本發(fā)明涉及高壓電力設備局部放電測量技術領域，尤其是涉及一種獲取局部放電脈沖對應工頻相位的檢測電路及方法。

背景技術：

大量故障統(tǒng)計表明，在一般電氣設備故障中，50％以上都是由絕緣引起的。發(fā)生絕緣故障的原因主要是絕緣薄弱處的局部放電引起的絕緣老化和失效，并最終導致絕緣的擊穿。局部放電(pd)是造成絕緣劣化的主要原因，也是絕緣劣化的主要征兆和表現(xiàn)形式。局部放電活動在絕緣材料內部產生物理現(xiàn)象和化學變化。局部放電活動能夠導致聲、電和光能的發(fā)射，這使得能夠采用不同的方法來進行檢測和分析局部放電活動的出現(xiàn)。

用不同的檢測方法可以得到不同的pd特征。如今用于分析和評估局部放電的兩種最常用的檢測方法是基于相位分辨數據的統(tǒng)計檢測法和基于時間分辨數據的波形檢測法。當今大部分商業(yè)應用的pd檢測器均采用相位分辨檢測方法，也稱相位統(tǒng)計法。

相位統(tǒng)計方法主要應用于相位分辨(相位-幅值-脈沖個數)數據模式。例如，統(tǒng)計分布如脈沖高度分布、平均脈沖高度分布、脈沖個數分布等已經被用來表示pd信息。一個工頻電源電壓的完整周期被分成360個窗口，每個窗口代表一個相位度數值。在所有窗的最大脈沖高度分布表示最大放電幅值作為相角的函數。同理，平均脈沖高度分布表示平均放電幅值作為相角的函數。脈沖數量分布(對應一定的時間間隔)表示放電的數量作為相角的函數。通過檢查和區(qū)分這些不同的統(tǒng)計分布，統(tǒng)計參數(通常稱為統(tǒng)計算子)如偏斜、峰度、峰數、互相關因素、對稱性等進行比較。通過將這些分布和它們的算子進行合適的組合，能夠發(fā)現(xiàn)pd方式的識別標志。這些識別標志已經被證明在識別未知放電的產生是非常有用的，已經成為當今pd識別的最主要方式?；诮y(tǒng)計參數的pd識別技術已經在各種工業(yè)應用中使用，如xlpe電纜的pd識別、檢測氣隙放電、檢測電暈放電和表面放電。

由此可以看出，相位統(tǒng)計檢測與識別方法需要事先獲得局部放電脈沖所對應的工頻電源的具體相位，換句話說，每個局部放電脈沖總是發(fā)生于工頻正弦波的某一個相位窗口，該相位窗口在局部放電測量過程中需要通過一定技術或手段獲得。

局部放電測量設備中局放脈沖相位的獲得通常有兩種方法，即內觸發(fā)和外觸發(fā)。內觸發(fā)通常用于手持式帶電檢測設備，一般由于電池供電而沒有連接外接電源，而無法采用外觸發(fā)。外觸發(fā)用于便攜式測量設備以及在線監(jiān)測設備，一般連接有低壓工頻電源，從而可利用該正弦電源。內觸發(fā)是為了相位統(tǒng)計法的需要而不得已采用的方法，一般通過軟件實現(xiàn)，獲得的相位值也不是真正的局放脈沖所對應相位值，但從統(tǒng)計概率角度來說可以幫助實現(xiàn)統(tǒng)計分析。外觸發(fā)所獲得的相位值要真實許多，一般通過硬件電路來實現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對局部放電測量中局部放電脈沖所對應的相位提出一種檢測電路，集成到局部放電測量設備的硬件中，在通過設備檢測到局部放電脈沖幅值和個數的同時，也檢測到該脈沖所對應的工頻電源相位值。該檢測電路通過整形把工頻波形轉換為矩形脈沖波形，并通過鎖相環(huán)技術和脈沖計數技術實現(xiàn)要求精度的最小相位窗，從而提高了相位值獲取的精度。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種局部放電測量中局放脈沖所對應的工頻相位檢測電路，包括以下步驟：

1)設計電壓變換電路，將電源電壓降壓為低電壓；

2)設計有源低通濾波電路，抑制或消除電源信號中的高頻干擾；

3)設計波形整形與轉換電路，將正弦交流信號整形為規(guī)則的方波信號，并進一步將相位信息轉換為連續(xù)的模擬電壓，以供后續(xù)電路的采樣和處理；

4)設計鎖相倍頻電路，將整形與轉換電路輸出的信號頻率進行倍頻鎖相，用于后續(xù)計算器電路的輸入；

5)設計計數器電路，對鎖相倍頻器的輸出進行計數，從而對脈沖的計數值進行處理即可得到相位值。

所述電壓變換電路包括電阻分壓電路以及穩(wěn)壓電路。

所述有源低通濾波電路包括運算放大器及其外圍器件。

所述波形整形與轉換電路包括比較器、積分電路和緩沖電路。

所述鎖相倍頻電路包括鎖相環(huán)電路、倍頻電路以及外圍器件。

所述計數器電路包括二進制計數電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及外圍器件。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明通過整形把工頻波形轉換為矩形脈沖波形，并通過鎖相環(huán)技術和脈沖計數技術實現(xiàn)要求精度的最小相位窗，從而提高了相位值獲取的精度。

(2)本發(fā)明采用硬件電路作為局部放電測量設備硬件的一部分，實現(xiàn)了局放脈沖相位值的同步測量。

(3)本發(fā)明將相位信息轉換為連續(xù)的模擬電壓信息，使得后續(xù)的采樣及信號處理準確可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的相位測量系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明檢測電路原理示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1所示，本實施例提供一種局部放電測量中局放脈沖所對應的工頻相位檢測電路，包括以下步驟：

1)設計電壓變換電路。將局部放電測量設備電源電壓信號降壓為適合相位檢測電路輸入的低電壓信號，本實施例中，采用電阻分壓方式。

2)設計有源低通濾波電路。由于電源電壓信號中不可避免串入有高頻干擾信號，而局放脈沖對應相位的獲取需要盡可能沒有受干擾污染的工頻信號，因此有必要在工頻信號輸入處設計濾波器抑制甚至消除高頻干擾。本實施例中，采用lm358運算放大器設計二階低通butterworth濾波電路，對電源輸入信號濾波，使得低于截止頻率300hz的信號通過濾波器，進而得以對波形進行下一步處理，而高于截止頻率的信號則被抑制。

3)設計波形整形與轉換電路。將正弦交流信號整形為規(guī)則的方波信號，用于積分電路的控制，利用后續(xù)的積分電路將相位信息轉換為連續(xù)的模擬電壓，以供后續(xù)電路的采樣和處理，為了避免后續(xù)電路對積分電路的影響，配備緩沖電路。本實施例中，采用lm339比較器的到雙極性電壓然后經積分電路得到積分電壓波形。

4)設計鎖相倍頻電路。將整形與轉換電路輸出的頻率為f1的輸入信號，倍頻n倍，使得鎖相環(huán)的輸出頻率為nf1，用于后續(xù)計算器電路的輸入。本實施例中，采用鎖相環(huán)芯片74hc4046及其計數、低通濾波等外圍電路器件實現(xiàn)鎖相倍頻電路。

5)設計計數器電路。利用二進制計數器對倍頻器的輸出進行計數，從而對脈沖的計數值進行處理即可得到相位值。本實施例中，使用74hc123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和74hc4040二進制計數器芯片聯(lián)合外圍電路共同構成計數器電路。

工頻相位檢測電路包括依次連接的電壓分壓電路201、二階低通濾波器電路202、波形整形與轉換電路203、鎖相環(huán)電路204、倍頻電路205、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器206以及二進制計數器電路207，如圖2所示。整個檢測電路的輸入為工頻電源電壓信號，經過降壓、濾波、整形轉換以及鎖相倍頻后，二進制計數器對鎖相倍頻電路的輸出計數，并利用其復位端控制實現(xiàn)計數器與輸入信號正向過零點的同步，即可在局部放電脈沖發(fā)生的同時讀取計數器的計數值，從而獲得局部放電脈沖的相位。

以上內容僅僅是對本發(fā)明所作的舉例和說明，所屬本技術領域的技術人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構思或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。