要，且大大節(jié)約了人力和制造成本，能顯著提高工作效率，降低測量成本，便于推廣應用，改進后的裝置的性能大大提高了，能適用于更復雜的情況。
附圖說明：本申請的具體結構由以下的附圖和實施例給出：
圖1是改進超高頻局部放電電量監(jiān)測采集裝置結構示意圖。
圖例：1、天線傳感器，2、濾波電路，3、放大器，4、比較器，5、D/A轉換器，6、FPGA， 7、工頻參考相位波發(fā)生裝置，8、顯示模塊。
具體實施方式：
本申請不受下述實施例的限制，可根據本申請的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。
實施例：如圖1所示，本發(fā)明的超高頻局部放電放電量監(jiān)測采集方法，主要包括以下步驟：
1）脈沖采集：通過天線傳感器采集設備的局放脈沖，將采集到的脈沖信號需先經過濾波處理，再用放大電路將信號放大后輸入到多路比較器中；
2) 比較電平輸入：通過FPGA（Field－Programmable Gate Array），確定多個由D/A轉換電路輸出的比較電平，分別輸入到多個比較器中，比較電平之間的電壓差相同；
3) 脈沖比較并儲存：將一個工頻周期等分為多個相位區(qū)間，每個相位區(qū)間通過FPGA分配一個存儲地址，F(xiàn)PGA通過外接工頻參考相位波形進行觸發(fā)，在每一個觸發(fā)周期內，每個個比較器將每一個相位區(qū)間內的局部放電脈沖幅值與比較電平進行比較，F(xiàn)PGA分別統(tǒng)計每、個比較器中幅值大于比較電平的局部放電脈沖的個數(shù)進行并存儲在每個相位區(qū)間對應的存儲地址上，進行比較的工頻周期的數(shù)目通過FPGA自帶的計數(shù)器進行計數(shù)，當達到設定數(shù)目時，停止比較，提取此時存儲的所有脈沖個數(shù)的統(tǒng)計數(shù)值，清零；
4) 變值比較并存儲：增加所有比較電平的數(shù)值，其電壓差保持不變，重復上述步驟3)，直至有一個比較器沒有檢測到放電脈沖的存在，此時局部放電脈沖的最大電壓幅值處于某兩個比較電平之間。
在步驟4)中，為保證放點脈沖的最大電壓幅值確定的精確性，通過逐漸減小級差的方式，重復上述步驟3)，使得最終得到的比較電平能最大程度地表示放電脈沖的最大電壓，在具體實施過程中，將最大脈沖電壓幅值所在的最高電壓區(qū)間的邊界電壓值作為所有D/A的轉換電路輸出的上限電壓和下限電壓，讓所有D/A的轉換電路輸出的電平將最高電壓區(qū)間分成若干個的電壓區(qū)間，重復步驟3），之后在這些新電壓區(qū)間中又會出現(xiàn)一個脈沖幅值所在的新最高電壓區(qū)間，依此類推，直達到電壓區(qū)間的設定最小寬度。
將工頻周期m等分，即每個相位區(qū)間的寬度為360度/m，各個相位區(qū)間依次編號i=1,2,3,4…m；若進行比較的工頻周期數(shù)目為k個，當閾值電壓為Vj+1時沒有大于它的放電脈沖，其中j=0,1,2,3…n；電壓區(qū)間設定的最小寬度為h，即Vj+1= Vj+h；各個相位區(qū)間上大于Vj的脈沖個數(shù)Nji；
在第i相位區(qū)間的位于Vj+1和Vj之間的脈沖個數(shù)為Nji-N(j+1)i，從而當局部放電脈沖電壓幅值為正值時，在該級差h下，通過下式得到近似平均放電脈沖電壓幅值V：
同理可得負脈沖時的近似平均放電脈沖電壓幅值。統(tǒng)計負脈沖電壓幅值分布式只需將閾值電壓設為負，各個相位區(qū)間上的小于Vj的脈沖數(shù)為Nji，公式一樣。
如圖1所示，本發(fā)明的改進的超高頻局部放電電量監(jiān)測采集裝置，包括天線傳感器1、濾波電路2、放大器3、比較器4、D/A轉換器5、FPGA 6、工頻參考相位波發(fā)生裝置7、顯示模塊8，天線傳感器1的信號端出依次連接濾波電路2和放大電路3后，接入多個比較器4的反向輸入端，多個比較器4的正向輸入端分別與多個D/A轉換電路5的輸出端連接，所述D/A轉換電路5的輸入端與FPGA 6的數(shù)據輸入端相連接，F(xiàn)PGA 6的參考相位信號輸入引腳與外部工頻參考相位波發(fā)生裝置7連接。
本裝置還包括了顯示模塊8，F(xiàn)PGA與顯示模塊8連接，通過顯示模塊驅動程序，可以直觀地顯示放電量的大小和具體相位區(qū)間上的放電次數(shù)。
如圖1所示的具體測量中，m值取10，即將工頻周期10等分為10個相位區(qū)間，每個相位區(qū)間的寬度為36度，各個相位區(qū)間依次編號i=1,2,3,4…10；假設進行比較的工頻周期數(shù)目為50個，當閾值電壓為Vj+1=200mV時沒有大于它的放電脈沖，Vj=198mV，比較電平的級差h為2mV；
從而當局部放電脈沖電壓幅值為正值時，通過下式得到近似平均放電脈沖電壓幅值V：
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以上技術特征構成了本申請的最佳實施例，其具有較強的適應性和最佳實施效果，可根據實際需要增減非必要技術特征，來滿足不同情況的需要。