超聲波局部放電分析儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供的超聲波局部放電分析儀，包括超聲波傳感器、信號(hào)分析放大器、信號(hào)處理器和信號(hào)顯示器四部分；超聲波傳感器接收局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出；信號(hào)放大器將接受的電信號(hào)進(jìn)行多級(jí)信號(hào)放大和濾波；信號(hào)處理器對(duì)放大的電壓信號(hào)進(jìn)行時(shí)域頻域分析并提取特征值，包括有效值、信號(hào)峰值以及信號(hào)工頻相關(guān)量，最后將這些特征值顯示在顯示屏上。本實(shí)用新型可以測(cè)定分析較小的局部放電信號(hào)，提高了局部放電檢測(cè)的靈敏度。
【專利說(shuō)明】超聲波局部放電分析儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于高壓電器絕緣故障檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種利用超聲波原理檢測(cè)GIS設(shè)備局部放電的分析儀。

【背景技術(shù)】
[0002]氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear, GIS)具有絕緣度高、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、適應(yīng)性廣、可靠性高的特點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)的發(fā)電廠以及高壓變電站中得到了廣泛的應(yīng)用。但是。在GIS的制造和裝配過(guò)程中，由于工藝等問(wèn)題GIS內(nèi)部往往會(huì)存在一些小的缺陷，如金屬微粒、絕緣氣隙等等。這些缺陷在GIS運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)發(fā)展成危險(xiǎn)的放電通道，并最終引起GIS設(shè)備絕緣事故。局部放電是發(fā)生絕緣故障的重要征兆和表現(xiàn)形式。掌握設(shè)備內(nèi)部存在的局部放電情況，并定位局部放電發(fā)生的位置，就能確保有足夠的反應(yīng)時(shí)間，對(duì)電力設(shè)備做有效的預(yù)測(cè)和維護(hù)。
[0003]超聲波法和超高頻法是目前兩種比較有效的檢測(cè)GIS設(shè)備局部放電情況的方法。這兩種各有優(yōu)缺點(diǎn)。超高頻法是利用檢測(cè)局部放電過(guò)程中發(fā)出的超高頻電磁信號(hào)進(jìn)行局部放電檢測(cè)的方法。它的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，并能通過(guò)放電源到不同傳感器的時(shí)間差對(duì)放電源進(jìn)行精確定位。它適合對(duì)設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的監(jiān)測(cè)，需要廠家在設(shè)備制造時(shí)內(nèi)置傳感耦合器以保證測(cè)量精度；如果在GIS外部進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，極易受到外界的各種電磁信號(hào)的干擾。超聲波法是利用檢測(cè)局部放電過(guò)程中發(fā)出的超聲波信號(hào)進(jìn)行局部放電檢測(cè)的方法。它的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備使用簡(jiǎn)便，可以通過(guò)對(duì)設(shè)備的逐點(diǎn)測(cè)量進(jìn)行缺陷定位，更適合在現(xiàn)場(chǎng)的帶電檢測(cè)。
[0004]超聲波局部放電檢測(cè)儀，一般通過(guò)超聲波傳感器捕捉放電過(guò)程發(fā)生的超聲波信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)信號(hào)的放大、濾波、整定以及信號(hào)的峰值檢測(cè)和頻率檢測(cè)，最后顯示并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。GIS設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超聲波在其內(nèi)的傳播途徑很復(fù)雜，存在較強(qiáng)的聲衰減。另外，對(duì)局部放電實(shí)施超聲波檢測(cè)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的噪聲和干擾非常強(qiáng)，如機(jī)械振動(dòng)噪聲、變壓器鐵心的磁致伸縮噪聲及電磁波干擾等都存在，它們甚至?xí)蜎](méi)局部放電的超聲波信號(hào)。因而超聲波局部放電檢測(cè)儀除了需要靈敏度很高的超聲波傳感器外，還必須具有極高靈敏度的前置放大器。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]因此，本實(shí)用新型的主要目的是提供一種超聲波局部放電分析儀，可以快速分析測(cè)定氣體絕緣組合電器發(fā)生放電所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，以發(fā)現(xiàn)GIS安全隱患并及時(shí)排除。
[0006]本實(shí)用新型提供的超聲波局部放電分析儀，其特征在于包括超聲波傳感器、信號(hào)分析放大器、信號(hào)處理器和信號(hào)顯示器；
[0007]所述的超聲波傳感器用于接收局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出；
[0008]所述的信號(hào)放大器將接受的電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)前置放大和濾波。主要包括以下幾步:將接收的信號(hào)首先通過(guò)電荷放大器進(jìn)行初級(jí)放大；然后通過(guò)電壓放大器進(jìn)行兩次次級(jí)放大，并同時(shí)通過(guò)高通濾波器過(guò)濾低頻和高頻信號(hào)，然后再次通過(guò)電壓放大器放大，輸入信號(hào)處理器。
[0009]所述的信號(hào)處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域頻域分析并提取特征值，所述的信號(hào)顯示器將信號(hào)的特征值包括有效值、信號(hào)峰值以及信號(hào)工頻相關(guān)量顯示在顯示屏上。
[0010]與現(xiàn)有的超聲波局放儀相比，本實(shí)用新型提供的超聲波局部放電分析儀，對(duì)超聲波傳感器獲取的超聲波信號(hào)進(jìn)行多級(jí)放大和濾波，提高了檢測(cè)的靈敏度，對(duì)于一些較小的局部放電也能準(zhǔn)確地測(cè)定。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型提供的超聲波局部放電分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實(shí)用新型信號(hào)放大器的原理示意圖；
[0013]圖3為本實(shí)用新型前置電荷放大器的電路示意圖；
[0014]圖4為本實(shí)用新型單個(gè)電壓放大濾波電路示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可由本說(shuō)明所揭示的內(nèi)容了解本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型也可以通過(guò)其它不同的具體實(shí)例加以實(shí)施和應(yīng)用。
[0016]實(shí)施例1:如圖1所示，為本實(shí)用新型提供的局部放電超聲波檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實(shí)用新型的局部放電超聲波檢測(cè)裝置包括4部分:超聲波傳感器、信號(hào)放大器和信號(hào)處理器和信號(hào)顯示器。超聲波傳感器用于接收超聲波信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出到信號(hào)放大器；信號(hào)放大器將電信號(hào)進(jìn)行多級(jí)放大和濾波，輸出到信號(hào)處理器；信號(hào)處理器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行時(shí)域頻域分析并提取信號(hào)的特征值包括信號(hào)的有效值、信號(hào)峰值以及信號(hào)工頻相關(guān)量；信號(hào)顯示器將提取的特征值顯示在顯示屏上。
[0017]實(shí)例2:圖2是信號(hào)放大器的一個(gè)具體實(shí)施例，信號(hào)放大器由前置電荷放大器、兩級(jí)電壓放大器1、四階高通濾波器和電壓放大器2組成。由超聲波傳感器輸出的電壓信號(hào)一般非常小，首先通過(guò)電荷放大器對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行初級(jí)放大，初級(jí)放大的信號(hào)再通過(guò)電壓放大器I進(jìn)行兩次次級(jí)放大，經(jīng)過(guò)同時(shí)通過(guò)高通濾波器過(guò)濾掉低于85KHz和高于310KHZ的信號(hào)，然后將濾波后的信號(hào)通過(guò)電壓放大器2進(jìn)行最后的信號(hào)放大，輸出到信號(hào)處理器。
[0018]由于超聲波傳感器是一個(gè)高內(nèi)阻的電荷源，需用具有高輸入阻抗的放大器來(lái)進(jìn)行信號(hào)放大。電荷放大器能夠把高內(nèi)阻的電荷轉(zhuǎn)換成低內(nèi)阻的電壓信號(hào)。圖3是本實(shí)例中電荷放大器的電路圖。為保證良好的直流負(fù)反饋、必須選擇高輸入阻抗運(yùn)放，同時(shí)要求具有很低的偏置電流，低的輸入噪聲，特別要求具有低的輸入噪聲電流。一般運(yùn)放選擇FET輸入級(jí)的運(yùn)算放大器，如AD8620。由于電荷放大器的運(yùn)放反相端與傳感器、電纜和反饋網(wǎng)絡(luò)連接，它們的內(nèi)阻抗以及運(yùn)放輸人阻抗均是高阻抗，因而極易受外部電場(chǎng)的干擾。當(dāng)后級(jí)放大電路增益很高時(shí)，空間電容的寄生電容也有可能使測(cè)量放大系統(tǒng)振蕩。在弱信號(hào)檢測(cè)時(shí)，來(lái)自工頻電場(chǎng)的干擾使測(cè)量難以進(jìn)行。為此在反相輸入端并聯(lián)輸入端的等效電阻和等效電容，另外接地進(jìn)行嚴(yán)格的靜電屏蔽防護(hù)。同時(shí)通過(guò)對(duì)反饋電阻和反饋電容的設(shè)置，對(duì)低頻噪聲和干擾做初步的濾除。圖4為本實(shí)施例中I個(gè)電壓放大器的電路圖。為獲得最佳的噪聲性能，必須根據(jù)噪聲匹配的要求，選用高輸入阻抗的FET輸入的OP放大器。通過(guò)2個(gè)放大器的串聯(lián)，對(duì)電荷放大器輸入的信號(hào)進(jìn)行兩次放大，兩次放大均為10倍，包括I次同相放大和I次反相放大，同時(shí)通過(guò)C3和R1形成帶通為85-310KHZ的帶通濾波器。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波局部放電分析儀,其特征在于包括超聲波傳感器、信號(hào)分析放大器、信號(hào)處理器和信號(hào)顯示器；所述的超聲波傳感器用于接收局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出；所述的信號(hào)放大器將接受的電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大和濾波；所述的信號(hào)處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域頻域分析并提取特征值，所述的信號(hào)顯示器將信號(hào)的特征值包括有效值、信號(hào)峰值以及信號(hào)工頻相關(guān)量顯示在顯示屏上。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波局部放電分析儀，其特征在于所述的信號(hào)放大器，將接收的信號(hào)首先通過(guò)電荷放大器進(jìn)行初級(jí)放大，然后通過(guò)電壓放大器進(jìn)行次級(jí)放大，經(jīng)過(guò)兩次放大的信號(hào)通過(guò)高通濾波器過(guò)濾低頻和高頻信號(hào)，然后再次通過(guò)電壓放大器放大，輸入信號(hào)處理器。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK203929971SQ201420114380
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】鄭浩, 朱勝龍, 章嘯, 楊為, 李賓賓, 袁鋒, 王劉芳, 陳鋒, 汪勝和 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院, 北京興泰學(xué)成儀器有限公司