一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置。此裝置采用帶通濾波器、高速采集卡和工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)了直流局部放電源檢測(cè)、分類(lèi)與模式識(shí)別，并應(yīng)用于變壓器油紙絕緣局部放電實(shí)驗(yàn)。裝置的模擬前端具有40M模擬帶寬，可保證局部放電脈沖信號(hào)的高頻分量被準(zhǔn)確采集；高速采集卡的分辨率為10位，提高了裝置對(duì)局部放電脈沖采集時(shí)的分辨率與靈敏度。裝置可記錄局部放電脈沖波形及其發(fā)生時(shí)刻，形成脈沖時(shí)間序列；然后基于脈沖波形特征，采用局部放電脈沖群快速分類(lèi)技術(shù)，將原始脈沖群分為若干子脈沖群提取放電指紋；最后使用故障特征數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)各子類(lèi)做放電類(lèi)型判別。該檢測(cè)裝置具有排除外部干擾、分離多種局部放電源以及識(shí)別局部放電模式等典型特征功能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于高壓設(shè)備局部放電監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。具體是一種直流局部放電源檢測(cè)裝置與識(shí)別裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一，它一旦發(fā)生事故，則所需的修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，造成的影響也比較嚴(yán)重。隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力變壓器的單機(jī)容量和安裝容量隨之不斷增加，電壓等級(jí)也在不斷提高。一般而言，容量越大，電壓等級(jí)越高，變壓器故障造成的損失就越大。近年來(lái)，電力變壓器雖然由于材料的改進(jìn)、設(shè)計(jì)方法和制造技術(shù)的提聞，運(yùn)行可罪率有所提聞，但仍會(huì)發(fā)生料想不到的事故。
[0003]直流局部放電的檢測(cè)是電力變壓器油紙絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段，目前研發(fā)的直流下局部放電檢測(cè)裝置系統(tǒng)較少，國(guó)內(nèi)僅西南交通大學(xué)吳廣寧教授課題組基于脈沖電流法研制了傳統(tǒng)的窄帶直流局部放電檢測(cè)儀(帶寬小于2MHz)，中國(guó)工程物理研究院同樣對(duì)脈沖電容器開(kāi)發(fā)了類(lèi)似的直流局部放電放電檢測(cè)分析儀。其工作原理均為假設(shè)只有一個(gè)局部放電源存在以及硬件濾波器對(duì)隨機(jī)干擾脈沖源能夠進(jìn)行理想抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種寬帶寬的直流局部放電源檢測(cè)、噪聲分離、局部放電模式分類(lèi)與識(shí)別的直流局部放電源檢測(cè)裝置與識(shí)別裝置。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:
[0006]1.一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置，主要由第一通道、第二通道、帶通濾波器、高速采集卡、工控機(jī)與外殼構(gòu)成；第一通道和第二通道分別設(shè)置在外殼外的左側(cè)上方和左側(cè)下方；帶通濾波器、高速采集卡和工控機(jī)設(shè)置在外殼內(nèi)。
[0007]I)裝置各部件的結(jié)構(gòu):
[0008]1.1)所述帶通濾波器是帶寬為IOkHz?40MHz，輸入阻抗為50 Ω的帶通濾波器，它由輸入接口 J31、第一運(yùn)算放大器U31、第一電阻R31、第二電阻R32、第三電阻R33、第四電阻R34、第五電阻R35、第六電阻R36、第一電容C31、第二電容C32、第二運(yùn)算放大器U32以及信號(hào)輸出接口 J32構(gòu)成；其中:輸入接口 J31與第一運(yùn)算放大器U31的正向輸入端連接；第一電阻R31的下端接地、上端與第二電阻R32的左端并連后連接到第一運(yùn)算放大器U31的負(fù)向輸入端；第二電阻R32的右端與第三電阻R33左端并連后連接到第一運(yùn)算放大器U31的輸出端；第三電阻R33的右端連接到第四電阻R34的左端；第四電阻R34的右端連接到第二運(yùn)算放大器U32的正向輸入端；第一電容C31的下端與地連接、上端與運(yùn)算放大器U32的反相輸入端連接；第五電阻R35的下端接地、上端與第六電阻R36的左端并連后與第二運(yùn)算放大器U32的反相輸入端連接；第二運(yùn)算放大器U32的輸出端分別與第六電阻R36的右端和第二電容C32的右端相連后、與輸出接口 J32連接。
[0009]1.2)所述高速采集卡的采樣率為lOOMS/s，分辨率為10位，通道數(shù)為三通道，模擬帶寬為100MHz、存儲(chǔ)深度為32MS，輸入量程為±25mV~±25V ;它由第一輸入BNC接頭、第二輸入BNC接頭、第三輸入BNC接頭、采集板卡控制中心和USB接口構(gòu)成；所述高速采集卡的第一輸入BNC接頭與帶通濾波器的輸出接口 J32連接，第二輸入BNC接頭與第二通道連接，第三輸入BNC接頭懸空；USB接口與工控機(jī)的USB接口連接，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞。
[0010]1.3)所述工控機(jī)為雙核1.6GHz,內(nèi)存為4GB的工控機(jī)，其設(shè)有USB接口。工控機(jī)通過(guò)USB接口與高速采集卡的USB接口連接。
[0011]2)裝置各部件的連接關(guān)系:
[0012]所述第一通道與帶通濾波器的輸入接口 J31連接；所述帶通濾波器的輸出接口J32與高速采集卡的第一 BNC接頭連接；所述高速采集卡的第二 BNC接頭與第二通道連接；所述高速采集卡的USB接口與工控機(jī)通過(guò)USB連接線連接。[0013]上述帶通濾波器電路所用電阻均為精度0.1%，溫度系數(shù)小于10X10_6/°C的高精度低溫漂電阻；電容采用COG電容器，在溫度從_55°C到+125°C時(shí)容量變化為±30ppm/°C ；第一電阻R31=2kQ、第二電阻R32=10kQ、第三電阻R33=39k Ω、第四電阻R34=39kQ、第五電阻R35=20kQ、第六電阻R36=20kQ、第一電容C31=0.01uF、第二電容C32=0.01uF0所述帶通濾波器13的放大倍數(shù)由第五電阻R35、第六電阻R36、第一電阻R31與第二電阻R32決定。
[0014]上述外殼采用環(huán)氧樹(shù)脂絕緣材料，可耐受不低于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的施加高壓。
[0015]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.帶通濾波器的帶寬很寬，達(dá)40MHz?？杀ＷC局部放電脈沖信號(hào)的高頻分量被準(zhǔn)確米集；
[0017]2.高速采集卡的分辨率為10位，提高了系統(tǒng)的分辨率與靈敏度；
[0018]3.本發(fā)明可通過(guò)提取放電脈沖與設(shè)計(jì)放電指紋，可對(duì)脈沖群進(jìn)行分類(lèi)，從而實(shí)現(xiàn)噪聲干擾的排除以及局部放電類(lèi)型的識(shí)別。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中，第一通道11、第二通道12、帶通濾波器13、高速采集卡14、工控機(jī)15、外殼16。
[0021]圖2是本發(fā)明一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置的帶通濾波器結(jié)構(gòu)電路圖。
[0022]圖中，輸入接口 J31、第一運(yùn)算放大器U31、第一電阻R31、第二電阻R32、第三電阻R33、第四電阻R34、第五電阻R35、第六電阻R36、第一電容C31、第二電容C32、第二運(yùn)算放大器U32、信號(hào)輸出接口 J32。
[0023]圖3是本發(fā)明一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置的高速采集卡結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中，第一輸入BNC接頭41-1、第二輸入BNC接頭41-2、第三輸入BNC接頭41-3、采集板卡控制中心42、USB接口 43。
[0025]圖4是本發(fā)明一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置放電指紋庫(kù)結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖中，裝置61、第一特征指紋庫(kù)62、第二特征指紋庫(kù)63、第一指紋64、第二指紋65、第三指紋66、第四指紋67。【具體實(shí)施方式】
[0027]以上所述僅是本發(fā)明方案概述，為了更清楚說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]本發(fā)明采用帶寬為IOkHz?40MHz的模擬有源帶通濾波器、采樣率為100MS/s的高速采集卡和工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)直流局部放電源檢測(cè)、放電源分類(lèi)與模式識(shí)別。本發(fā)明裝置可記錄單個(gè)局部放電脈沖電流波形及其發(fā)生時(shí)刻，提取脈沖電流脈沖形成脈沖時(shí)間序列，基于脈沖特征采用局部放電脈沖群快速分類(lèi)技術(shù)，將原始脈沖群分為若干子脈沖群。隨后，提取各子類(lèi)脈沖群的指紋信息，使用故障特征數(shù)據(jù)庫(kù)，判斷各子類(lèi)放電類(lèi)型。若被判別子脈沖群特征與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中放電模式無(wú)關(guān)，則可認(rèn)為是噪聲或無(wú)效數(shù)據(jù)；若為有效放電類(lèi)型，則可實(shí)現(xiàn)局部放電源的分離以及局部放電類(lèi)型的識(shí)別。
[0029]一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由第一通道11、第二通道12、帶通濾波器13、高速采集卡14、工控機(jī)15與外殼16構(gòu)成，應(yīng)用于油紙絕緣局部放電實(shí)驗(yàn)。第一通道11和第二通道12分別設(shè)置在外殼16外的左側(cè)上方和左側(cè)下方，第一通道11接局部放電脈沖檢測(cè)傳感器。第二通道12接電阻分壓器低壓臂，記錄試驗(yàn)所施加電壓信號(hào)。帶通濾波器13、高速采集卡14和工控機(jī)15設(shè)置在外殼16內(nèi)。
[0030]I)裝置各部件的結(jié)構(gòu):
[0031]1.1)所述帶通濾波器13是帶寬為IOkHz?40MHz，輸入阻抗為50 Ω的帶通濾波器。其結(jié)構(gòu)如圖2所不，它由輸入接口 J31、第一運(yùn)算放大器U31、第一電阻R31、第二電阻R32、第三電阻R33、第四電阻R34、第五電阻R35、第六電阻R36、第一電容C31、第二電容C32、第二運(yùn)算放大器U32以及信號(hào)輸出接口 J32構(gòu)成；其中:輸入接口 J31與第一運(yùn)算放大器U31的正向輸入端連接；第一電阻R31的下端接地、上端與第二電阻R32的左端并連后連接到第一運(yùn)算放大器U31的負(fù)向輸入端；第二電阻R32的右端與第三電阻R33左端并連后連接到第一運(yùn)算放大器U31的輸出端；第三電阻R33的右端連接到第四電阻R34的左端；第四電阻R34的右端連接到第二運(yùn)算放大器U32的正向輸入端；第一電容C31的下端與地連接、上端與運(yùn)算放大器U32的反相輸入端連接；第五電阻R35的下端接地、上端與第六電阻R36的左端并連后與第二運(yùn)算放大器U32的反相輸入端連接；第二運(yùn)算放大器U32的輸出端分別與第六電阻R36的右端和第二電容C32的右端相連后、與輸出接口 J32連接。
[0032]1.2)所述高速采集卡14的采樣率為100MS/s，分辨率為10位，通道數(shù)為三通道，模擬帶寬為100MHz、存儲(chǔ)深度為32MS，輸入量程為±25mV?±25V ;其結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由第一輸入BNC接頭41-1、第二輸入BNC接頭41_2、第三輸入BNC接頭41_3、采集板卡控制中心42和USB接口 43構(gòu)成；所述高速采集卡(14)的第一輸入BNC接頭41_1與帶通濾波器13的輸出接口 J32連接，第二輸入BNC接頭41-2與第二通道12連接，第三輸入BNC接頭41-3懸空；USB接口 45與工控機(jī)15的USB接口連接，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞。
[0033]1.3)所述工控機(jī)15為雙核1.6GHz,內(nèi)存為4GB的工控機(jī)，其設(shè)有USB接口，工控機(jī)15通過(guò)USB接口與高速采集卡14的USB接口 43連接。
[0034]2)裝置各部件的連接關(guān)系:
[0035]所述第一通道11與帶通濾波器13的輸入接口 J31連接；所述帶通濾波器13的輸出接口 J32與高速采集卡14的第一 BNC接頭41-1連接；所述高速采集卡14的第二 BNC接頭41-2與第二通道12連接；所述高速采集卡14的USB接口 43與工控機(jī)15通過(guò)USB連接線連接。
[0036]上述帶通濾波器13電路所用電阻均為精度0.1 %，溫度系數(shù)小于10X10_6/°C的高精度低溫漂電阻；電容采用COG電容器，在溫度從-55 °C到+125 °C時(shí)容量變化為土 30ppm/ °C ;第一電阻R31=2k Ω、第二電阻R32=10k Ω、第三電阻R33=39k Ω、第四電阻R34=39kQ、第五電阻R35=20k Ω、第六電阻R36=20k Ω、第一電容C31=0.01uF、第二電容C32=0.01uF0所述帶通濾波器13的放大倍數(shù)由第五電阻R35、第六電阻R36、第一電阻R31與第二電阻R32決定。
[0037]上述外殼16采用環(huán)氧樹(shù)脂絕緣材料，可耐受不低于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的施加高壓。
[0038]本發(fā)明直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，有如下幾個(gè)步驟:1.設(shè)置高速采集卡；2.提取放電特征參數(shù)；3.對(duì)脈沖群快速分類(lèi)；4.放電指紋庫(kù)管理；5.局部放電模式識(shí)別。
[0039]1.設(shè)置高速采集卡:
[0040]第一通道11設(shè)置為觸發(fā)通道，觸發(fā)類(lèi)型(上升沿或下降沿)根據(jù)直流電壓極性設(shè)置(當(dāng)傳感器與試品串接時(shí)，觸發(fā)類(lèi)型與直流電壓極性相同；而當(dāng)傳感器與耦合電容串接時(shí)，觸發(fā)類(lèi)型與直流電壓極性相反)；觸發(fā)閾值為局部放電脈沖波形的最小峰值；采集數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置為100到1000個(gè)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)脈沖時(shí)長(zhǎng)I μ S到10 μ S，以適應(yīng)不同脈沖寬度的脈沖電流。
[0041]第二通道12只采集直流電壓信號(hào)，可設(shè)置一個(gè)略大于背景噪音的觸發(fā)閾值后進(jìn)行采樣。
[0042]2.提取放電特征參數(shù):
[0043]為便于脈沖群快速分類(lèi)，裝置軟件對(duì)單個(gè)脈沖電流波形的幅值時(shí)間序列做預(yù)處理。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，無(wú)需存儲(chǔ)單個(gè)脈沖電流波形對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息，只需存儲(chǔ)幅值信息和觸發(fā)時(shí)刻。然后，對(duì)脈沖波形做快速傅里葉變換，提取傅立葉變換后的頻率特征參數(shù)。
[0044]3.對(duì)脈沖群快速分類(lèi):
[0045]由于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)獲得的放電特征參數(shù)較復(fù)雜，往往不處于[0，I]區(qū)間，因此首先需將放電特征參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
[0046]4.放電類(lèi)型識(shí)別:
[0047]對(duì)局部放電的特征參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化后，可根據(jù)特征參數(shù)產(chǎn)生各子脈沖群。對(duì)各子脈沖群(有干擾源或多局部放電源的分類(lèi)結(jié)果)進(jìn)行軟件峰值保持，形成峰值-時(shí)間序列，生成TARPD譜圖，并求取由20個(gè)統(tǒng)計(jì)算子組成的放電指紋。
[0048]為了得到更加可靠地識(shí)別結(jié)果，檢測(cè)裝置融合了 3種多分類(lèi)判別函數(shù)，以投票結(jié)果決定識(shí)別的放電類(lèi)型。表1給出直流局部放電數(shù)據(jù)的識(shí)別結(jié)果。當(dāng)投票的票數(shù)小于2時(shí)，裝置認(rèn)為該脈沖群為 噪聲。
[0049]表1檢測(cè)系統(tǒng)識(shí)別結(jié)果舉例
【權(quán)利要求】
1.一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置，其特征在于:主要由第一通道、第二通道、帶通濾波器、高速采集卡、工控機(jī)與外殼構(gòu)成；第一通道和第二通道分別設(shè)置在外殼外的左側(cè)上方和左側(cè)下方；帶通濾波器、高速采集卡和工控機(jī)設(shè)置在外殼內(nèi)； 1)裝置各部件的結(jié)構(gòu): 1.1)所述帶通濾波器是帶寬為IOkHz~40MHz，輸入阻抗為50 Ω的帶通濾波器，它由輸入接口 J31、第一運(yùn)算放大器U31、第一電阻R31、第二電阻R32、第三電阻R33、第四電阻R34、第五電阻R35、第六電阻R36、第一電容C31、第二電容C32、第二運(yùn)算放大器U32以及信號(hào)輸出接口 J32構(gòu)成；其中:輸入接口 J31與第一運(yùn)算放大器U31的正向輸入端連接；第一電阻R31的下端接地、上端與第二電阻R32的左端并連后連接到第一運(yùn)算放大器U31的負(fù)向輸入端；第二電阻R32的右端與第三電阻R33左端并連后連接到第一運(yùn)算放大器U31的輸出端；第三電阻R33的右端連接到第四電阻R34的左端；第四電阻R34的右端連接到第二運(yùn)算放大器U32的正向輸入端；第一電容C31的下端與地連接、上端與運(yùn)算放大器U32的反相輸入端連接；第五電阻R35的下端接地、上端與第六電阻R36的左端并連后與第二運(yùn)算放大器U32的反相輸入端連接；第二運(yùn)算放大器U32的輸出端分別與第六電阻R36的右端和第二電容C32的右端相連后、與輸出接口 J32連接； 1.2)所述高速采集卡的采樣率為100MS/s，分辨率為10位，通道數(shù)為三通道，模擬帶寬為100MHz、存儲(chǔ)深度為32MS，輸入量程為±25mV~±25V ;它由第一輸入BNC接頭、第二輸入BNC接頭、第三輸入BNC接頭、采集板卡控制中心和USB接口構(gòu)成；所述高速采集卡的第一輸入BNC接頭與帶通濾波器的輸出接口 J32連接，第二輸入BNC接頭與第二通道連接，第三輸入BNC接頭懸空；USB接口與工控機(jī)的USB接口連接； 1.3)所述工控機(jī)為雙核1.6GHz,內(nèi)存為4GB的工控機(jī)；其設(shè)有USB接口，工控機(jī)通過(guò)USB接口與高速采集卡的USB接口連接； 2)裝置各部件的連接關(guān)系: 所述第一通道與帶通濾波器的輸入接口 J31連接；所述帶通濾波器的輸出接口 J32與高速采集卡的第一 BNC接頭連接；所述高速采集卡的第二 BNC接頭與第二通道連接；所述高速采集卡的USB接口與工控機(jī)通過(guò)USB連接線連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置，其特征在于:所述帶通濾波器電路所用電阻均為精度0.1%，溫度系數(shù)小于10X10_6/°C的高精度低溫漂電阻；電容采用COG電容器，在溫度從-55 °C到+125 °C時(shí)容量變化為±30ppm/°C ;第一電阻R31=2kQ、第二電阻R32=10kQ、第三電阻R33=39kQ、第四電阻R34=39kΩ、第五電阻R35=20kQ、第六電阻R36=20kQ、第一電容C31=0.01uF、第二電容C32=0.01uF0所述帶通濾波器的放大倍數(shù)由第五電阻R35、第六電阻R36、第一電阻R31與第二電阻R32決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流局部放電源檢測(cè)與識(shí)別裝置，其特征在于:所述外殼采用環(huán)氧樹(shù)脂絕緣材料，可耐受不低于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的施加高壓。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK103543391SQ201310457049
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】梁俊斌, 鄧雨榮, 郭麗娟, 陶松梅, 張煒, 吳秋麗, 鄔蓉蓉, 呂澤承, 唐明, 雷文 申請(qǐng)人:廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 上海領(lǐng)步科技有限公司