专利名称：一种超声波局放检测分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压设备绝缘缺陷的在线监测与巡检技术，尤其涉及一种基于音频处理技术的超声波局放检测分析仪。
背景技术：
随着电力系统改革发展的需要和用户对供电可靠性要求的提高，高压设备运行的可靠性受到了越来越高的重视，但在配网中高压设备的绝缘问题也愈来愈突出，严重影响了供电可靠性的提高。各种类型的高压设备广泛的应用于电力系统中，在供电系统中占有举足轻重的地位，对高压设备进行绝缘性能检测与故障诊断，是实现设备状态检修的前提。电气设备在长期的运行过程中，必然会发生电的、热的、化学的及异常情况下形成的绝缘劣化，导致电气绝缘强度降低，甚至会弓I起设备故障。现阶段国内主要是按照《电力设备预防性试验规程》的要求对配网中的高压设备进行定期的预防性试验，但预防性试验在实施过程中在经济角度、技术角度和现场使用方面都存在局限性。通过测量高压设备在运行过程中局部放电产生的电磁波信号和超声波信号，从而判断设备的运行状况，是目前比较常用的测试方法。这些方法得到国内外很多公司的引用， 效果良好，能够为设备的绝缘状态检修提供有力的技术支持。国外目前对于高压设备的局部放电检测，比较成熟的做法是将超声波传感器检测到的放电所产生的超声波信号，利用外差法将被接收的信号转换成一个人耳可听见、可识别的音频信号，并将信号以声压的方式显示出来，检测人员通过分析耳机中传来的声音以及显示单元上的声压大小来判断设备是否存在放电现象。这类设备都只是具备一般的巡检能力，对于巡检得到的数据不能进行归纳分析，因此，检测人员只能根据当时检测到的数据对高压设备的运行状态进行判定，无法判断设备在整体上是否发生变化，不能提供关于高压设备是否存在问题的更为细致清晰的判据。这种类型的检测设备只有终端，而且终端都不具备数据存储能力，更不具备对数据进行分析综合的能力。另一方面，这类设备的检测能力与操作人员的主观能动性息息相关，检测人员的经验丰富程度会直接影响最后的决断， 存在误判的隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波局放检测分析仪，能够及时监控高压设备的运行状态，预先发现潜在的故障。本发明提供的超声波局放检测分析仪，包括信号采集单元、信号处理单元以及设备维修决策单元，所述信号采集单元，用于接收外部输入的由超声波信号转换过来的音频信号，对接收到的音频信号进行调整以及模数转换；
所述信号处理单元，用于对所述模数转换后的信号进行时域频域特性分析以及提取时域特征参数和频域特征参数；并将所述时域特征参数和频域特征参数与预先存储的样本库中的样本，根据预先存储的与每类所述时域特征参数和频域特征参数对应的阈值进行比对，判断是否有局部放电以及放电严重程度；设备维修决策单元用于接收所述信号处理单元的判断结果输出并显示。本发明超声波局放检测分析仪提高了对高压设备的现场巡检检测效率，信号处理单元使得本发明具备数据存储与数据分析综合能力；其次，本发明将提取到的超声波信号转换为音频信号并对时域频域进行特性分析，利用音频处理技术对信号进行时域频域等特性分析，提取特征参数，对数据、波形进行分析与综合更精确的预防重大电力事故的发生， 进一步降低因电力事故带来的经济损失。
图1为本发明实施例1的原理框图；图2为信号采集单元的一个实施例的原理框图；图3为信号处理单元的一个实施例的原理框图；图4为设备维修决策单元的一个实施例的原理框图；图5为一个优选实施例中超声波局放检测分析仪的原理框图。
具体实施例方式实施例1 如图1所示，本发明的超声波局放检测分析仪，包括信号采集单元、信号处理单元以及设备维修决策单元，信号采集单元接收外部输入的由超声波信号转换过来的音频信号，对接收到的音频信号进行预处理，包括信号的调整以及模数转换。信号处理单元对经过预处理后的信号作进一步的加工处理包括时域频域特性分析、声压水平分析以及提取各特征参数，信号处理单元中预先存储有判断是否有局部放电以及放电严重程度的样本库以及与每类时域特征参数和频域特征参数相对应的阈值，信号处理单元通过时域特性分析提取时域特征参数，通过频域特性分析提取频域特征参数，然后与预先存储的阈值进行比对，将判断结果输出给设备维修决策单元。设备维修决策单元根据各特征参数输出并显示维修策略，包括是否有局部放电以及放电严重程度。实施例2 本实施例在实施例1的基础上做了进一步的改进，本发明的超声波局放检测分析仪还包括耳机，检测者在检测时一方面可以根据设备维修决策单元的显示结果判断是否有局部放电以及放电严重程度，同时还可以通过耳机中听到的声音来判断是否有局部放电以及放电严重程度。由于远离局放源在耳机中听到的信号为背景噪声信息，因此耳机中的声音掺杂了背景噪声信息，将耳机中的音频信号与背景噪音信息比较可以通过人的听力作为一个辅助监测的手段判断是否有局部放电以及放电严重程度。实施例3 图2是信号采集单元的一个实施例，信号采集单元包括信号调整单元和 ADC(Analog-to-Digital Conventer，模拟数字转换器)转换单元，信号调整单元与ADC转换单元连接，该信号调整单元对接收到的模拟信号进行调整，便于ADC转换单元对信号的进一步加工处理。由于超声波传感器的输出信号通常是一些比较小的电压、电流或阻抗变化值，因此需要通过信号调整单元将模拟信号在被转换成数字数据之前进行一定调整，例如放大、滤波、缓冲，或对模拟信号进行扩大，将其作为适合ADC转换单元的输入。所述的 ADC转换单元对调整后的模拟信号进行采样、量化等操作，将信号转换为适于信号处理单元操作的数字信号。实施例4 图3是信号处理单元的一个实施例，包括嵌入式处理器、数据存储单元以及通讯设备，嵌入式处理器与信号采集单元的输出端连接，作为一个实施例，嵌入式处理器可以与图2中的ADC转换单元连接。嵌入式处理器与数据存储单元双向连接，无线通讯设备与嵌入式处理器连接。作为一个实施例，嵌入式处理器可以是DSP芯片。嵌入式处理器对所接收的信号进行频域时域等特性分析，在时域中提取时域特征参数，包括局部放电幅值、局放相位、放电频率、衰减系数、自相关系数、短时平均幅度差，并对时域信号进行FFT 变换，提取频域特征参数，包括频率分量的幅值、功率、放电频带宽度及中心频率。值得一提的是，通信设备可以是无线通讯模块也可以是有线通信设备。所述的数据存储单元用于数据的存储与管理，预先存储有判断是否有局部放电以及放电严重程度的时域特征参数样本和频域特征参数样本的样本库，嵌入式处理器中预先存储有与各类型时域特征参数和频域特征参数对应的阈值(阈值是可调的，并不是一个样本对应一个阈值，可是经过多次试验后得到的经验值，并且可以调整)，将所提取的各特征参数与样本库中的样本进行比对，根据阈值判断是否存在局部放电以及放电的严重程度，然后将判断结果通过无线通讯设备或有线通讯设备输出给设备维修决策单元。作为一个实施例，数据存储单元由数据存储卡充当。另外，作为一个优选实施例，当嵌入式处理器提取的特征参数之前尚未在数据存储单元中存储，可以按照预定条件存储相关的特征参数，例如可以将有效的特征参数存入数据存储单元，有效的特征参数是指对将来判断起作用的特征参数，以丰富样本库的样本种类。本实施例使用嵌入式技术开发应用，体积小，重量轻便于携带，仪器的输入为音频信号，实时提取音频信号的时域频域特性参数，采用GPRS或WIFI方式联网进行实时数据传输，利用语音识别技术进行简单故障判断。同时外部接线少，提高了现场操作的安全性。实施例5 图4是设备维修决策单元的实施例，包括决策分析单元和显示单元，决策分析单元与信号处理单元的输出端连接，作为一个实施例，可以与图3中的通讯设备通过无线连接，无线通讯设备通过GPRS或WIFI方式将数据传输给决策分析单元。当然，也可以通过有线的方式传输。另外，还可以决策分析单元还可以包括波形输出模块，负责根据接收到的特征参数输出波形，调节控制模块，负责信号增益大小的调节、信息的选择与控制以及仪器的开关操作，显示单元还可以包括波形显示单元等。决策分析单元接收到信号处理单元的判断结果并显示提示信息，提示是否有放电以及放电的严重程度信息，另外信号处理单元也可以将所提取的特征参数发送给决策分析单元，另外还可以在采集音频信号的时候存储波形信息，并发送给决策分析单元，决策分析单元输出特性参数以及波形信息给显示单元显示，供用户对设备的绝缘缺陷进行综合判断。实施例6 本实施例中还包括音频接收线，用于将超声波转换为音频信号。所述的音频接收线负责将转换的音频信号接入仪器，将信号传输给信号采集单元。为了更加清晰的理解本发明，图5列举了一个本发明的优选实施例，本实施例中首先将该装置与超声波传感器相连接，如图所示音频接收线接收到超声波信号后转换为音频信号，将音频信号一路传输到耳机中以备检测人员监听；另一路传输给信号调整单元，信号调整单元对接收到的模拟音频信号进行调整便于ADC转换单元的进行模数转换，ADC 转换单元的输出端与DSP芯片的输入端连接，DSP芯片预先存储有与各种类型的时域特征参数和频域特征参数相对应的阈值，DSP芯片对所接收的数字信号进行时域分析，提取时域特征参数，同时对信号进行FFT变换提取频域特征参数，DSP芯片与数据存储单元双向连接，DSP的输出端与无线通讯设备的输入端连接，DSP芯片将所提取的时域特征参数与频域特征参数与数据存储单元中预先存储的样本数据进行比对，根据预先设定的阈值得出比对结果，并且如果数据存储单元中没有存储所提取出的时域特征参数或频域特征参数，则根据比对结果将所需要的特征参数存入数据存储单元。无线设备将DSP所提取的时域特征参数和频域特征参数以及DSP芯片的判断结果传输给决策分析单元，在决策分析单元，输出所接收到的特征参数通过显示单元显示信号波形、若干时域频域特征参数以及一些决策提示信息。另外DSP还可以将接收到的音频信号进行存储，在音频信号中掺杂有远离局放源时测到的背景噪音，将这些背景噪音输出给决策分析单元，决策分析单元就可以输出给显示单元显示背景噪声波形与局部放电音频信号波形，用户根据需要选择相应的调节按钮调整波形。本发明超声波局放检测分析仪体积小、重量轻便于携带，提高了对高压设备的现场巡检检测效率，数据存储单元与嵌入式处理器的应用使得本发明具备数据存储与数据分析综合能力；其次，本发明将提取到的超声波信号转换为音频信号并对时域频域进行特性分析，利用音频处理技术对信号进行时域频域等特性分析，提取特征参数，对数据、波形进行分析与综合，结合耳机中听到的声音信号，并与背景噪声信息进行比较判断，得到高压设备更为细致清晰的绝缘状态描述。更精确的预防重大电力事故的发生，进一步降低因电力事故带来的经济损失。本发明可以通过现场便携式检测，实现检测数据的保存、分析与综合，对故障进行简单判断，全面掌握高压设备运行状态的功能。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种超声波局放检测分析仪，其特征在于，包括信号采集单元、信号处理单元以及设备维修决策单元，所述信号采集单元，用于接收外部输入的由超声波信号转换过来的音频信号，对接收到的音频信号进行调整以及模数转换；所述信号处理单元，用于对所述模数转换后的信号进行时域频域特性分析以及提取时域特征参数和频域特征参数；并将所述时域特征参数和频域特征参数与预先存储的样本库中的样本，根据预先存储的与每类所述时域特征参数和频域特征参数对应的阈值进行比对，判断是否有局部放电以及放电严重程度；设备维修决策单元用于接收所述信号处理单元的判断结果输出并显示。
2.根据权利要求1所述的超声波局放检测分析仪，其特征在于还包括耳机接口，用于接收外部输入的由超声波信号转换过来的音频信号。
3.根据权利要求1所述的超声波局放检测分析仪，其特征在于所述信号采集单元包括信号调整单元和ADC转换单元；所述信号调整单元用于，对接收到的音频信号进行调整；所述ADC转换单元用于进行模数转换。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的超声波局放检测分析仪，其特征在于所述信号处理单元包括嵌入式处理器、数据存储单元以及通信设备；所述数据存储单元用于存储所述样本库；所述嵌入式设备，用于预先存储与每类所述时域特征参数和频域特征参数对应的阈值，接收模数转换后的信号，进行时域频域特性分析、以及提取时域特征参数和频域特征参数，并将所述时序特征参数和频域特征参数与所述样本库中的样本比对，根据所述阈值获得比对结果，判断是否有局部放电以及放电严重程度；所述通信设备用于所述设备维修决策单元进行通信。
5.根据权利要求4所述的超声波局放检测分析仪，其特征在于所述设备维修决策单元包括决策分析单元和显示单元；决策分析单元用于接收所述通信设备发送的所述嵌入式设备的判断结果并输出给显示单元；所述显示单元用于显示所述判断结果。
6.根据权利要求5所述的超声波局放检测分析仪，其特征在于所述通信设备包括无线通信设备。
7.根据权利要求1所述的超声波局放检测分析仪，其特征在于还包括音频接收线，用于将外部输入的超声波信号转换为音频信号。
8.根据权利要求1所述的超声波局放检测分析仪，其特征在于所述时域特征参数包括局部放电幅值、局放相位、放电频率、衰减系数、自相关系数、短时平均幅度差，所述频域特征参数包括频率分量的幅值、功率、放电频带宽度及中心频率。
9.根据权利要求4所述的超声波局放检测分析仪，其特征在于所述嵌入式处理器还用于判断所述时域特征参数和频域特征参数是否在所述样本库中存在以及是否超过所述阈值，并将所述时域特征参数和频域特征参数按照预定条件存储进所述数据存储单元。
全文摘要
本发明提供的超声波局放检测分析仪，包括信号采集单元、信号处理单元以及设备维修决策单元，信号采集单元用于接收外部输入的由超声波信号转换过来的音频信号，对接收到的音频信号进行调整以及模数转换；信号处理单元对所述模数转换后的信号进行时域频域特性分析以及提取时域特征参数和频域特征参数；并将所述时域特征参数或频域特征参数与预先存储的样本库中的样本比对，根据预先存储的与每类时域和频域特征参数相对应的阈值进行比对，判断是否有局部放电以及放电严重程度；设备维修决策单元用于接收所述信号处理单元的判断结果输出并显示。本发明能够及时监控高压设备的运行状态，预先发现潜在的故障。
文档编号G01R31/12GK102279350SQ201110081570
公开日2011年12月14日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者周玲, 杨柳, 熊俊, 田立斌, 陆国俊, 黄炎光 申请人:华南理工大学, 广东电网公司广州供电局