一種便攜式局部放電檢測及診斷裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及變壓器及GIS狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，特別設(shè)及一種便攜式局部放電檢測及診 斷裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器和GIS是輸電和配電網(wǎng)絡(luò)中最重要的設(shè)備，其運(yùn)行狀況直接關(guān)系到系 統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而電網(wǎng)的可靠運(yùn)行很大程度上要依賴高壓設(shè)備的制造W及安裝 質(zhì)量，一旦發(fā)生故障必將引起局部甚至全區(qū)的停電。然而在電力變壓器和GIS設(shè)備的內(nèi)部 絕緣中總會(huì)有不同程度的缺陷，如固體或者液體介質(zhì)中含有的雜志、水分、氣隙、小氣泡等。 該些缺陷在各種運(yùn)行因素如電場變化、溫度變化、機(jī)械應(yīng)力和受潮等長期作用下，使絕緣結(jié) 構(gòu)發(fā)生老化、分解和裂隙。該是引起電力設(shè)備內(nèi)部局部放電的主要原因。通過對變壓器和 GIS局部放電進(jìn)行在線監(jiān)測，可W及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部絕緣的潛伏性缺陷，W判斷設(shè)備內(nèi)部絕 緣裂化的程度。因此可W從局部放電的發(fā)展情況靈敏的揭示設(shè)備內(nèi)部的各種電氣W及非電 氣故障，保障變壓器安全運(yùn)行。
[0003] 電氣設(shè)備出現(xiàn)局部放電時(shí)，會(huì)伴隨電脈沖、超聲波、光、熱和化學(xué)變化等物理現(xiàn)象 的產(chǎn)生。因此根據(jù)其放電伴隨的現(xiàn)象，通常有電化學(xué)檢測法、超聲波檢測法、超高頻檢測法 W及脈沖電流檢測法等。射頻檢測法將電氣設(shè)備套管末端接地線、外殼接地線、鐵屯、接地線 等處的脈沖電流通過線圈轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，由于該檢測方法不改變電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式， 且可W標(biāo)定局部放電放電量等優(yōu)勢，得到了比較廣泛的應(yīng)用。而對于GIS內(nèi)部放電時(shí)，由于 放電點(diǎn)處電荷的迅速轉(zhuǎn)移，形成持續(xù)時(shí)間很短的納秒級電流脈沖，并產(chǎn)生頻率分量極其豐 富的電磁信號(hào)，通過傳感局部放電所產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行局部放電檢測，有可能實(shí)現(xiàn)較高的 靈敏度，并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期的的局部放電。超高頻檢測法采用天線禪合電磁波的方式，檢 測頻帶主要集中在300MHZ-3000MHZ范圍內(nèi)，可W有效避開常規(guī)脈沖電流檢測法所受到的 干擾，有效地提高了檢測靈敏度。鑒于超高頻檢測法的抗干擾能力強(qiáng)、可定位等特點(diǎn)，近年 來已成為GIS局部放電在線監(jiān)測的主要傳感方式，并得到了實(shí)際的應(yīng)用。
[0004] 目前國內(nèi)研制了大量的局部放電檢測裝置，然而對比分析可W發(fā)現(xiàn)，目前采樣率 高、抗干擾能力強(qiáng)的局部放電檢測儀都具有體積較大、重量過重、并基于PC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 的特征，不具備便攜性，且檢測手段比較單一。而具有便攜性或者多檢測手段的局放儀往 往采樣率低，對數(shù)據(jù)處理比較簡單，難W滿足專業(yè)人員需求。實(shí)際中我們需要一款便攜式變 壓器局部放電專業(yè)巡檢裝置，能夠同時(shí)完成脈沖電流和超高頻多種檢測方法，并且具備體 積小、重量輕、裡電池供電等便攜式特點(diǎn)，又能滿足專業(yè)人員對數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行分析處理的需 求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：
[0006] 一種便攜式局部放電檢測及診斷裝置，包括局部放電檢測儀、電纜、前置傳感器W 及充電器；所述前置傳感器包括射頻傳感器模塊和/或超高頻傳感器模塊；所述射頻傳感 器模塊包括射頻傳感器，用于檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵屯、接地線W及繞 組中由于局部放電引起的脈沖電流；所述超高頻傳感器模塊包括分頻器和超高頻傳感器， 所述超高頻傳感器用于檢測局部放電所產(chǎn)生的電磁脈沖信號(hào)，所述分頻器用于將超高頻信 號(hào)降頻為50MHzW下，W便于采集卡采樣時(shí)滿足香濃定律的采樣要求；所述局部放電檢測 儀用于接收所述前置傳感器檢測到的脈沖信號(hào)W及分壓器取得的工頻信號(hào)，對所述電壓信 號(hào)進(jìn)行采集形成采樣數(shù)據(jù)，并對所述采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)局部放電的模式識(shí)別；所述電 纜用于連接所述局部放電檢測儀和前置傳感器；所述充電器用于對所述局部放電檢測儀充 電。
[0007] 所述射頻電流傳感器，頻帶范圍為1. 5MHZ-200MHZ，最小上升沿時(shí)間為化S。安裝 于電氣設(shè)備套管末端接地線、外殼接地線、鐵屯、接地線處，將脈沖電流通過線圈轉(zhuǎn)化為電壓 信號(hào)。
[000引所述超高頻傳感器為超高頻微帶貼片天線，天線長為5畑1，寬為3. 5畑1，厚度為 0. 2cm，帶寬為0. 4GHz~2. 7GHz ;所述貼片天線可設(shè)置于在GIS腔體內(nèi)，也可設(shè)置于GIS盆 式絕緣子外表面。
[0009] 所述局部放電檢測儀包括上位機(jī)和下位機(jī)；所述上位機(jī)為Linux工控機(jī)，所述工 控機(jī)通過網(wǎng)口通訊協(xié)議，對下位機(jī)進(jìn)行控制和對下位機(jī)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、顯示W(wǎng)及存 儲(chǔ)；所述上位機(jī)具有8寸800*600分辨率電阻式觸摸屏；所述上位機(jī)采用CodexA8嵌入式 ARM低功耗CPU,主頻IGHz;所述上位機(jī)采用PRTO聚類分析方法W及脈沖波形時(shí)頻分析方 法聯(lián)合診斷的方式實(shí)現(xiàn)局部放電的模式識(shí)別；所述PRTO聚類分析方法采用N - Q -巧（放 電次數(shù)-放電量-放電相位）S維圖譜W及Q - <?> (放電量-放電相位）、N - (放電次 數(shù)-放電相位）、Q-N (放電量-放電次數(shù)）二維圖譜全面展示其放電特征，并提取其對應(yīng)的 特征參量；所述脈沖波形時(shí)頻分析方法采用Q-t (幅值-時(shí)間）、Q-f (幅值-頻率）、f-t (頻 率-時(shí)間種譜圖展示其放電脈沖特征，其中時(shí)頻聯(lián)合分布圖譜采用ST算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析，并提取時(shí)域和頻域特征。
[0010] 所述下位機(jī)包括模擬單元模塊、FPGA模塊、ARM模塊、時(shí)鐘及復(fù)位模塊W及電源管 理模塊。通過網(wǎng)口通訊協(xié)議解析上位機(jī)所發(fā)送的指令并實(shí)施操作，并將所采集數(shù)據(jù)打包發(fā) 送給上位機(jī)；所述模擬單元模塊采用ADS5541雙通道14位lOOMHz ADC對前置傳感器所禪 合的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣；所述模擬單元模塊采用閉環(huán)反饋方式對采用數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對 電壓信號(hào)進(jìn)行增益處理和/或保證電壓信號(hào)不超出量程范圍；所述模擬單元模塊局部放電 電壓幅值可調(diào)為 W下數(shù)值；lOmV，25mV，50mV，lOOmV，250mV，500mV，IV，2. 5V，5V ;觸發(fā)闊值 可調(diào)為不超過當(dāng)前電壓幅值的任意數(shù)值；所述FPGA模塊是基于EP2S60F672I4巧片的電路 模塊，主要用來接收、緩沖W及控制ADC所傳來的14位高速數(shù)字信號(hào)，然后在內(nèi)部利用FFT 算法實(shí)現(xiàn)對信號(hào)的快速處理。所述ARM模塊式基于LPC1788巧片的電路模塊，主要用于獲 取FPGA用于將FPGA模塊傳送來的電壓信號(hào)進(jìn)行處理獲得脈沖模型峰值和相位，通過開窗 比較的方式提取局部放電的脈沖峰值和相位特征。系統(tǒng)總體采用FPGA+ARM總線橋接結(jié)構(gòu)， FPGA將存儲(chǔ)單元掛載在ARM模塊上，極大地提高的系統(tǒng)的計(jì)算速度；所述時(shí)鐘及復(fù)位模塊 用于時(shí)序計(jì)時(shí)及復(fù)位；所述電源管理模塊包括可充電電池和充放電管理電路，用于對FPGA 模塊、ARM模塊、模擬單元模塊和時(shí)鐘及復(fù)位模塊進(jìn)行供電；所述可充電電池為裡電池。
[0011] 所述局部放電檢測儀尺寸為242mmX ISOmmX 114mm，重量為2.化g，可連續(xù)帶電工 作十小時(shí)W上。
[0012] 本發(fā)明兼顧便攜性和完善的數(shù)據(jù)處理分析性能，解決了一次設(shè)備放電現(xiàn)場測試和 診斷的問題，具有巨大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明采用上位機(jī)與下位機(jī)通訊的模式工作，裝置 體積小，重量輕，攜帶方便；采用具有反饋環(huán)節(jié)的模擬單元模塊，解決了信號(hào)較小時(shí)誤差較 大和信號(hào)過大時(shí)超出量程的問題，充分利用ADC采樣位數(shù)，保證了較高的靈敏度；采用兵鳥 機(jī)制實(shí)現(xiàn)流水線式操作，提高了數(shù)據(jù)處理效率，節(jié)約了數(shù)據(jù)緩沖空間；采用PRTO聚類分析 W及脈沖波形時(shí)頻分析聯(lián)合診斷，提高了診斷的準(zhǔn)確率。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明一種便攜式局部放電檢測與診斷裝置的一個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)原理圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中局部放電檢測儀設(shè)計(jì)原理圖；
[0015] 圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中模擬單元模塊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中上位