一種局部放電超高頻信號(hào)模擬源的制作方法
【專利摘要】一種局部放電超高頻信號(hào)模擬源，包括裝設(shè)在屏蔽鐵箱內(nèi)、依次連接的USB模塊(1)、可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號(hào)發(fā)生器(2)、信號(hào)調(diào)制模塊(3)、信號(hào)放大模塊(4)和發(fā)射天線(5)，所述的USB模塊還直接輸出包絡(luò)信號(hào)至信號(hào)調(diào)制模塊(3)，另有過零比較器(6)經(jīng)單刀雙擲開關(guān)(7)輸入第一互感器(8)或第二互感器(9)的信號(hào)，第一互感器(8)或第二互感器(9)分別外接60V和220V市電，還有外接220V市電的電源(10)給各模塊供電，發(fā)射天線(5)輸出各種局部放電UHF信號(hào)。本實(shí)用新型具有廣泛的應(yīng)用性并與工程結(jié)合緊密，能模擬GIS、變壓器內(nèi)不同類型的局部放電的UHF信號(hào)，產(chǎn)生的信號(hào)準(zhǔn)確性高，裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。
【專利說明】一種局部放電超高頻信號(hào)模擬源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種局部放電超高頻(UHF)信號(hào)模擬源。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國電力系統(tǒng)發(fā)展速度不斷加快，對系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性的要求也越來越高。由于大型電力設(shè)備事故的危害性巨大，突發(fā)性停電事故會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。大量故障統(tǒng)計(jì)分析表明，絕緣事故是大型電力設(shè)備產(chǎn)生故障的主要原因，而局部放電(PD)是引起絕緣故障以及老化的最重要原因之一。
[0003]局部放電是在高電場強(qiáng)度下，在絕緣體內(nèi)電氣強(qiáng)度較低部位發(fā)生的放電現(xiàn)象。局部放電過程中會(huì)產(chǎn)生各種電現(xiàn)象，如電脈沖、電磁輻射，并伴隨有電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生各種非電的信息，如產(chǎn)生聲波、發(fā)光、發(fā)熱以及產(chǎn)生一些新的生成物。GIS、變壓器等電力設(shè)備局部放電檢測按檢測的物理量性質(zhì)分為電測法和非電測法，包括脈沖電流法、超聲波檢測法、光檢測法、化學(xué)檢測法、甚高頻法、超高頻法等檢測方法,這些檢測方法都各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在現(xiàn)場也得到不同程度的應(yīng)用。其中超高頻法(UHF法)作為局部放電檢測的一種新方法，因?yàn)槠溆袀鹘y(tǒng)電測法以及其他非電測法沒有一系列優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前在線監(jiān)測非常有前途的一種監(jiān)測局部放電的方法。
[0004]不同電力設(shè)備引起ro的原因不盡相同，其產(chǎn)生的ro缺陷也各不相同，就是同一設(shè)備內(nèi)部ro缺陷的物理模型也不一樣。例如對于gis ro就可以分為高壓導(dǎo)體金屬突出物缺陷、自由金屬微粒缺陷、絕緣表面固定金屬微粒缺陷、氣隙缺陷四大類；變壓器ro有繞組中部油-隔板絕緣中油隙放電；繞組端部油隙放電；接觸絕緣導(dǎo)線和絕緣紙(引線絕緣、搭接絕緣)的油隙放電；引線、搭接線等油紙絕緣中的局部放電；線圈間(縱絕緣)的油隙放電；匝間絕緣局部擊穿；絕緣紙沿面滑閃放電等七類。
[0005]在用UHF法對各類PD缺陷進(jìn)行研究時(shí)，除去設(shè)備現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)外，必然要進(jìn)行大量模擬實(shí)驗(yàn)，不同的ro缺陷其局放信號(hào)不盡相同，它們局放時(shí)所產(chǎn)生的脈沖電流的上升時(shí)間、脈沖持續(xù)時(shí)間并不一樣，由脈沖電流所激發(fā)的UHF信號(hào)在波形、時(shí)域分布等方面也有較大差異，需要對不同的ro缺陷建立不同的物理模型。不同的絕緣缺陷發(fā)生ro時(shí)所激發(fā)的UHF信號(hào)類型雖然不一樣，但是對于同一缺陷，其UHF信號(hào)具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，尤其在工頻周期內(nèi)，其會(huì)呈現(xiàn)出特定的時(shí)域、頻域分布特性。而UHF法在實(shí)際運(yùn)用到在線監(jiān)測系統(tǒng)之前，必須在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場進(jìn)行一系列模擬實(shí)驗(yàn)，測試UHF傳感器的各種性能。因此通過研究UHF信號(hào)模擬源可以近似模擬真實(shí)的各種ro UHF信號(hào)。
[0006]由于局部放電超高頻信號(hào)頻率在0.3-3GHZ，其模擬信號(hào)源必須是脈沖源，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)，目前沒有針對單一的某種局部放電的UHF信號(hào)源，目前存在的信號(hào)源是針對單純的超高頻信號(hào)的脈沖源，只能模擬具有UHF信號(hào)的陡度(上升、下降沿)、單個(gè)UHF信號(hào)脈寬的信號(hào)。但是其產(chǎn)生的模擬信號(hào)的頻率、幅值都不能調(diào)節(jié)，也不具備ro的工頻特性。而且一般局部放電都是在電力系統(tǒng)工頻電壓下發(fā)生的，因此不同類型ro激發(fā)的UHF信號(hào)具有特定工頻相位特性，這些工頻對于分析ro的類型、定量、發(fā)展階段等研究都很重要。
[0007]因此，研究一種局部放電UHF信號(hào)模擬源，能模擬GIS、變壓器等不同局部放電模式的UHF信號(hào)，那么將會(huì)非常方便各類UHF模擬實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，但是目前并沒有專門針對各類局部放電模式的模擬信號(hào)源。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種局部放電超高頻信號(hào)模擬源，該模擬源能模擬產(chǎn)生GIS、變壓器等電力設(shè)備不同局部放電模式:金屬突出物缺陷、自由金屬微粒缺陷、絕緣子表面金屬污染物缺陷和絕緣子與高壓導(dǎo)體間氣隙缺陷發(fā)生局部放電時(shí)所激發(fā)出來的UHF信號(hào)，且產(chǎn)生的模擬信號(hào)頻率可調(diào)、功率可調(diào)、脈沖數(shù)可調(diào)，不僅包含0.3-1.5GHz的超高頻電磁波信號(hào)，并且信號(hào)具有局部放電在一個(gè)工頻周期的分布特性。
[0009]解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種局部放電超高頻信號(hào)模擬源，其特征是:包括裝設(shè)在屏蔽鐵箱內(nèi)、依次連接的USB模塊1、可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號(hào)發(fā)生器2、信號(hào)調(diào)制模塊3、信號(hào)放大模塊4和發(fā)射天線5，所述的USB模塊還直接輸出包絡(luò)信號(hào)至信號(hào)調(diào)制模塊3，另有過零比較器6經(jīng)單刀雙擲開關(guān)7輸入第一互感器8或第二互感器9的信號(hào)，第一互感器8或第二互感器9分別外接60V和220V市電，還有外接220V市電的電源10給各模塊供電，發(fā)射天線5輸出各種局部放電UHF信號(hào)。
[0011]所述的信號(hào)調(diào)制模塊為乘法模塊，所述的可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號(hào)發(fā)生器調(diào)頻方式為旋鈕控制或者壓控方式，所述的天線為寬頻全向天線。
[0012]所述的可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號(hào)發(fā)生器2通過旋調(diào)頻鈕11調(diào)頻、信號(hào)放大模塊4通過功率調(diào)節(jié)旋鈕12調(diào)節(jié)功率。
[0013]本信號(hào)源的工作原理過程:
[0014]1)獲取不同局部放電類型所需的工頻包絡(luò)線的采樣數(shù)據(jù)，并以數(shù)組的形式儲(chǔ)存至USB內(nèi)，這里的工頻包絡(luò)線是通過進(jìn)行大量的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)得到真實(shí)的局部放電UHF信號(hào)，然后通過軟件處理，將得到的UHF信號(hào)數(shù)據(jù)處理成txt格式的數(shù)組存至電腦的硬盤中，這些數(shù)組按照類型依次命名，通過Labview軟件可以方便的調(diào)??；
[0015]2)對USB模塊產(chǎn)生的工頻包絡(luò)線，本信號(hào)源采用的是軟硬件相結(jié)合的方式，工頻包絡(luò)線的產(chǎn)生也是軟硬件結(jié)合組成虛擬儀器，其中軟件采用LabvieW2012，硬件則是USB模塊，發(fā)出的是存儲(chǔ)的txt格式的包絡(luò)線；局部放電信號(hào)的包絡(luò)線與高頻正弦發(fā)生器產(chǎn)生的高頻正弦信號(hào)輸入信號(hào)乘法模塊，將兩路信號(hào)相乘；
[0016]3)相乘后的數(shù)字信號(hào)輸入至信號(hào)放大模塊，進(jìn)過放大、濾波；
[0017]4)放大后的信號(hào)經(jīng)過電纜輸出至發(fā)射天線，從而輸出局部放電不同模式下的超高頻模擬信號(hào)。
[0018]所述的USB模塊除了產(chǎn)生工頻包絡(luò)線，其還兼有控制高頻正弦發(fā)生器產(chǎn)生的高頻正弦信號(hào)頻率的功能，采用旋鈕控制或者壓控方式，這使得操作簡便，精確，并且UHF信號(hào)的頻段為300MHz-3GMz，該信號(hào)包含工頻參考信息，其幅值、頻率、脈沖數(shù)目可調(diào)。
[0019]由于所模擬的局部放電信號(hào)模式多樣，信號(hào)的頻段為300MHz_3GHz,信號(hào)的幅值、功率也有所變化，這就要求發(fā)射天線擁有良好的帶寬，增益和輻射效率等，因此選擇能滿足要求的寬頻全向天線作為發(fā)射天線。
[0020]信號(hào)源通過電腦(USB模塊)控制，所有硬件設(shè)備均裝在鐵箱內(nèi)，人工操作電腦便可以產(chǎn)生所需要的局部放電所激發(fā)UHF模擬信號(hào)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0021 ] 有益效果:本實(shí)用新型通過USB模塊進(jìn)行控制，將各種局部放電波形UHF信號(hào)的包絡(luò)線與高頻正弦信號(hào)在信號(hào)調(diào)制模塊相乘，得到的波形經(jīng)過放大、濾波后經(jīng)天線輸出，能比較真實(shí)的模擬各種不同模式的局部放電UHF信號(hào)；本實(shí)用新型具有廣泛的應(yīng)用性并與工程結(jié)合緊密，能模擬GIS、變壓器內(nèi)不同類型的局部放電的UHF信號(hào)，產(chǎn)生的信號(hào)準(zhǔn)確性高，裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0023]圖1為本實(shí)用新型的局部放電UHF信號(hào)模擬源組成和連接關(guān)系示意圖；
[0024]圖2a為本實(shí)用新型輸出的金屬突出物缺陷波形0-2000ns的UHF信號(hào)示意圖；
[0025]圖2b為本實(shí)用新型輸出的金屬突出物缺陷波形0_900ns的UHF信號(hào)示意圖；
[0026]圖3a為本實(shí)用新型輸出的自由金屬微粒缺陷波形0_500ns的UHF信號(hào)示意圖；
[0027]圖3b為本實(shí)用新型輸出的自由金屬微粒缺陷ro波形0-200ns的UHF信號(hào)示意圖；
[0028]圖4為本實(shí)用新型輸出的絕緣子表面金屬污染物缺陷ro波形示意圖；
[0029]圖5為本實(shí)用新型輸出的絕緣子與高壓導(dǎo)體間氣隙缺陷ro波形示意圖；
[0030]圖6a為金屬突出物缺陷所對應(yīng)的理論擬合波形示意圖；
[0031]圖6b為自由金屬微粒缺陷所對應(yīng)的理論擬合波形示意圖；
[0032]圖6c為絕緣子表面金屬污染物缺陷所對應(yīng)的理論擬合波形示意圖；
[0033]圖6d為絕緣子與高壓導(dǎo)體間氣隙缺陷所對應(yīng)的理論擬合波形示意圖。
[0034]圖中:1-USB模塊，2-可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號(hào)發(fā)生器，3-信號(hào)調(diào)制模塊，4_信號(hào)放大模塊，5-發(fā)射天線，6-過零比較器，7-單刀雙擲開關(guān)，8-第一互感器，9-第二互感器，10-電源，11-旋調(diào)頻鈕，12-功率調(diào)節(jié)旋鈕。
[0035]圖2a和圖2b的區(qū)別是圖2a記錄的是0_2000ns的UHF信號(hào)，圖2b記錄的是0-900ns的UHF信號(hào)，所記錄的信號(hào)的長度不一樣，2b相當(dāng)于對2a進(jìn)行了展開，更能看到其細(xì)節(jié)，如果不需要可以刪掉其中一個(gè)。圖3a和圖3b的情況與此類似。

【具體實(shí)施方式】
[0036]參見圖1，本實(shí)用新型的局部放電UHF信號(hào)模擬源實(shí)施例的局部放電超高頻信號(hào)模擬源，包括裝設(shè)在屏蔽鐵箱內(nèi)、依次連接的USB模塊1、可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號(hào)發(fā)生器2、信號(hào)調(diào)制模塊3、信號(hào)放大模塊4和寬頻全向發(fā)射天線5，USB模塊1還直接輸出包絡(luò)信號(hào)至信號(hào)調(diào)制模塊3，另有過零比較器6經(jīng)單刀雙擲開關(guān)7輸入第一互感器8或第二互感器9的信號(hào)，第一互感器8和第二互感器9分別外接60V和220V市電，還有外接220V市電的電源10給各模塊供電，寬頻全向發(fā)射天線5輸出各種局部放電UHF信號(hào)；信號(hào)調(diào)制模塊為乘法模塊，可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號(hào)發(fā)生器2通過旋調(diào)頻鈕11調(diào)頻、信號(hào)放大模塊4通過功率調(diào)節(jié)旋鈕12調(diào)節(jié)功率。
[0037]可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號(hào)發(fā)生器調(diào)頻方式也可選擇壓控方式。
[0038]其中USB模塊采用NI公司的NI USB-6211模塊，互感器為電壓互感器，將60V/220V的工頻交流電壓信號(hào)將為5V的交流信號(hào)，有成熟產(chǎn)品。
[0039]高頻正弦信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)調(diào)制模塊、信號(hào)放大模塊、發(fā)射天線都是現(xiàn)有技術(shù)。天線主要是為了將模擬產(chǎn)生寬頻帶的UHF信號(hào)近可能的模擬真實(shí)ro的發(fā)射情況進(jìn)行發(fā)射，需要寬頻帶全向天線。
[0040]USB模塊產(chǎn)生的包絡(luò)線通過電纜輸出至調(diào)制模塊，高頻信號(hào)發(fā)生器的高頻正弦信號(hào)也通過電纜傳至調(diào)制模塊，這兩路信號(hào)經(jīng)過乘法器相乘得到的信號(hào)經(jīng)過放大裝置傳輸?shù)教炀€發(fā)射。另外，實(shí)際輸出的放電波形包絡(luò)線周期與工頻周期存在誤差，如果連續(xù)輸出放電波形包絡(luò)線，誤差將累加，所以設(shè)計(jì)了觸發(fā)設(shè)置，就是圖1中的過零比較器，以實(shí)現(xiàn)工頻參考電壓過零時(shí)重置。
[0041]應(yīng)用實(shí)例
[0042]GIS內(nèi)四種典型的局部放電UHF信號(hào)模擬源實(shí)驗(yàn):
[0043]圖2至圖5是用本局部放電UHF信號(hào)模擬源發(fā)射的信號(hào)實(shí)測波形。
[0044]實(shí)驗(yàn)中，本模擬源是裝在進(jìn)行了屏蔽處理的鐵箱內(nèi)，如此可以減少實(shí)驗(yàn)的誤差。目前GIS設(shè)備的絕緣缺陷的物理模型尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，本模擬源所選用的模型是國內(nèi)學(xué)者研究GIS局部放電所用最多的四種模型，它們可以基本反映GIS設(shè)備內(nèi)所存在的各種絕緣缺陷。
[0045]四種典型缺陷的源信號(hào)波形表現(xiàn)出極為不同的特性，從圖2至圖5分析可知，金屬突出物缺陷的源信號(hào)波形的上升時(shí)間(或負(fù)脈沖的下降時(shí)間)通常在1?2ns之間，所有信號(hào)均為單個(gè)脈沖信號(hào)；自由金屬微粒缺陷的源信號(hào)上升時(shí)間多在Ins以下，且更為普遍的是2?3個(gè)脈沖疊加而成的信號(hào)；絕緣子表面金屬污染物缺陷的源信號(hào)上升時(shí)間與下降時(shí)間都大為延長，上升時(shí)間通常達(dá)到8ns以上，而下降時(shí)間則達(dá)到十幾甚至幾十ns ;氣隙缺陷所有源信號(hào)均為雙脈沖疊加而成的信號(hào)，上升時(shí)間同樣較長，通常在5?10ns之間。這與目前國內(nèi)外學(xué)者專家所得到的GIS內(nèi)局部放電的UHF信號(hào)有很好的相似性。
[0046]圖6a至圖6c為四種實(shí)測典型波形所對應(yīng)的理論擬合波形示意圖，對比圖2至圖5來看，本實(shí)用新型得到的波形與理論擬合波形比較吻合。
【權(quán)利要求】
1.一種局部放電超高頻信號(hào)模擬源，其特征是:包括裝設(shè)在屏蔽鐵箱內(nèi)、依次連接的USB模塊(I)、可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號(hào)發(fā)生器(2)、信號(hào)調(diào)制模塊(3)、信號(hào)放大模塊(4)和發(fā)射天線(5)，所述的USB模塊還直接輸出包絡(luò)信號(hào)至信號(hào)調(diào)制模塊(3)，另有過零比較器(6)經(jīng)單刀雙擲開關(guān)(7)輸入第一互感器(8)或第二互感器(9)的信號(hào)，第一互感器(8)或第二互感器(9)分別外接60V和220V市電，還有外接220V市電的電源(10)給各模塊供電，發(fā)射天線(5)輸出各種局部放電UHF信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部放電超高頻信號(hào)模擬源，其特征是:所述的信號(hào)調(diào)制模塊為乘法模塊，所述的可調(diào)頻選擇的高頻正弦信號(hào)發(fā)生器調(diào)頻方式為旋鈕控制或者壓控方式，所述的天線為寬頻全向天線。
【文檔編號(hào)】G01R1/28GK204188674SQ201420613831
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】林春耀, 柯春俊, 楊賢, 饒章權(quán), 歐小波 申請人:廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院