一種改進的超高頻局部放電電量檢測采集裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高電壓設備絕緣在線檢測領域，具體涉及一種改進的超高頻局部放電量檢測采集方法，同時涉及一種改進的超高頻局部放電量檢測采集裝置。
【背景技術】
[0002]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。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。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。若局部放電長期存在于設備之中，一定程度上會造成設備主絕緣電氣強度的下降和損壞。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(nèi)部的局部放電實施檢測，也是保障電網(wǎng)正常運行的重要手段。
[0003]目前比較成熟的檢測電氣設備局部放電的方法主要是脈沖電流法和超高頻法。脈沖電流法是檢測局部放電最常用的方法，也是目前唯一具有國際標準(IEC60270)的定量檢測方法，該方法通過測量局部放電所產(chǎn)生的脈沖電流在檢測阻抗兩端響應的脈沖電壓進行檢測，其特點是可以在很寬的頻率范圍內(nèi)保持良好的傳輸特性，并且檢測靈敏度高、檢測的信號放電量可以進行標定等優(yōu)點。然而其典型缺點是信號的測量頻率較低、易受外界電磁干擾影響、由于現(xiàn)場干擾較大，無法進行現(xiàn)場檢測。
[0004]超高頻(UHF)法是近年來發(fā)展起來的一項新技術。它采用測量GIS內(nèi)絕緣隱患在運行電壓下輻射的電磁波來判斷GIS內(nèi)是否發(fā)生局部放電，該方法可以非接觸測量及在線檢測。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電氣設備內(nèi)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。
[0005]常規(guī)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(jù)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時，需要排除溫度、濕度等大氣環(huán)境的影響。
[0006]早前提出的“超高頻局部放電放電量監(jiān)測采集方法、裝置和系統(tǒng)”(申請?zhí)朇N201010157377.X公開號CN101819246A)，采用將脈沖幅值進行多次比較的方式，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，但是信號處理速度和精度仍然達不到理想效果；之后提出的“改進的超高頻局部放電電量檢測裝置及方法”(申請?zhí)?01410322183.5)，在早前基礎上增設多路比較器，使得信號處理速度和精度有了很大的提高，但是每路比較器都配置了 D/A轉換電路，增加了整個裝置的實際制作成本以及控制D/A電路的算法復雜性，例如若有16路比較器就需要配置16個D/A轉換電路，控制芯片需要控制16個D/A的輸出。因此，從減少裝置制作成本和精簡控制算法的角度，提出一種二次改進的超高頻局部放電量檢測采集方法以及裝置，能夠實現(xiàn)采集信號多路處理的同時，大大減少裝置的制作成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對現(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)采集信號的多路處理的同時，大大減少裝置的制作成本。
[0008]本發(fā)明的技術方案提供一種改進的超高頻局部放電電量檢測采集裝置，包括天線傳感器、濾波電路、放大器、FPGA、外部工頻參考相位波發(fā)生裝置，設置兩個D/A轉換器和多個比較器、精密電阻分壓電路，精密電阻分壓電路中包括多個電阻，電阻的數(shù)目與比較器的數(shù)目相同；天線傳感器的信號輸出端依次連接濾波電路和放大電路后，接入各比較器的正向輸入端，各比較器的反向輸入端與精密電阻分壓電路的相應輸出端連接，各比較器的輸出端連接FPGA的數(shù)據(jù)輸入端；所述精密電阻分壓電路的輸入端與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(jù)輸出端相連接。
[0009]而且，設有16個比較器，精密電阻分壓電路包括16個電阻，其中第一電阻、第二電阻、第三電阻…第十六電阻依次連接后接地。
[0010]而且，設置有顯示模塊，F(xiàn)PGA與顯示模塊連接。
[0011]本發(fā)明還提供基于上述改進的超高頻局部放電電量檢測采集裝置實現(xiàn)的采集方法，包括以下步驟，
步驟I)脈沖采集，包括通過天線傳感器采集待測設備的局放脈沖，將采集到的脈沖信號先經(jīng)過濾波電路進行濾波處理，再用放大器將信號放大后輸入到多路比較器中；
步驟2)參考電平輸入，包括通過FPGA設定2個D/A轉換電路分別輸出的上限電壓和下限電壓，通過精密電阻分壓電路得到多個參考電平，設有個電阻，得到個參考電平匕，J=I 2, 3…/7，各參考電平分別輸入到相應比較器中，相應有個電壓區(qū)間；
步驟3)相位區(qū)間劃分，包括將一個工頻周期等分為多個相位區(qū)間，設有?個相位區(qū)間，對每個比較器，通過FPGA分配^存儲地址，每個相位區(qū)間對應一個存儲地址；FPGA通過外部工頻參考相位波發(fā)生裝置輸出的外接工頻參考相位波形進行觸發(fā)；
步驟4)脈沖比較，包括在每一個觸發(fā)周期內(nèi)，各比較器分別將每一個相位區(qū)間內(nèi)的局部放電脈沖幅值與輸入該比較器的參考電平進行比較；若幅值大于參考電平，則比較器的輸出端發(fā)送一個高電平到FPGA的輸入端，若幅值小于等于參考電平，則比較器的輸出端發(fā)送一個低電平到FPGA的輸入端，同時，F(xiàn)PGA對高低電平分別以二進制“ I ”和“O”按電壓區(qū)間順序存儲在該相位區(qū)間對應的存儲地址；
步驟5)確定脈沖幅值所在電壓區(qū)間，包括FPGA根據(jù)各路比較器的輸出情況，確定脈沖幅值所在的電壓區(qū)間為最高電壓區(qū)間，脈沖幅值所在的電壓區(qū)間搜索如下，
同一相位區(qū)間的存儲地址上存儲有連續(xù)的“ O ”和“ I ”，脈沖幅值所在電壓區(qū)間即“ O ”和“I”交界處的“O”相應的電壓區(qū)間，在確定脈沖幅值所在電壓區(qū)間后，將相應存儲地址的內(nèi)容清零；
步驟6)進一步確定更精確的脈沖幅值所在電壓區(qū)間，包括把當前的最高電壓區(qū)間的邊界電壓值中的較大者廣P較小者Z分別作為2個D/A轉換電路輸出的上限電壓和下限電壓，得到多個更窄的電壓區(qū)間；然后根據(jù)新的電壓區(qū)間劃分，返回步驟4)確定脈沖幅值所在電壓區(qū)間，直至達到預設的電壓區(qū)間最小寬度，此時返回步驟4)得到的脈沖幅值所在區(qū)間為最終結果，執(zhí)行步驟5)后結束流程不再繼續(xù)劃分。
[0012]基于本發(fā)明的技術方案，假定需要16路比較器，原來方案需要配置16個D/A轉換電路，同時需要FPGA控制16個D/A的輸出；改進方案只需要配置2個D/A轉換電路以及16個電阻，同時FPGA只需要控制2個D/A的輸出，電阻成本很低，因此減少了裝置的制作成本同時能精簡FPGA控制D/A電路算法的復雜度，提高了芯片的工作效率。本發(fā)明的有益效果主要有以下幾點:
(1)本發(fā)明的方法通過