专利名称：基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压设备局部放电检测技术，特别是涉及基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测方法及装置。
背景技术：
局部放电主要是开关柜、变压器以及其它一些高压电气设备在高电压的作用下，其内部绝缘发生的放电，研究发现，接近85%的电力事故是由局部放电引起。随着我国电力事业的迅猛发展和城乡电网建设、改造工作的不断深入，社会发展和进步对供电稳定性、可靠性的要求也不断提高，准确掌握高压设备健康状态，制定正确的检修对策，避免因设备本身质量问题导致的突发性事故的发生，变得尤为重要。 目前，对高压设备局部放电的检测方法主要有脉冲电流法、射频法、超声波法、超高频法等。其中，暂态对地电压TEV (Transient Earth Voltages,暂态地电波)法作为一种带电检测技术，具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点，因此逐步在国内变电站推广使用。但由于变电站现场干扰源繁多、局放故障判断依靠经验居多、数据处理较为复杂等原因，高压设备内局部放电的判断水平难以提高，限制了该技术在变电站现场深入应用。
发明内容
基于此，有必要针对现有TEV局部放电检查收到现场背景噪音影响较大、数据处理较复杂、检查精度不高的问题，提供一种基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测的方法及装置。一种基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测方法，包括步骤获取地电波信号；将获取的地电波信号进行滤波、放大、模数转换，所述模数转换包括步骤将预设定的方波信号整流为直流信号，比较直流信号和放大后的地电波信号，运用二分卡值读数法读出放大后的地电波数字信号；将地电波数字信号发送至云服务端，通过云服务端对地电波数字信号进行数据处理，判断是否发生局部放电；接收云服务端返回的处理数据和判断结果，对处理数据进行显示，并且根据判断结果进行提示上述基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测的方法，将采集的地电波信号进行滤波、放大、数模转换后，利用云计算技术对地电波信号进行处理，从而极大消除信号采集和传输过程中的随机噪声，通过云计算技术判断是否发生局部放电，大大提高装置的运算速度与局部放电的检测精度。一种基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置，包括客户端，所述客户端包括信号采集模块，用于采集地电波信号；
信号预处理模块，用于将所述信号采集模块采集的地电波信号进行滤波、放大、模数转换预处理，所述模数转换预处理包括将信号处理模块产生的方波信号整流为直流信号，产生中点比较电压，将放大后的地电波电压与中点比较电压进行比较，运用二分卡值读数法读取放大后的地电波数字信号；信号处理模块，用于产生方波信号，将信号预处理模块读取的地电波数字信号向云服务端发送，接收云服务端对地电波数字信号进行数据处理的处理数据和判断是否发生局部放电的判断结果，并将处理数据和判断结果发送至显示模块，还用于接收用户参数设置指令，并根据该用户参数设置指令对地电波测量参数和测量模式进行设定；显示模块，用于显示信号处理模块输出的判断结果、处理数据和地电波参数及测量模式。上述基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置，先将采集到的输入信号进行滤波、放大、数模转换，然后通过无线网络技术将输入预处理信号发送至服务器，判断是否发生局部放电，从而极大消除信号采集和传输过程中的随机噪声，大大提高装置的运算 速度与局部放电的检测精度。
图I为本发明基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测的方法实施例的原理示意图；图2为本发明二分卡值读数法dB值与峰值对应关系图；图3为本发明基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置实施例的结构示意图；图4为TEV测量交互界面流程示意图。
具体实施例方式以下针对本发明基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测的方法及装置的各实施例进行详细描述。首先针对基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测方法进行描述。参见图I，是本发明基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测的方法实施例的原理示意图，步骤SlOl :获取地电波信号；步骤S102 :将获取的地电波信号进行滤波、放大、模数转换(简称ADC)预处理，模数转换预处理，即ADC预处理包括步骤，将预设定的方波信号整流为直流信号，比较直流信号和放大后的地电波信号，运用二分卡值读数法读出放大后的地电波数字信号；步骤S103 :将地电波数字信号发送至云服务端，通过云服务端对地电波数字信号进行数据处理，判断是否发生局部放电；步骤S104:接收云服务端返回的处理数据和判断结果，对处理数据进行显示，并且根据判断结果进行提示。首先获取TEV信号，将高压设备内部局部放电产生的电磁波信号转化为电信号，即模拟信号。然后对采集的模拟信号进行滤波、放大、数模转换，将模拟信号转化成地电波数字信号。模拟信号经过RC高通滤波后，紧接着进行三路差分视频放大，三路视频放大器的放大倍数分别为(I)第一路0. 35* 第一路 UA733 放大倍数 *0. 5*TEV_Signal_Input(2)第二路0. 35* 第二路 UA733 放大倍数 *0. 5*TEV_Signal_Input
(3)第三路第三路 UA733 放大倍数 *0. 5*TEV_Signal_Input其中，UA733固定放大倍数为10、100、400，也可以实现10— 400增益的调节。模数转换包括步骤将预设定的方波信号整流为直流信号，比较直流信号和放大后的地电波信号，运用二分卡值读数法读出放大后的地电波信号对应的幅值对应的数字信号，幅值用dB值表示。先产生一个占空比可调频率为46. 83K的方波信号，将方波信号整流为一直流信号，此直流信号与方波信号的正占空成正比，且最大值为4. 4V。TEV比较信号的读取是将视频放大后的三路TEV信号与直流信号进行比较，通过二分卡值读数法可读出当前dB值。图2所示为二分卡值读数法dB值与峰值对应的关系图，由图可知，各个dB值对应的是一个TEV峰值电压的范围，并且两个范围的限值关系为I. 12倍。开始检测TEV峰值电压的dB值时，TEV的峰值dB值范围为0 60dB (要检测的最大值为60dB)。关系图的幅值升序排列，根据图4，产生一个与当前估计的dB值范围的中点电压相等的中点比较电压与当前检测到的TEV峰值电压比较，此中点比较电压的持续时间取一个电源周期的10倍或以上，这里取0. 2S。在0. 2S后将会根据此0. 2S内检测到的最大的峰值电压来改变当前的dB值猜测区域，然后根据新的dB值猜测区域，求出其中心dB值对应的电压值，产生并再一次与检测到的TEV峰值电压比较(同样比较0. 2S)，如此循环，直到得出的估计范围的上下限值差的绝对值小于或等于I时，此时估计范围的最小值即为当前测试的TEV信号的峰值电压的dB值读数。在不知道dB值的情况下通过二分卡值读数法比较最多6次即可卡出当前待测TEV峰值电压的dB值(2的6次方为64>60)。利用云计算技术对地电波的dB值进行滤波、均衡处理，对TEV信号的幅值和频率进行提取、存储、时域分析、频域分析及计算，还可对特征值、放电量、放电程度、背景噪声进行计算。根据幅值、频率和云端已有的局部放电特征，判断是否发生局部放电，提示发生局部放电。提示发生局部放电可以是报警形式，也可以是数据显示形式。图3为本发明基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置的结构示意图，通过应用本发明基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置，对地电波信号进行滤波、放大、数模转换，然后通过无线网络技术将输入预处理信号发送至云端服务器，利用云端服务器对输入信号进行服务器滤波、均衡，判断是否发生局部放电，从而极大消除信号采集和传输过程中的随机噪声，大大提高装置的运算速度与局部放电的检测精度。一种基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置，包括客户端，所述客户端包括信号采集模块301，用于采集地电波信号；信号预处理模块302，用于将信号采集模块301采集的地电波信号进行滤波、放大、模数转换(简称ADC)预处理，ADC预处理模块将信号处理模块303产生的方波信号整流为直流信号，产生中点比较电压，将放大后的地电波电压与中点比较电压进行比较，运用二分卡值读数法读取放大后的地电波数字信号。在一个具体实施例中，信号预处理模块302包括模数转换模块，模数转换模块包括比较信号产生电路和读取模块，比较信号产生电路将信号处理模块303产生的方波信号整流为直流信号，产生中点比较电压，读取模块将放大后的地电波电压与中点比较电压进行比较，运用二分卡值读数法读取放大后的地电波数
字信号;信号处理模块303，用于产生方波信号，将信号预处理模块302读取的地电波数字信号向云服务端发送，接收云服务端对地电波数字信号进行数据处理的处理数据和判断是否发生局部放电的判断结果，并将处理数据和判断结果发送至显示模块304，还用于接收参数设置指令，并根据该参数设置指令对地电波测量参数和测量模式进行设定；显示模块304，用于显示信号处理模块303输出的判断结果、处理数据和地电波参数及测量模式。
本实施例装置还包括云服务端，云服务端包括信号通信模块305，用于接收信号处理模块303发送的地电波信号，将该地电波数字信号传输至云端服务模块306，并将云端服务模块306的处理数据和判断结果传输至信号处理模块303 ；云端服务模块306，用于对信号通信模块305传输的地电波数字信号进行数据处理，判断是否发生局部放电，并将处理数据和判断结果经过信号通信模块305发送至信号处理模块303。本实施例装置首先通过信号采集模块301利用TEV传感器采集TEV信号。TEV传感器属于电容式传感器，用于将高压设备内部局部放电产生的电磁波信号转化为电信号，测量范围为0-60dBmV，分辨率为ldB，精确度为±ldB，最大脉冲/周期数为655个，最小脉冲率为IOHZ。信号预处理模块302对采集的地电波信号进行滤波、放大、ADC预处理，将输入模拟信号转化成数字信号。采集的地电波信号即模拟信号经过RC高通滤波后，紧接着进行三路差分视频放大，放大所用芯片为UA733，三路视频放大器的放大倍数分别为(I)第一路0. 35* 第一路 UA733 放大倍数 *0. 5*TEV_Signal_Input(2)第二路0. 35* 第二路 UA733 放大倍数 *0. 5*TEV_Signal_Input(3)第三路第三路 UA733 放大倍数 *0. 5*TEV_Signal_InputUA733固定放大倍数为10、100、400，也可以通过调整外部的可调电阻来实现10到400增益的调节，本发明第一路信号的增益调节电阻为760欧，饱和电压为IV ;第二路信号的增益调节电阻为35欧，饱和电压为IV ;第三路信号的增益调节电阻为30欧，饱和电压为2. 86V。信号预处理模块包括模数转换模块(即ADC预处理模块)，模数转换模块包括比较信号产生电路和读取模块，模数转换采用的方法为二分卡值读数法。信号处理模块303产生一个占空比可调频率为46. 83K的方波信号，经比较信号产生电路后整流为一直流信号，此直流信号与信号处理模块303输出的方波信号的正占空成正比，且最大值为4.4V。TEV比较信号的读取是将视频放大后的三路TEV信号与CPU产生的比较信号进行比较，通过二分卡值读数法可读出当前幅值对应的数字信号，用dB值表示幅值，具体如下图2所示为二分卡值读数法dB值与峰值对应的关系图，由图可知，各个dB值对应的是一个TEV峰值电压的范围，并且两个范围的限值关系为I. 12倍。开始检测TEV峰值电压的dB值时，TEV的峰值dB值范围为O 60dB (要检测的最大值为60dB)。根据图2，由信号处理模块303控制产生一个与当前估计的dB值范围的中点电压相等的中点比较电压与当前检测到的TEV峰值电压比较，此中点比较电压的持续时间取一个电源周期的10倍或以上，这里取0. 2S。CPU在0. 2S后将会根据此0. 2S内检测到的最大的峰值电压来改变当前的dB值猜测区域，然后根据新的dB值猜测区域，求出其中心dB值对应的电压值，由信号处理模块303产生并再一次与检测到的TEV峰值电压比较(同样比较0. 2S)，如此循环，直到得出的估计范围的上下限值差的绝对值小于或等于I时，此时估计范围的最小值即为当前测试的TEV信号的峰值电压的dB值读数。在不知道dB值的情况下通过二分卡值读数法比较最多6次即可卡出当前待测TEV峰值电压的dB值(2的6次方为64>60)。在信号处理模块303的控制下，将地电波信号电压值即地电波的数字信号通过信号通信模块305发送至云端服务模块306。信号处理模块303可以是ARM9嵌入式微处理器，是整套装置的处理器，主要用来进行系统事务管理与进程调度，在一个具体示例中，其主频率可以是12MHZ。信号通信模块305可以是3G技术，它是无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信技术，在一个具体示例中，3G技术的通信带宽可以是7. 2M。 云端服务模块306利用TEV软件对数字信号进行数据处理，并判断是否发生局部放电。数据处理主要包括信号的滤波、均衡处理，TEV信号的幅值和频率的提取、存储、时域分析、频域分析及计算，还包括放电量、放电程度、背景噪声的计算。根据特征值和云端已有的局部放电特征，判断是否发生局部放电。若是，则发出警报声。信号通信模块305在信号处理模块303的作用下，将云端服务模块306处理后的结果传到显示模块进行输出显示。显示模块可以是4. 3寸液晶显示屏，也可以是触摸显示屏。显示的界面是基于QT4开发的人机交互界面，显示的结果包括局部放电暂态地电波的时域和频域波形、幅值和频率，放电程度、历史记录及实时时钟，其中幅值是以dB值表示；当检测到发生局部放电时，启动蜂鸣器。图4是QT4的TEV测量交互界面流程示意图，开机进入操作界面主菜后单，进行TEV测量模式、测量参数的设定。单次脉冲测量模式的参数设定为单次脉冲测量时间的设定。首先选择测试模式，选择单脉冲模式时，进行选择是否选用当前设置的参数进行测试，当前设置的参数为上一次测试保留的参数。选择是，则设置完毕，若选择否，则对参数进行重新设置。设置参数为是否打开LCD背光等参数。当选择的模式为PDL模式时，同样进行选择是否选用当前设置的参数进行测试，当前设置的参数为上一次测试保留的参数。选择是，则设置完毕，若选择否，则对参数进行重新设置。PDL模式设定参数中，还包括是定红绿灯临界值，当为达到临界值时，绿灯亮，当达到或超过临界值时红灯亮。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测方法，其特征在于，包括步骤 获取地电波信号； 将获取的地电波信号进行滤波、放大、模数转换，所述模数转换包括步骤将预设定的方波信号整流为直流信号，比较直流信号和放大后的地电波信号，运用二分卡值读数法读出放大后的地电波数字信号； 将地电波数字信号发送至云服务端，通过云服务端对地电波数字信号进行数据处理，判断是否发生局部放电； 接收云服务端返回的处理数据和判断结果，对处理数据进行显示，并且根据判断结果进行提示。
2.根据权利要求I所述的基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测方法，其特征在于，所述数据处理包括地电波信号的滤波、均衡处理，地电波幅值和频率的提取、存储、分析及计算，所述地电波幅值和频率的分析包括时域分析和频域分析，还包括放电量、放电程度的计算。
3.根据权利要求I或2所述的基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测方法，其特征在于，所述二分卡值读数法包括步骤 根据预设定的幅值和峰值的关系图，产生一个与关系图的幅值范围的中点电压相等的中点比较电压，所述关系图的幅值升序排列，将放大后的地电波信号电压值与中点比较电压比较， 若放大后的地电波信号电压值等于中点比较电压，则读出对应的幅值对应的数字信号; 若放大后的地电波信号电压值小于中点比较电压，则在关系图的前半段中查找；若放大后的地电波信号电压值大于中点比较电压，则在关系图的后半段中查找，直到找到并读出对应的幅值对应的数字信号为止。
4.根据权利要求3所述的基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测方法，其特征在于，所述根据判断结果进行提示包括显示局部放电通知或发出局部放电警报。
5.一种基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置，其特征在于，包括客户端，所述客户端包括 信号采集模块，用于采集地电波信号； 信号预处理模块，用于将所述信号采集模块采集的地电波信号进行滤波、放大、模数转换预处理，所述模数转换预处理包括将信号处理模块产生的方波信号整流为直流信号，产生中点比较电压，将放大后的地电波电压与中点比较电压进行比较，运用二分卡值读数法读取放大后的地电波数字信号； 信号处理模块，用于产生方波信号，将信号预处理模块读取的地电波数字信号向云服务端发送，接收云服务端对地电波数字信号进行数据处理的处理数据和判断是否发生局部放电的判断结果，并将处理数据和判断结果发送至显示模块，还用于接收用户参数设置指令，并根据该用户参数设置指令对地电波测量参数和测量模式进行设定； 显示模块，用于显示信号处理模块输出的判断结果、处理数据和地电波参数及测量模式。
6.根据权利要求5所述的基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置，其特征在于，还包括云服务端，所述云服务端包括 信号通信模块，用于接收信号处理模块发送的地电波数字信号，将该地电波数字信号传输至云端服务模块，并将云端服务模块的处理数据和判断结果传输至信号处理模块； 云端服务模块，用于对信号通信模块传输的地电波数字信号进行数据处理，判断是否发生局部放电，并将处理数据和判断结果经过信号通信模块发送至信号处理模块。
7.根据权利要求5或6所述的基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置，其特征在于，所述信号预处理模块包括模数转换模块，所述模数转换模块包括比较信号产生电 路和读取模块，所述比较信号产生电路将信号处理模块产生的方波信号整流为直流信号，产生中点比较电压，读取模块将放大后的地电波电压与中点比较电压进行比较，运用二分卡值读数法读取放大后的地电波数字信号。
8.根据权利要求5或6所述的基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置，其特征在于，所述数据处理包括地电波信号的滤波、均衡处理，地电波幅值和频率的提取、存储、分析及计算，所述地电波幅值和频率的分析包括时域分析和频域分析，还包括放电量、放电程度的计算。
9.根据权利要求6所述的基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置，其特征在于，所述信号采集模块包括地电波传感器，所述滤波为RC高通滤波，所述放大为三路差分视频放大，所述信号通信模块包括无线网络设备。
10.根据权利要求5或6或9所述的基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测装置，其特征在于，所述显示模块为触摸显示屏，所述处理数据包括地电波时域和频域波形、幅值和频率、放电程度、历史记录及实时时钟，触摸显示屏还用于接收用户参数设置指令，并向信号处理模块发送该用户参数设置指令。
全文摘要
一种基于云端服务的局部放电暂态地电波云检测的方法及装置，包括获取地电波信号；将获取的地电波信号进行滤波、放大、模数转换，模数转换包括步骤将预设定的方波信号整流为直流信号，比较直流信号和放大后的地电波信号，运用二分卡值读数法读出放大后的地电波数字信号；将地电波数字信号发送至云服务端，通过云服务端对地电波数字信号进行数据处理，判断是否发生局部放电；接收云服务端返回的处理数据和判断结果，对处理数据进行显示，并且根据判断结果进行提示。本发明提供了相应的检测装置。通过本发明的方法及装置可以克服现有TEV局部放电检查收到现场背景噪音影响较大、数据处理较复杂的缺陷，提高装置的运算速度与局部放电的检测精度。
文档编号G01R31/12GK102749561SQ20121023816
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者周玲, 唐小龙, 田立斌 申请人:广州安电测控技术有限公司