CN1821795A

CN1821795A - 一种测定高压电气设备放电故障位置的方法及其装置

Info

Publication number: CN1821795A
Application number: CNA2006100125248A
Authority: CN
Inventors: 何平; 刘大永; 宋毅; 杜玉新
Original assignee: Baoding Tianwei Group Co Ltd
Current assignee: Baoding Tianwei Group Co Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2006-08-23

Abstract

一种测定高压电气设备放电故障位置的方法及其装置，属检测技术领域，用于解决放电故障位置的准确判定问题。其方案是：利用定向天线接收放电部位空间轺射的电磁波信号，利用定向压电晶片接收局放超声波信号，由数据处理电路对电、声信号幅值和时差变化进行分析，确定放电点的X、Y、Z轴坐标，从而确定放电部位的位置。本发明中的探测器由定向天线、压电晶片、电信号接收电路、超声波信号接收电路、数据处理电路和显示装置组成。本发明简单实用，可快速、准确地确定放电故障的位置，极大地方便了探测维修工作，对高压电气设备的正常运行起到了安全保证作用。

Description

一种测定高压电气设备放电故障位置的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测高压电气设备因绝缘损伤导致的放电性故障位置的方法及实现这种方法的装置，属检测技术领域。

背景技术

高压电气设备在生产和生活中应用非常广泛，很多高压电气设备如干式变压器、电缆等，由于存在质量缺陷或运行过程中绝缘损伤，会在这些部位发生局部放电，加速绝缘劣化，形成故障。处理此类问题的关键是如何快速检测放电位置，而目前尚无简单实用的专用技术或设备来确定放电位置，使维修、维护非常困难。特别是因为这种绝缘故障只有在高压时才能暴露出来，而在高压下检测，探测仪器及操作人员的安全又成为首先必须解决的障碍。因此设计和研制一种与被测设备在非接触状态下确定放电位置的方法对于快速检测干式变压器、电缆等产品的放电故障、以便进行及时维修是技术人员面临的迫切任务。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够与被测设备在非接触状态下快速、准确地测定高压电气设备放电故障位置的方法

本发明另一个需要解决的问题是提供用于进行放电故障位置探测的装置。

解决上述问题的技术方案是：

一种测定高压电气设备放电故障位置的方法，它采用以下步骤：

a.利用定向天线接收高压设备发生放电故障时向空间辐射的高频电磁信号，将接收到的高频电磁信送入电信号接收电路进行信号的放大、滤去杂波处理；

b.将处理后的电磁信号送入数据处理电路，对电磁信号的幅值进行对比，确定电磁信号的强弱；

c.不断移动定向天线的位置，寻找发出最强放电电磁信号的位置，该位置即为放电点的X、Y坐标；

d.利用压电晶片接收高压设备发生放电故障时向空间传播的超声波信号，将接收到的超声波信号送入超声波信号接收电路进行信号的放大、滤去杂波处理；

e.将处理后的超声波信号送入数据处理电路，对超声波信号进行分析，测算天线接收到电磁信号与超声波信号的时间差，依据声音在传播介质中传播的速度确定探测器与放电故障点的垂直距离，即Z轴坐标数值，从而确定放电部位的三维空间位置。

为更好地隔离高压，在上述测定高压电气设备放电故障位置的方法中，在信号接受电路和数据处理电路之间增设光电隔离电路，由电光转换器件将电信号转换为光信号，再通过光纤传输到下一级光电转换器件，变换为电信号。

本发明的另一技术问题是通过下述方案实现的：

一种高压电气设备放电故障位置探测器，它由定向天线、压电晶片、电信号接收电路、超声波信号接收电路、数据处理电路、显示装置组成，定向天线与电信号接收电路相连接，压电晶片与超声波信号接收电路相连接，电信号接收电路和超声波信号接收电路的输出端接数据处理电路，数据处理电路的信号输出端接显示转置；

所述电信号接收电路由前置放大电路、滤波电路、后级放大电路依次连接组成；

所述超声波信号接收电路由阻抗变换电路、前置放大电路、滤波电路、后级放大电路依次连接组成；

所述数据处理电路由A/D转换器、存储器、CPU组成，它们依次连接，A/D转换器的输入端分别与电信号接收电路和超声波信号接收电路的输出端相连接。

上述高压电气设备放电性故障位置探测器，所述电信号接收电路的前置放大电路、滤波电路、后级放大电路由运放器U1、U2、U3、电容C1、C2、C3、C4、电感L1、L2组成，运放器U2组成前置放大电路，电容C2、C3、电感L1、L2组成虑波电路，运放器U3组成后级放大电路。

上述高压电气设备放电性故障位置探测器，所述超声波信号接收电路的阻抗变换电路、前置放大电路、滤波电路、后级放大电路由运放器U5、U6、U7、U8、电容C5、C6、C7、C8、电感L3、L4组成，运放器U5组成阻抗变换电路，运放器U6组成前置放大电路，电容C6、C7、电感L3、L4组成滤波电路，运放器U7组成后级放大电路。

上述高压电气设备放电性故障位置探测器，在电信号接收电路和超声波信号接收电路的输出端与A/D转换器的输入端之间分别设有光电变换电路，光电变换电路由电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4组成，电光转换器D1、D2分别与电信号接收电路和超声波信号接收电路的输出端相连接，光电转换器D3、D4与A/D转换器的输入端相连接，电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4之间由光纤GX连接。

上述高压电气设备放电性故障位置探测器，所述定向天线和压电晶片封装在探测头内，探测头的前端开口，四周由金属屏蔽壳包围。

本发明利用定向天线接收放电部位空间辐射的局放电磁波信号，同时利用定向压电晶片接收局放超声波信号，将接收到的电、声信号经滤波、放大等处理后，数据处理电路对电、声信号幅值和时差变化进行分析，其中分析定向天线接收到的电磁信号的强弱可以确定放电点的X、Y坐标，测算天线接收到电磁信号与超声波信号的时间差可以确定Z轴坐标，从而确定放电部位的三维空间位置。本发明简单实用，可以快速、准确地确定放电故障的位置，并可精确地显示出放电点的三维坐标，极大地方便了探测维修工作，对高压电气设备的正常运行起到了安全保证作用。

附图说明

图1是本发明探测器的电原理框图；

图2是电原理图；

图3是操作示意图；

图4是信导处理主程序流程图。

图中标记如下：定向天线1、压电晶片2、电信号接收电路3、超声波信号接收电路4、数据处理电路5、光电变换电路6、7、前置放大电路8、9、滤波电路10、11、后级放大电路12、13、A/D转换器14、15、存储器16、CPU17、显示装置18、阻抗变换电路19。

具体实施方式

本发明的探测原理在于，高压设备在高压试验或运行时，其电压一般都在几千状以上，内部缺陷可能会在高压场强下发生电荷移动而发生放电，会向空间辐射高频电磁波信号，同时会产生超声波信号向四周沿直线传播。利用内嵌环状定向天线接收空间辐射的局放电磁波信号，同时利用定向压电晶片接收局放超声波信号，将电、声信号经放大处理后，由数据处理单元对电、声信号幅值和时差变化进行分析，通过分析定向天线接收到电磁信号的强弱确定放电点的X、Y坐标，通过测算天线接收到电磁信号与超声信号的时间差，确定Z轴坐标，从而确定放电部位的三维空间位置。

在本发明中，操作者将定向天线对准被检测的高压设备，接收设备的放电点辐射的高频电磁波信号，并移动定向天线的位置，找到接收信号的最强点，确定该点的X、Y坐标。然后通过压电晶片接收到的超声波信号与定向天线接收的电磁信号的时间差确定该点的Z坐标，就可以确定放电点的精确位置。

图1、2、4显示的是本发明探测器的一个实施例。

定向天线1与电信号接收电路3相连接，电信号接收电路3由前置放大电路8、滤波电路10、后级放大电路12依次连接。图中显示，前置放大电路8由运放器U2组成，滤波电路10由电容C2、C3、电感L1、L2组成，后级放大电路12由运放器U3组成。

压电晶片2与超声波信号接收电路4相连接，超声波信号接收电路4由阻抗变换电路19、前置放大电路9、滤波电路11、后级放大电路13依次连接组成。图中显示，阻抗变换电路19由运放器U5组成，前置放大电路9由运放器U6组成，电容C6、C7、电感L3、L4组成滤波电路11，运放器U7组成后级收大电路13。

电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端接数据处理电路5，数据处理电路5的信号输出端接显示装置18。数据处理电路5的A/D转换器14、15为U9、U10芯片、存储器16为U11芯片，它们依次连接，A/D转换器14、15的输入端分别与电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端相连接。

在电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端与A/D转换器14、15的输入端之间分别设有光电变换电路6、7，光电变换电路6、7分别由电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4组成，电光转换器D1、D2分别与电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端相连接，光电转换器D3、D4与A/D转换器14、15的输入端相连接，电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4之间由光纤GX连接。

在工作中，定向天线1感应到放电产生的电磁波信号后经运放器U1传输到前置放大电路8的运放器U2，然后由C2、L1、L2、C3滤波，滤除外界干扰信号，后经运放器U3再次放大，由电光转换器D1将电信号转换为光信号，再通过光纤GX传输到光电转换器D3，变换为电信号。压电晶片2接收到放电产生的超声波信号后，经运放器U5阻抗变换后，传输到前置放大电路9的运放器U6，然后由C6、L3、L4、C7组成的滤波电路11滤除外界杂音等信号，经运放器U7再次放大后，由电光转换器D2将电信号转换为光信号，再通过光纤GX传输到光电转换器D4，变换为电信号。然后电磁波信号和超声波信号产生的电信号同时送到高速A/D转换器U9、U10转换为数字信号，数据保存到存储器U11内，CPU从存储器U11内读出数据，完成数据处理后，将结果和波形数据送到显示器LCD1显示。

本发明在电信号接收电路3和超声波信号接收电路4的输出端与A/D转换器14、15的输入端之间分别设有电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4组成的光电变换电路6、7，中间由光纤GX连接，其作用是通过光纤GX进行隔离高压电信号和防止外界的杂散电磁波的干扰。

为了使探测方便地进行，并保证准确探测信号，防止外界杂波的干扰，本发明将定向天线1和压电晶片2封装在一个探测头内，探测头的前端开口，四周由金属屏蔽壳包围。

本发明中的A/D转换器采用AD9220高速A/D转换器，CPU采用LPC2106芯片。

图3中的标号YQ为探测器，BC为被测设备，GZ为故障点。

Claims

1.一种测定高压电气设备放电故障位置的方法，其特征在于：它采用以下步骤：

a.利用定向天线接收高压设备发生放电故障时向空间辐射的高频电磁信号，将接收到的高频电磁信号送入电信号接收电路进行信号的放大、滤去杂波处理；

d.利用压电晶片接收高压设备发生放电故障对向空间传播的超声波信号，将接收到的超声波信号送人超声波信号接收电路进行信号的放大、滤去杂波处理；

e.将处理后的超声波信号送人数据处理电路，对超声波信号进行分析，测算天线接收到电磁信号与超声波信号的时间差，依据声音在传播介质中传播的速度确定探测器与放电故障点的垂直距离，即Z轴坐标数值，从而确定放电部位的三维空间位置。

2.根据权利要求1所述的测定高压电气设备放电故障位置的方法，其特征在于：在信号接受电路和数据处理电路之间增设光电隔离电路，由电光转换器件将电信号转换为光信号，再通过光纤传输到下一级光电转换器件，变换为电信号。

3.一种测定高压电气设备放电故障位置的深测器，其特征在于：它由定向天线[1]、压电晶片[2]、电信号接收电路[3]、超声波信号接收电路[4]、数据处理电路[5]、显示装置[18]组成，定向天线[1]与电信号接收电路[3]相连接，压电晶片[2]与超声波信号接收电路[4]相连接，电信号接收电路[3]和超声波信号接收电路[4]的输出端接数据处理电路[5]，数据处理电路[5]的信号输出端接显示装置[18]；

所述电信号接收电路[3]由前置放大电路[8]、滤波电路[10]、后级放大电路[12]依次连接组成；

所述超声波信号接收电路[4]由阻抗变换电路[19]、前置放大电路[9]、滤波电路[11]、后级放大电路[13]依次连接组成；

所述数据处理电路[5]由A/D转换器[14]、[15]、存储器[16]、CPU[17]组成，它们依次连接，A/D转换器[14]、[15]的输入端分别与电信号接收电路[3]和超声波信号接收电路[4]的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的高压电气设备放电故障位置探测器，其特征在于：所述电信号接收电路[3]的前置放大电路[8]、滤波电路[10]、后级放大电路[12]由运放器U1、U2、U3、电容C1、C2、C3、C4、电感L1、L2组成，运放器U2组成前置放大电路[8]，电容C2、C3、电感L1、L2组成滤波电路[10]，运放器U3组成后级放大电路[12]。

5.根据权利要求4所述的高压电气设备放电故障位置探测器，其特征在于：所述超声波信号接收电路[4]的阻抗变换电路[19]、前置放大电路[9]、滤波电路[11]、后级放大电路[13]由运放器U5、U6、U7、U8、电容C5、C6、C7、C8、电感L3、L4组成，运放器U5组成阻抗变换电路[20]，运放器U6组成前置放大电路[9]，电容C6、C7、电感L3、L4组成滤波电路[11]，运放器U7组成后级放大电路[13]。

6.根据权利要求5所述的高压电气设备放电故障位置探测器，其特征在于：在电信号接收电路[3]和超声波信号接收电路[4]的输出端与A/D转换器[14]、[15]的输入端之间分别设有光电变换电路[6]、[7]，光电变换电路[6]、[7]由电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4组成，电光转换器D1、D2分别与电信号接收电路[3]和超声波信号接收电路[4]的输出端相连接，光电转换器D3、D4与A/D转换器[14]、[15]的输入端相连接，电光转换器D1、D2和光电转换器D3、D4之间由光纤GX连接。

7.根据权利要求6所述的高压电气设备放电故障位置探测器，其特征在于：所述定向天线[1]和压电晶片[2]封装在探测头内，探测头的前端开口，四周由金属屏蔽壳包围。