用于测量电气系统中局部放电的仪器和方法

用于测量电气系统中局部放电的仪器和方法
【专利摘要】本发明公开了用于测量电气系统中局部放电的仪器和方法。该仪器（1）包括数据处理装置（5），该数据处理装置可操作地与输入级（2）和输出级（4）两者关联，以便接收该脉冲的整个波形的数字表示、提取与脉冲波形相关的预定参数的值、并且传送代表包括所述值的已处理数字信号给输出级，其中该输入级能接收代表所述脉冲的模拟信号（3）并且提供该脉冲的整个波形的数字表示，该处理装置（5）能基本实时地操作，即，不需要用于中间存储数据的存储器。在为诊断目的测量局部放电脉冲领域中的已知方案提供了峰值检测器以及与计算机交互的示波器的使用，其中峰值检测器不能测量对诊断电气系统有用的全部信息，该方案从成本和计算效率的角度考虑是非常不利的。
【专利说明】用于测量电气系统中局部放电的仪器和方法
[0001]本申请是2007年4月11日提出的、申请号为200780022098.9、名称为“用于测量
电气系统中局部放电的仪器和方法”的发明申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及用于测量电气系统中局部放电的仪器和方法，该仪器包括:
[0003]-输入级，该输入级设置成接收代表将要测量的局部放电的一个或多个脉冲的模拟信号，并在其输出处产生所述一个或多个脉冲的整个波形的数字表示，
[0004]-输出级,该输出级设置成在输出处从该仪器传送数字形式(digitalshape)的数据。
[0005]本发明的技术部分在于通过测量/处理局部放电以及可能的其他量来诊断电气系统(特别是高压)。
【背景技术】
[0006]应该注意，局部放电是涉及电气系统绝缘体的受限部分的放电，因此它不会导致系统中间故障，但是会导致逐步恶化。因此，从它们的本质来说，局部放电的发展基本受限于绝缘系统的缺陷。就此而论，由于局部放电的研究可以调查放电本身存在于其中的绝缘系统的缺陷的性质，因此基于局部放电的测量和解释的诊断技术是最有远景的，并且该诊断技术在科研中被广泛地研究。
[0007]然而，由于在解释这些测量结果中所遇到的困难，因此作为计划维护和/或更换高压操作的电气元件的仪器，用于诊断目的的测量和局部放电随后的评估一起仍然不能完全包括在工业标准中。
[0008]关于局部放电的测量，已经形成了各种技术，其使用了与放电到达相关的不同物理现象，例如光、声以及电技术。本发明尤其但不是排他性地涉及电气测量技术，如我们所众所周知的，其包括测量与所讨论电气系统耦合的测量电路中流过的电流脉冲。所述被测电流脉冲(为了简明起见，下文中称作放电脉冲)具有时间发展(time development),其取决于局部放电出现的动态特性(即，放电现象的物理特性)以及被测脉冲在它们从放电位置(此处最初出现放电)到测量位置之间的路径中通过的方式的性质。因此，由脉冲本身的波形构成的放电脉冲的时间形成包括从诊断观察点来看宝贵的信息，这些信息都同与放电相关联(与绝缘系统缺陷的本性相关)的物理现象有关，以及包括被测脉冲所通过(与绝缘系统内的缺陷位置相关)的介质本性。
[0009]关于局部放电测量结果解释中的困难，它们不仅依赖于需要能利用专门的经验以及案情记录，而且依赖于被测数据可能不可靠的或者无效的事实。
[0010]就此而论，可能危及通过测量局部放电的评估的诊断的问题主要是两方面:
[0011]-在与局部放电相关的信号测量中，存在信息丢失，其中该信息对于用于诊断目的的随后信号评估来说非常重要(信号丢失例如由无法测量脉冲、或者无法测量脉冲波形而造成)；[0012]-在所述测量期间，假定不能对不同种类的数据和/或对将要被评估的单个现象不相关的数据进行有效的统计处理，那么噪声可以叠加到放电信号上，或者由于不同源所导致的信号可互相叠加，结果导致随后在解释结果中存在客观上的困难。
[0013]对于在执行测量的同时的所述信息丢失，应该注意，与局部放电相关的信号是具有很高频分量的电脉冲(它们具有毫微秒级或者几十毫微秒级的上升斜坡(up-ramp))，并且在特定情况下，它们的重复率非常高(例如，每秒数百或者数千个脉冲)。
[0014]因此，从用于测量与局部放电相关的信号的仪器角度来看，存在的问题是要非常快速并且有效地获取具有高频分量的电信号，尽可能多地将信号的信息含量本身进行保持。另外，所述仪器应当可以有效地将对于诊断信号重要的信号与噪声或其他“不想要的”信号分开。
[0015]鉴于需要测量局部放电并且以无人监管的方式来评估电气系统的状态，即，使得操作者的介入最小化(在某些情况下，该操作者可以完全不在现场，如在线监测系统中的情况那样)，因此上述问题的方案是相当困难的。
[0016]关于用于测量局部放电(PD)的部分仪器的现有技术，下面是一系列已知的仪器，其可分成两种:峰值检测器(典型地，窄带/选择性波带仪器)以及软件控制的示波器(典型地，宽带仪器)。峰值检测器和被控示波器之间的主要区别是峰值检测器不能记录被测脉冲的时间动态特性，这是因为它们并不执行信号的实际采样，不像而是能执行所述采样的示波器。就此而论，应该注意峰值检测器一般提供有相对窄带/选择性波带，以便相对不想要的信号来说是鲁棒的，特别是对于背景噪声。
[0017]峰值检测器是提供完全关于出现的相以及ro的幅值的指示的仪器。ro幅值一般通过使模拟信号通过FQI (准积分滤波器)并且因此测量峰值而得到。在峰值检测器领域，还可区分下面类型的仪器:
[0018]-全模拟仪器。FQI由模拟电网(analogueelectrical grid)构造。FQI的输出信号显示在示波器上。可用信息为已知的Lissajous图形，其可由示波器提供。
[0019]-混合模拟/数字仪器。FQI仍然利用模拟电网得到，并且发送到也是模拟的峰值滤波器上，该峰值滤波器提供ro的幅值。该仪器的电子部件将ro的幅值信号(由峰值检测器输出)从模拟转换为数字。可用信息是一组可能的表示，该组可能的表示可通过已知的相以及ro的幅值(例如，已知相/幅值图案)得到。
[0020]-全数字仪器。为了避免混叠已知现象，将信号滤波，随后，对其进行采样(模拟/数字变换)。计算ro幅值(对由FQI输出的信号峰值的FQI滤波以及检测)的链在该仪器中通过数字算法得到。如前面的情况中一样，可用信息是一组可能的表示，其能通过已知的相以及ro幅值得到。应该注意到，所述的准积分滤波器FQI将其信息内容(对于将要评估的电气系统的随后诊断有用)完全由输入信号的波形峰值构成的信号返回，所述值对应于SP的幅值。
[0021 ] 关于被控示波器(这样进行控制使得它们可以采集由用于采集局部放电信号的模拟电路所输出的信号)，为了科研的目的，在各大学中已形成已知的技术方案。已知的仪器具有下面的局限以及缺陷。
[0022]由于峰值检测器不采样被检测信号并且存在准积分滤波器的事实，因此峰值检测器必然伴有被检测信号中信息的急剧丢失，这是因为与局部放电信号相关信息的强压缩。尤其是，它们不能采集关于被检测局部放电的脉冲波形的重要信息。因此，它们不能将噪声与放电信号分开(尤其以自动，无人监管的形式)，并在很大程度上不能与来自于不同的源的放大信号分开。另外，峰值检测器具有的限制在于将符号赋予给被测脉冲幅值的相位，如我们众所周知的，所述符号在解释测量结果中(其在在所讨论电气部件受交流电压控制的大多数应用中执行)具有相当大的重要性。尤其是，峰值检测器不能确定所述赋予(可以基于不同的标准/计算算法而通过再次执行符号赋予步骤进行)。关于放电符号的赋予，还应该注意的是，另外的局限与采用窄带来检测脉冲的仪器相关；受到限制的带宽可以改变脉冲的时间动态特性，尤其是在该脉冲随时间变化非常快速时。
[0023]因此，为了执行正确的绝缘状态评估，操作者不得不具有相当多的经验，以使得他/她能评估不同的贡献，将这些贡献分开并且提供它们危险的指示。该过程本身是复杂的，它提供了绝缘状态的主观评估。应该在此补充的是，在许多情况下操作者的经验无论如何对于补偿信号检测步骤期间的信息丢失而言都是不足的。
[0024]还应该注意的是，除了脉冲幅值之外，已知的仪器能测量脉冲本身的时间宽度；这种仪器基本是具有多个比较器(具有不同阈值)的峰值检测器。因此，事实上，所述仪器进行一种采样(在特定情况下，具有可变频率)。然而，所述仪器不能检测脉冲波形，即，脉冲幅值随时间上的轮廓，而出于随后的被采集数据的诊断评估目的，所述波形相反具有主要的重要性。
[0025]相反，示波器能够测量宽带中的放电信号，并且可以采集被测脉冲的整个波形。然而，明确的是它们的成本非常高，并且可靠性很低，尤其是现场应用中，这是因为它们故障相当突出(即，存在过电压时)。事实上，只要涉及到现场应用，使用示波器是相当受到局限的。另外，它们一般不能通过其中的可编程算法来抑制噪声。它们还要求在计算机中存在软件，因此需要管理大量的数据。
[0026]另外，从将要评价的电气系统的诊断评估角度来看，可以有利地(如果不是不可缺少的话)除了局部放电信号之外还采集其他量，例如与环境因素(例如温度和湿度)相关的量，以便与局部放电动作相关的数据一起以合作形式来使用。典型地，所述量相对于局部放电信号随时间经历相对缓慢的变化；因此，尤其专用于测量所述量的采集通道称作“慢通道”。这方面，应该注意到，在示波器/计算机系统中，需要同时采集一个以上的通道并因此需要同时执行局部放电检测以及所述其他量检测，这种需要必然伴有相当多与计算次数以及计算机上存在的软件的复杂度相关的缺点。
[0027]因此，不仅从成本的角度考虑，而且还从性能的角度来考虑，示波器/计算机系统都是不利的，这是因为需要将大量的数据从示波器传送到计算机。
[0028]关于从需要将数据从示波器传送到计算机所衍生出来的问题，应当注意下面描述。
[0029]需要传送大量的数据使得整个数据测量/采集过程非常繁重。另外的问题是示波器/PC通讯相对缓慢，并且储存存储器必定受到限制(这样必然伴有死区时间增加的劣势，死区时间即检测到一个信号和检测到下一个信号之间的时间)，结果是在不得不以有效方式测量叠加到快速现象(即，具有高的重复率的、与较低重复率的信号同时采集的信号)的缓慢现象时，示波器/PC系统出现问题。实际上，当需要与快速现象(即，脉冲噪声)同时测量缓慢现象(即，偶尔出现的局部放电)时，该示波器/PC仅可以允许以下两种技术方案。[0030]-测量预定最大数量的信号(该最大数量由示波器许可)；这样(在最佳情况下)，也采集缓慢现象，但是存在的缺陷是必须存储庞大数量的数据，结果使得所有的数据测量、传输以及随后的处理操作变慢。
[0031]-检测局限于预定值的大量信号；这种情况下，部分上可以加速测量以及随后处理数据的过程，但是存在的缺陷是使存储器快速饱和，其危险是不能以有效方式采集缓慢现象。
[0032]因此，示波器/计算机系统不能够出于通过分析局部放电信号而诊断评估电气系统的目的而以有效的、优化方式来测量互相具有不同时间动态特性的不同信号。

【发明内容】

[0033]本发明的目的是消除上述缺陷并且可以提供一种用于测量局部放电信号脉冲的仪器，该仪器能以特别快速和有效的方式(使死区时间最小)使得被测信号的信息量最大。
[0034]本发明的另一个目的是使得噪声干扰最小，并且在不同的被测脉冲具有互相不同的形状时分开由于不同源所导致的影响。
[0035]本发明的另一个目的是提供一种用于测量局部放电脉冲的仪器，其能在不需要通过操作者进行任何外部介入/监管的情况下使用。
[0036]本发明的另一个目的是提供一种用于测量局部放电脉冲的仪器，其是有效的，并且是经济的。
[0037]所述目的全部由本发明的仪器来实现，其特征在于下述权利要求书的内容，特别在于:其包括数据处理装置，该数据处理装置可操作地与输入级和输出级相关，以接收所述一个或多个脉冲的整个波形的所述数字表示，以提取与所述一个或多个脉冲波形相关的预定参数的值，并且将包括所述值的已处理数字信号传送给输出级，该处理装置能基本实时地操作，即，不需要中间数据储存存储器。
[0038]本发明的另一个目的是提供一种用于测量电气系统中局部放电的方法，其可以使得被测信号的信息量最大，并且同时，能以简单、有效的方式且以全自动的方式来实现。
[0039]所述目的全部由本发明的方法来实现，该方法特征在于下述权利要求书的内容，尤其在于:其包括以下步骤:
[0040]-在输入级接收代表将要测量的局部放电的一个或多个脉冲的模拟信号，并且在其输出处产生表示所述一个或多个脉冲的整个波形的数字表示，
[0041]-实时地，即不需要在存储器中存储数据地，处理所述一个或多个脉冲的整个波形的所述数字表示，以提取与所述一个或多个脉冲的波形相关的预定参数的值。
[0042]关于表述“实时”以及“储存存储器”，在下面特别说明。
[0043]表述“实时处理数据项”表示，在数据流的范围内(B卩，从输入到输出)，处理数据项而所述处理基本并未伴有数据流中断。例如，将数据项放入存储器(可能某个不确定的时间)以能在任何时候检索它并处理它，这就构成了数据流中断并因此构成了储存。储存存储器表示这样的存储器，该存储器能包含数据项一段可能的不确定时间(或者，从硬件角度而言，以这种方式管理的存储器)，以便能够随后(在任何时间)检索它并处理它。就此而论，应该注意到，大容量储存存储器，即计算机的硬盘，典型的是储存存储器，而RAM存储器可以依据怎样对其进行管理来构成储存存储器(如上述)，或者可替换地，其可以构成缓冲器(临时存储器)，即，使数据流(在从输入到输出数据所行进的路径的某个点上)减缓但不中断数据流的装置。因此，实时处理表示在基本连续的流中在数据从输入到输出的通过中进行处理，该处理通过在基本易失性存储器中的临时累积数据而伴有数据流的变缓，但是不能伴有数据流的中断。
【专利附图】

【附图说明】
[0044]从下面优选实施例的描述中可以更加容易清楚这些和其他特点，其仅通过附图列表中非限制性的实施例来示出，其中:
[0045]图1示意性示出根据本发明的仪器；
[0046]图2示出根据实施例变型的图1的仪器；
[0047]图3示意性示出图1的仪器的细节；
[0048]图4示意性示出图1的仪器的其他细节。
[0049]在详细描述本发明之前，在下面提供一系列定义。所述定义将在随后的描述中使用，以便澄清一般概念，并且说明本发明特定元件特定的技术特点。
[0050]等效时间(T):时域中评估的局部放电脉冲的标准偏差。
[0051]等效带宽(W):频域中评估的局部放电脉冲的标准偏差。
[0052]耦合器:能将放电信号从被检查系统中提取出来的设备；例如，与电阻器串联连接的高压电容器；该电容器阻断50/60赫兹的高电压并且允许通过放电信号，其中该放电信号被测量为电阻器上的电压降。
[0053]抗混叠滤波器:在采样数据系统中用以校正的方式将信号从模拟转换成数字的滤波器。已经公知的是，如果模拟信号包含有其频率超过采样频率一半的分量，那么失真作为混叠出现。因此，抗混叠滤波器是低通滤波器，其去掉模拟信号中其频率超过采样频率一半的可能分量。
[0054]段:代表将要测量的单个事件(放电脉冲)时间轮廓(波形)的采样序列。每个段包括形成脉冲的大量采样(时间持续)以及大量预触发采样(预触发时间)。
[0055]最小峰值死区时间:段采集的结束和能采集随后段的时刻之间的最小时间间隔。其取决于系统在输入级以及可用于这些段和其他提取的预定参数的第一缓冲器之间的部分的速度。
[0056]最小连续死区时间:在连续采集段的固定情形下测量的段采集的结束和能采集随后段的时刻之间的时间间隔。其取决于整个系统的速度以及段或由此提取的参数的接收的速度。
[0057]最大段突发长度(MSBL, Maximum Segment Burst Length):在不能再遵守最小峰值死区时间(继续采集，则死区时间增加直到达到最小连续死区时间为止)之前，系统能采集的、确保最小峰值死区时间的段的最大数目。
【具体实施方式】
[0058]在附图中，附图标记I表示用于检测电气系统中局部放电的仪器。根据局部放电测量部分的现有技术，仪器I在评估期间通过至少包括耦合器的测量电路可操作地连接到电气系统上。[0059]仪器I包括输入级2，其设置成接收模拟放电信号3，即，代表将要测量的局部放电的一个或多个脉冲的模拟信号，并且(设置成)在其输出处产生所述一个或多个脉冲的整个波形的数字表示。另外，仪器I包括输出级4，其设置成在输出处从该仪器传送数字形式的数据。
[0060]独特的是，仪器I还包括数据处理装置5，该数据处理装置5可操作地与输入级2和输出级4两者相关联，以接收所述一个或多个脉冲的整个波形的数字表示，提取与所述一个或多个脉冲的波形相关的预定参数值，并且传送包括所述值的已处理数字信号给输出级4。独特的是，处理装置5能基本实时地操作，即，不需要用于中间存储数据的存储器。
[0061]参考图1 (以及图2)，附图标记6表示模拟同步信号，其代表施加到电气系统上的电压。如众所周知的，在电气系统以交流电流操作的情况下，所述同步信号6对于测量局部放电(PD)信号并不重要，但是在为诊断目的而评估被测数据的随后步骤中是非常有用的。ro信号和同步信号的组合测量使得可以得到在每个局部放电事件与在该事件发生瞬间施加到电气系统的电压所具有的值之间相关性(应该注意，所述相关性是称作“相位参数”的相关参数)。
[0062]在优选实施例(所示出的那个)中，仪器I具有用于测量所述模拟同步信号6的级，该级独特地包括模块7，用于数字化所述模拟信号并连接到用于产生同步时间的基值(base)的模块8上。可操作地，用于产生同步时间基值的所述模块8从来自数字化模块7的采样得到同步信号最后通过零所经过的时间。该时间和每段一起存储，以得到相位参数，即将每个段与同步信号的时段相关性。在优选实施例中，所述模块8以硬件模式、可编程逻辑实现，但是其还可通过软件来实现。
[0063]特别指出，尤其特别关于本发明，每次引用“软件”表示存在于该装置内的储存存储器中的一组编程指令，否则已知是固件。
[0064]应该注意到，从逻辑功能的角度来说，测量同步信号6的级是输入级2的一部分。
[0065]用于数字化模拟同步信号6的模块7在图4中详细(以示意形式)示出。特别的是，模块7包括:
[0066]-过压(ESD)保护元件9，其基本是公知类型，能防止过压或放电损坏该仪器中随后的级；
[0067]-低通模拟滤波器10;
[0068]-模拟/数字转换器11。
[0069]仪器I采样同步信号6 (与采用简单的模拟比较器来检测通过零的现有技术的方案不同)的事实具有如下的优点:
[0070]-可以检查(同样通过图形表示)同步信号6的波形，并且对所述信号进行测量和处理操作；
[0071]-该同步逻辑可随意改变，以适应特定信号(例如，0WTS，或者其中所施加电压已经进行阻尼振荡的情况)，而不需要改变硬件。
[0072]仪器I还包括模块12，用于数字化放电信号3，S卩，与发生在电气系统中的局部放电相关的模拟信号。
[0073]用于数字化放电信号3的模块12在图3中详细示出(示意性地)，依次包括:
[0074]-基本公知类型的过压保护元件13，其能防止过电压或者放电损坏仪器中随后的级；
[0075]-模拟增益控制级14(基本公知类型)；
[0076]-公知的抗混叠15;
[0077]-模拟/数字转换器16(公知类型)。
[0078]该增益控制级14能够以使得其动态特性最大化并且防止饱和现象(在所述转换器的输入信号超过能采样的电压的最大或最小电平时发生饱和)的方式，将输入信号3的幅值调节到由模拟/数字转换器16允许的电压区间。
[0079]应该注意，数字化模块12能在宽带中操作，以在其输入处接收模拟放电信号3，从而输出由采样17的连续序列构成的数字信号。应该注意，数字化模块12优选地以恒定采样速率(例如100MS/s)操作。
[0080]仪器I还具有处理采样17所需的多个采集参数18，其可从外部配置。所述采集参数18存储在仪器I中。所述采集参数特别包括:
[0081]-采集时间:其由构成段(即，代表单个局部放电的时间轮廓(波形)的数字信号)的采样数限定；
[0082]-预触发时间:由触发事件之前的采样数限定；
[0083]-最小死区时间:在段采集的结束和能够触发随后段的采集之间必须经过的最小时间。
[0084]数字化模块12连接至预触发存贮器(cbposit) 19和触发发生器20。
[0085]预触发器19存贮器由环形缓冲器构成，其维持等于用于形成随后段的预触发时间的采样数；其优选地以可编程逻辑通过硬件来实现。
[0086]触发发生器20独特地包括双阈值比较器(不像已知的触发发生器包括单阈值比较器)，接收用于触发阈值21的预定参考值作为输入。应该注意，可在发生器20中实现触发动作的任何策略。
[0087]因此，预触发器19以及触发发生器20接收包括采样17的信号作为输入，其中采样17由数字化模块12输出。
[0088]触发发生器20连接到触发选择器22 (基本公知类型)上，触发选择器22依次连接到用于管理输入级2的模块23上。
[0089]管理模块23在其输入处接收:
[0090]-由触发选择器22输出的数字信号；
[0091]-由用于产生同步时间基值的模块8输出的数字信号；
[0092]-所述采集参数18；
[0093]-来自控制元件24的控制信号，其将在下文描述。
[0094]管理模块23的输出连接至预触发存贮器19上，以便操作其管理；实际上，管理模块23在采样17的不中断流内识别并选择代表局部放电信号的时间轮廓(波形)的段25。
[0095]因此，段25由管理模块23在自预触发存贮器19的输出处进行选择。
[0096]处理装置5独特地包括用于处理/提取预定参数的模块26，这些预定参数与所述一个或多个ro脉冲的波形相关。模块26优选地通过硬件以可编程逻辑实现(但是其也可通过软件来实现)，并且在其输出处接收段25。
[0097]模块26实时操作，并且具有从段25的采样提取预定参数值的功能。特别是，对每个放电脉冲来说，所述预定参数值包括:等效持续时间(T)，等效带宽(W)，极性(即，该脉冲的第一峰值的绝对值超过参考值时的符号)，脉冲幅值，脉冲能量，以及通过应用诸如小波之类的各种信号处理技术而得到的其他量。应该注意到，所述参数等效持续时间(T)和等效带宽(W)可由类似于它们的其他参数来替代，或者它们可以相对上述定义以交替的方式(不论如何其构成计算所述参数的优选方式)来计算。
[0098]总的来说，被提取的参数包含与被测量ro脉冲相关的所有信息，尤其与脉冲波形特别相关(但是不是排他性的)，并有益于用于诊断目的的被测数据的随后使用。
[0099]就此而言，应该注意的是仪器I采集了与在所讨论电气系统中出现的局部放电相关的数据，并在其输出处提供该数据；所述数据然后用于进行电气系统的诊断评估和/或被存储，以构成形成诊断策略的知识库。在任何情况下，将根据要求和程序对与局部放电脉冲相关的数据进行操作、处理、显示等，其中这些要求和程序在原理上提前不知道或者不可预见。因此，重要的是由仪器I所测量的数据尽可能的有效和完整。
[0100]因此，模块26在其输入处接收段25 (gp,PD脉冲的整个时间轮廓的数字表示)，实时处理它们，并且输出压缩数字信号27，该压缩数字信号27由综合的(因此可以相当短的计算时间进行管理)但同样表示了 H)脉冲的整个时间轮廓的表示来构成。
[0101]模块26的动作不要求段25本身被保持，结果产生了在由仪器处理/输出的数据量方面的优点。然而，应该注意到，仪器I还利用由管理模块23发送的抑制信号提供了旁路模块26的可能，以使得段25由模块26输出，而不进行任何处理/提取。
[0102]所述压缩数字信号27的基本特性在于，相对于段25的采样，它需要更少的存储空间(RAM)，因此有助于扩展最大段突发长度(等于RAM)。
[0103]在所示的优选实施例中，处理/提取模块26连接到缓冲器28，即，环形存储器，其能实时(以接收输入数据相同的速度)存储压缩数字信号27 (或者段25，如果提取模块26被抑制的话)，从而使得它们可用于随后级，该随后级可以不同的速度进行操作。缓冲器28优选地通过硬件以可编程逻辑来实现(但是它也可以通过软件来实现)。
[0104]缓冲器28与控制元件24交互，其中该控制元件的功能是根据缓冲器28中的空闲空间量确定是否允许采集新的段。控制元件24优选地通过硬件以可编程逻辑来实现(但是它也可以通过软件来实现)。
[0105]缓冲器28与第二处理/提取模块29连接，第二处理/提取模块29优选地通过软件来实现(例如，包括DSP，或者微处理器，或者微控制器，或者其组合)，但是其也可通过具有可编程逻辑的硬件可编程。第二处理/提取模块29的功能与处理/提取模块26的功能类似；处理/提取模块29，运行在缓冲器28的下游，其可以执行需要更多时间的计算而不减慢仪器I的操作。处理器装置5独特地包括两个不同的处理/提取模块26和29以及插在这两个模块本身之间的缓冲器28的事实使得计算次数得到优化，并且使得死区时间最小，同时实时操作，即不需要在其中存储特定量的数据以随后提取数据的存储器。另外，在两个模块26和29的组合动作中，处理/提取模块26减小了第二处理/提取模块29的操作量，因而减小了连续最小死区时间。
[0106]应该注意的是，处理装置5还可包括单个处理/提取模块26，其实时操作，并不需要插入缓冲器28。
[0107]应该注意的是，处理装置5还可包括其他的结构。[0108]关于处理模块的操作以及数据流的管理，需要说明两个方面。
[0109]预触发存贮器19和缓冲器28构成存储器(其存在对于本发明的目的而言并不是不可缺少的)，其优选地设置成环形，根据FIFO逻辑进行管理；即，所述存储器输入和输出数据的顺序相同，其中它们连续接收而不中断数据流。因此，存储器的功能是进行操作以使数据流临时变慢。换句话说，缓冲器28构成了用于使得从所述输入级到所述输出级的数据流(临时)变慢的装置。
[0110]处理模块26和29能基于局部放电脉冲的整个波形来得到参数。然而，处理模块26 (以及可能的第二处理模块29)不能对对应于脉冲的所有采样同时操作，但是可以一次(顺序地)操作一个采样，从而执行通过顺序(在所述预定参数的计算中)，并且在每次通过将局部结果保持在其自己的寄存器中，所述局部结果可随时更新，直到在与脉冲相关的最后采样被处理之后它采用了所述预定参数的确定值为止。这种实现方面有助于可以基于被测局部放电脉冲的整个波形来实时地(死区时间值尤其减小)得到参数。
[0111]应该注意到，根据“推进系统”，在从输入级2到输出级4的数据流中，该事件的顺序是从输入到输出。
[0112]仪器I的输出级4包括通讯接口 30,其能封装(encapsulate)在双向通讯总线31上来自仪器I的数据以及到仪器I的数据，其中该双方向通讯总线优选地面向数据流。
[0113]应该注意的是，术语在A装置和B装置之间的面向数据流的双方向通讯表示可以传送两个数据流的任何系统，一个数据流从A到B，另一个数据流从B到A，以使得数据以与数据被发送顺序相同的顺序到达接收方并且两个数据流基本同时并连续。物理实现可容忍非连续(分组)系统和/或非同时系统(半双工)和/或非顺序系统，但是在这种情况下，它也可以继续称作数据流，这是因为恰当的协议和/或缓冲器可以将通讯返回到连续、同时或者顺序的状态。
[0114]应该注意的是，如果总线31的传送能力低于处理/提取模块29的能力，那么最小连续死区时间取决于总线31的传送能力。所述总线31例如可包括诸如RS232、USB、火线接口或者以太网之类的公知技术方案。通讯接口 30可以通过硬件并通过软件来实现。本发明的优选实施例提供了通过硬件设备在以太网上的TCP/IP套接字的实现。
[0115]仪器I还包括控制逻辑32，用于监视仪器I的软件部件的全部控制和同步功能，其通过软件来实现。
[0116]另外，处理装置5独特地优选包括调节元件33，其插在第二处理/提取模块29(或者处理/提取模块26)和输出级4之间，以根据所得到值来操作对已处理信号的数字滤波。
[0117]所述调节元件33，用于根据所述预定参数(与基于局部放电动作的评估的电气系统的诊断评估相关)来操作被测信号的实时滤波，其具有重要的优点，即，能长时间观察缓慢现象(其特征在于单位时间内几乎没有放电脉冲)，而不因与另外的、高密度、伴随现象(其特征在于单位时间内放电脉冲或者具有不想要的信号的数量很高)相关的数据使存储器(可以连接到输出级4，仪器I的下游)饱和。
[0118]应该注意的是，根据信号的波形，提取元件33有利地允许实时抑制噪声或者相对其他叠加的脉冲选择属于给定放电现象的脉冲。这使得仪器I可以输出完全的、重要的数据，而没有信息丢失的危险。否则，如果未加工的输入模拟信号被测量并且数字化(没有处理或滤波)以及被存储在存储器中，以便在随后的时间(例如，通过计算机)执行所有的处理操作，那么如果大量信息不得不通过软件管理，则可能存在不能测量所有感兴趣的脉冲的风险。
[0119]参考图2，数字化模块12，预触发存贮器19，触发发生器20，触发选择器22，管理模块23，处理/提取模块26 (以及可能的缓冲器28和第二处理/提取模块29)限定了一个单元，从逻辑功能的角度，在下文中可以称作采集通道34。在图2所示的实施例中，仪器I包括第一采集通道34A和第二采集通道34B。在存在两个或多个采集通道34时，每个触发选择器22接收并发送控制信号35，与包括在对应的采集通道34中的其他触发选择器22交互。
[0120]应该注意的是，为仪器I提供了多个采集通道34。所述采集通道34可例如专用于测量发生在多相电气系统的不同相上的局部放电。这种用途也提供了一个或多个采集通道34来测量除局部放电之外的量，例如，与环境因素(例如，温度和湿度)相关的量；在这种情况下，仪器I独特地包括专用于检测ro的通道以及缓慢通道，其基本并行动作。注意，所述通道不必要求存在触发装置。
[0121]在多个采集通道34的情况下，存在多种可能结构:从处理装置5的完全分开，到部分共享，到完全共享；完全共享使得不可能同时采集而不需要存在存储器区域来同时包含采样。
[0122]本发明还可以提供一种测量电气系统中局部放电的方法。
[0123]所述方法包括下面的步骤:
[0124]-在输入级处接收代表将要测量的局部放电的一个或多个脉冲的模拟信号，并且随后产生所述一个或多个脉冲的整个波形的数字表示，
[0125]-实时地，即不需要在存储器中存储数据地，处理所述一个或多个脉冲的整个波形的所述数字表示，以提取与所述一个或多个脉冲的波形相关的预定参数的值。
[0126]所述方法还包括测量模拟同步信号的步骤，该模拟同步信号代表施加到电气系统的电压，以使得其可用于随后的步骤。特别是，独特地提供了数字化所述模拟同步信号的步骤。
[0127]还提供的是根据所得到的值调节/滤波已处理的数字信号的步骤，其在处理步骤之后。
[0128]处理步骤依次优选地包括下面的子步骤:
[0129]-对所述一个或多个脉冲的整个波形的所述数字表示进行第一处理，
[0130]-将数字形式的数据临时写入到缓冲器中；
[0131]-对从该缓冲器读取的数据进行第二处理。
[0132]可操作地，根据本发明的方法包括下面的内容。
[0133]在输入级2中，代表一个或多个ro脉冲的模拟信号3通过采样步骤被翻译成代表将要分析的宽带信号的连续采样流；将采样传送到触发发生器20和预触发存贮器19，其中触发发生器观察检索超过该设置阈值(触发阈值21)的采样的信号并且产生触发事件，预触发存贮器19是存储等于预触发时间的大量采样的环形缓冲器。实际上，预触发存贮器19存在于处理/提取模块26的输入上，或者直接连接到缓冲器28上，采样流与接收的采样流相同但延迟了与触发时间相等的时间。在触发事件时，如果在缓冲器28中存在空间，那么管理模块23启动处理/提取模块26，并且在根据采集参数18设定的时间之后，确定段25结束；处理/提取模块26分析所述流并且从该段提取预定参数，并将该参数保存在缓冲器28上。
[0134]如果处理/提取模块26被禁止(通过管理模块23)，那么管理模块23命令在缓冲器28上与其时间坐标(绝对时间以及相对于同步信号的时间)一起存储整个段25。应该注意的是，如果模块26为被禁止，也存储所述时间坐标(通过处理/提取模块26本身)。
[0135]本发明可提供具有下列优点的装置和方法。
[0136]本发明可以利用特别短的死区时间来测量局部放电脉冲。应该注意的是，具有受限值的死区时间(其基本是其中系统在采集一个段之后并在能采集另一个之前是盲区的时间)允许在第一位置上在相同的时间采集更高数量的ro现象。就此而言，应该注意到，如果ro现象陷入噪声(S卩，非连续噪声，诸如电气装置之间的干扰)中，那么本领域公知的采集系统不能从彼此分开ro现象和/或不能将ro现象从噪声中分开。因此，可以采集更多数量的数据而不需要在存储器中存储所述数据，这使得可以通过分析实时提取的预定参数而测量PD现象并将该ro现象彼此分开并实时地或者在随后时间从噪声中分开。注意，所述分开可在数据输出之前在仪器I内实现，从而节约了通讯总线上的带宽。
[0137]将处理/提取模块分成两个模块26，29使得可以将死区时间限制到非常小的值(至少对于特定的放电数量)，例如，低于I微秒。
[0138]对于特定数量的放电可以具有相当短的死区时间的感知可从ro现象典型地不能随着时间均匀分布但是在确定的时间段上集中的事实中而得到。就此而论，本发明可以吸收放电集中而不将其丢失，并且然后在放电速度更加受到限制时处理它们。
[0139]应该注意的是，仪器I以实时操作的任何可编程逻辑来集成，包括缓冲器28，同时计算的剩余部分由通过软件实现的元件，或者通过DSP来实现，使得仪器I基本能实现任何类型的计算，同时限制了成本。可编程逻辑可以快速执行相对简单的操作，同时DSP中的软件可以执行任何类型的计算，但是典型地是在较长的时间内的计算，这取决于其成本及其复杂度。两个部件之间任务的分配可以得到优良的性能级别同时限制了成本和复杂度。
[0140]还应该注意的是，以可编程逻辑实现的部件以及通过软件(DSP)实现的那些部件通常同时操作，这是因为缓冲器28可以由可编程逻辑(例如，处理/提取模块26)来写入，并且同时由DSP (例如，第二处理/提取模块29)读取；该可编程逻辑仅在缓冲器28满的时候才不得不停止。
[0141]还应该注意的是，本发明的优点是由能够以特别快速并且有效的方式在被测数据上进行高度复杂的处理操作而构成的，这归功于所述预先的处理操作(即，其本身要求大量花费计算资源的处理操作)在插入处理/提取模块26的下游进行，即对压缩的数字信号27上实时进行。因此，本发明可以基本实时地提供被评估电气系统的诊断评估(例如，通过基本实时地将人工智能技术或者其他任何处理技术应用到被测数据上)。
[0142]另外，应该注意的是本发明可以以同时并且合作的方式测量和处理属于局部放电脉冲的信号以及属于任何其他量的信号，这归功于采用多个互相作用的采集通道34的可能性。
[0143]还应该注意的是，本发明不要求对于操作者部分的监管；因此，可以同样为了监测目的(即，用于对发生在所讨论电气系统中的放电信号的连续测量，其在不确定时间上延伸)，在任何情况下使用本发明。
【权利要求】
1.一种用于测量电气系统中局部放电的仪器(1)，包括: -输入级(2)，其设置成接收代表将要测量的局部放电的一个或多个脉冲的模拟信号(3)，并且在其输出处产生所述一个或多个脉冲的整个波形的数字表示， -输出级(4)，其设置成在输出处从仪器传送数字形式的数据， 其特征在于，该仪器包括数据处理装置(5)，该数据处理装置(5)可操作的与输入级(2)和输出级(4)相关联，以接收所述一个或多个脉冲的整个波形的所述数字表示、提取与所述一个或多个脉冲的波形相关的预定参数的值、并且将包括所述值的已处理数字信号传送到输出级(4)，该处理装置(5)基本实时操作，即，不需要用于中间存储数据的存储器。
2.如权利要求1所述的仪器，其中，具有用于测量模拟同步信号(6)的级(7，8)，其可操作地连接到处理装置上，该模拟同步信号(6)代表施加到电气系统上的电压；以及 用于数字化所述模拟同步信号的装置。
3.如权利要求1所述的仪器，其中该处理装置(5)包括调节元件(33)，其插入在输出级(4)的上游，用以根据所得到的值来操作对已处理信号的数字滤波。
4.如前述任一权利要求所述的仪器，其中存在多个采集通道(34)，其基本彼此并联地可操作地连接到输出级(4)。
5.如权利要求1所述的仪器，包括缓冲器(28)，其插入在输入级(2)和输出级(4)之间，用于临时写入数字形式的数据。
6.如权利要求1所述的仪器，其中该处理装置(5)包括用于从所述数字表示处理/提取所述预定参数的模块(26 )。
7.如权利要求6所述的仪器，其中该处理装置(5)包括缓冲器(28)，其插入在处理/提取模块(26)的下游。
8.如权利要求6所述的仪器，其中该处理装置(5)包括第二处理/提取模块(29)，以及缓冲器(28)，其插入在所述处理/提取模块之间。
9.如权利要求1所述的仪器，其中该处理装置(5)包括可编程逻辑，或者DSP，或者微处理器，或者微控制器，或者其组合。
10.如权利要求1所述的仪器，其中所述预定参数包括每个局部放电脉冲的极性，即脉冲的第一峰值的符号，并且所述脉冲的第一峰值在绝对值上超过参考值。
11.如权利要求1所述的仪器，其中所述预定参数包括放电脉冲的幅值，相位参数，等效持续时间(T)以及等效带宽(W)。
12.如前述任一权利要求所述的仪器，其中该输出级包括面向数据流的双向通讯总线(31)。
13.一种用于测量电气系统中局部放电的方法，其特征在于，该方法包括下面的步骤: -在输入级(2)中接收代表将要测量的局部放电的一个或多个脉冲的模拟信号(3)，并且在其输出处产生所述一个或多个脉冲的整个波形的数字表示， -实时地，即不需要在存储器中存储数据地、处理所述一个或多个脉冲的整个波形的所述数字表示，以提取与所 述一个或多个脉冲的波形相关的预设参数的值。
14.如权利要求13所述的方法，包括:测量模拟同步信号(6)的步骤，所述模拟同步信号(6)代表施加到电气系统上的电压，其可用于所述处理步骤；以及 数字化所述模拟同步信号(6)的步骤。
15.如权利要求13所述的方法，包括:在处理步骤之后根据所得到的值调节/滤波已处理数字信号的步骤。
16.如权利要求13所述的方法，其中处理步骤依次包括如下子步骤: -对所述一个或多个脉冲的整个波形的所述数字表示进行第一处理， -将数字形式的数据临时写入到缓冲器(28)中； -对从缓冲器(28)读取的数据进行第二处理。
17.一种用于电气系统/部件的诊断装置，包括: -用于测量局部放电的仪器； -用于为诊断目的而处理/评估从测量得到的局部放电得到的量的装置， 其特征在于，用于测量局部放电的仪器是如权利要求1所述的仪器(I)，或者其根据权利要求13所述的方法操作。
【文档编号】G01R31/12GK103809088SQ201410001520
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2007年4月11日 优先权日:2006年6月13日
【发明者】G·C·蒙塔纳里, G·帕西尼, F·贝蒂奥, A·卡瓦里尼, F·普利蒂, D·安德雷亚尼 申请人:特英普科技股份责任有限公司