超声波局部放电分析仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供的超声波局部放电分析仪，包括超声波传感器、信号分析放大器、信号处理器和信号显示器四部分；超声波传感器接收局部放电产生的超声波信号，并转化为电信号输出；信号放大器将接受的电信号进行多级信号放大和滤波；信号处理器对放大的电压信号进行时域频域分析并提取特征值，包括有效值、信号峰值以及信号工频相关量，最后将这些特征值显示在显示屏上。本实用新型可以测定分析较小的局部放电信号，提高了局部放电检测的灵敏度。
【专利说明】超声波局部放电分析仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属于高压电器绝缘故障检测领域，特别涉及一种利用超声波原理检测GIS设备局部放电的分析仪。
【背景技术】
[0002]气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear, GIS)具有绝缘度高、结构紧凑、占地面积小、适应性广、可靠性高的特点，目前在国内外电力系统的发电厂以及高压变电站中得到了广泛的应用。但是。在GIS的制造和装配过程中，由于工艺等问题GIS内部往往会存在一些小的缺陷，如金属微粒、绝缘气隙等等。这些缺陷在GIS运行过程中可能会发展成危险的放电通道，并最终引起GIS设备绝缘事故。局部放电是发生绝缘故障的重要征兆和表现形式。掌握设备内部存在的局部放电情况，并定位局部放电发生的位置，就能确保有足够的反应时间，对电力设备做有效的预测和维护。
[0003]超声波法和超高频法是目前两种比较有效的检测GIS设备局部放电情况的方法。这两种各有优缺点。超高频法是利用检测局部放电过程中发出的超高频电磁信号进行局部放电检测的方法。它的主要优点是灵敏度高，并能通过放电源到不同传感器的时间差对放电源进行精确定位。它适合对设备进行长期连续的监测，需要厂家在设备制造时内置传感耦合器以保证测量精度；如果在GIS外部进行现场检测，极易受到外界的各种电磁信号的干扰。超声波法是利用检测局部放电过程中发出的超声波信号进行局部放电检测的方法。它的主要优点是设备使用简便，可以通过对设备的逐点测量进行缺陷定位，更适合在现场的带电检测。
[0004]超声波局部放电检测仪，一般通过超声波传感器捕捉放电过程发生的超声波信号，然后经过信号的放大、滤波、整定以及信号的峰值检测和频率检测，最后显示并存储数据。GIS设备结构复杂，超声波在其内的传播途径很复杂，存在较强的声衰减。另外，对局部放电实施超声波检测时，现场的噪声和干扰非常强，如机械振动噪声、变压器铁心的磁致伸缩噪声及电磁波干扰等都存在，它们甚至会淹没局部放电的超声波信号。因而超声波局部放电检测仪除了需要灵敏度很高的超声波传感器外，还必须具有极高灵敏度的前置放大器。
实用新型内容
[0005]因此，本实用新型的主要目的是提供一种超声波局部放电分析仪，可以快速分析测定气体绝缘组合电器发生放电所产生的超声波信号，以发现GIS安全隐患并及时排除。
[0006]本实用新型提供的超声波局部放电分析仪，其特征在于包括超声波传感器、信号分析放大器、信号处理器和信号显示器；
[0007]所述的超声波传感器用于接收局部放电产生的超声波信号，并转化为电信号输出；
[0008]所述的信号放大器将接受的电信号进行信号前置放大和滤波。主要包括以下几步:将接收的信号首先通过电荷放大器进行初级放大；然后通过电压放大器进行两次次级放大，并同时通过高通滤波器过滤低频和高频信号，然后再次通过电压放大器放大，输入信号处理器。
[0009]所述的信号处理器对信号进行时域频域分析并提取特征值，所述的信号显示器将信号的特征值包括有效值、信号峰值以及信号工频相关量显示在显示屏上。
[0010]与现有的超声波局放仪相比，本实用新型提供的超声波局部放电分析仪，对超声波传感器获取的超声波信号进行多级放大和滤波，提高了检测的灵敏度，对于一些较小的局部放电也能准确地测定。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型提供的超声波局部放电分析仪的结构示意图；
[0012]图2为本实用新型信号放大器的原理示意图；
[0013]图3为本实用新型前置电荷放大器的电路示意图；
[0014]图4为本实用新型单个电压放大滤波电路示意图。
【具体实施方式】
[0015]本领域的技术人员可由本说明所揭示的内容了解本实用新型的特征和优点。本实用新型也可以通过其它不同的具体实例加以实施和应用。
[0016]实施例1:如图1所示，为本实用新型提供的局部放电超声波检测装置的结构示意图，如图所示，本实用新型的局部放电超声波检测装置包括4部分:超声波传感器、信号放大器和信号处理器和信号显示器。超声波传感器用于接收超声波信号，并转化为电信号输出到信号放大器；信号放大器将电信号进行多级放大和滤波，输出到信号处理器；信号处理器对接收的信号进行时域频域分析并提取信号的特征值包括信号的有效值、信号峰值以及信号工频相关量；信号显示器将提取的特征值显示在显示屏上。
[0017]实例2:图2是信号放大器的一个具体实施例，信号放大器由前置电荷放大器、两级电压放大器1、四阶高通滤波器和电压放大器2组成。由超声波传感器输出的电压信号一般非常小，首先通过电荷放大器对输入的信号进行初级放大，初级放大的信号再通过电压放大器I进行两次次级放大，经过同时通过高通滤波器过滤掉低于85KHz和高于310KHZ的信号，然后将滤波后的信号通过电压放大器2进行最后的信号放大，输出到信号处理器。
[0018]由于超声波传感器是一个高内阻的电荷源，需用具有高输入阻抗的放大器来进行信号放大。电荷放大器能够把高内阻的电荷转换成低内阻的电压信号。图3是本实例中电荷放大器的电路图。为保证良好的直流负反馈、必须选择高输入阻抗运放，同时要求具有很低的偏置电流，低的输入噪声，特别要求具有低的输入噪声电流。一般运放选择FET输入级的运算放大器，如AD8620。由于电荷放大器的运放反相端与传感器、电缆和反馈网络连接，它们的内阻抗以及运放输人阻抗均是高阻抗，因而极易受外部电场的干扰。当后级放大电路增益很高时，空间电容的寄生电容也有可能使测量放大系统振荡。在弱信号检测时，来自工频电场的干扰使测量难以进行。为此在反相输入端并联输入端的等效电阻和等效电容，另外接地进行严格的静电屏蔽防护。同时通过对反馈电阻和反馈电容的设置，对低频噪声和干扰做初步的滤除。图4为本实施例中I个电压放大器的电路图。为获得最佳的噪声性能，必须根据噪声匹配的要求，选用高输入阻抗的FET输入的OP放大器。通过2个放大器的串联，对电荷放大器输入的信号进行两次放大，两次放大均为10倍，包括I次同相放大和I次反相放大，同时通过C3和R1形成带通为85-310KHZ的带通滤波器。
【权利要求】
1.一种超声波局部放电分析仪,其特征在于包括超声波传感器、信号分析放大器、信号处理器和信号显示器；所述的超声波传感器用于接收局部放电产生的超声波信号，并转化为电信号输出；所述的信号放大器将接受的电信号进行信号放大和滤波；所述的信号处理器对信号进行时域频域分析并提取特征值，所述的信号显示器将信号的特征值包括有效值、信号峰值以及信号工频相关量显示在显示屏上。
2.如权利要求1所述的超声波局部放电分析仪，其特征在于所述的信号放大器，将接收的信号首先通过电荷放大器进行初级放大，然后通过电压放大器进行次级放大，经过两次放大的信号通过高通滤波器过滤低频和高频信号，然后再次通过电压放大器放大，输入信号处理器。
【文档编号】G01R31/12GK203929971SQ201420114380
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】郑浩, 朱胜龙, 章啸, 杨为, 李宾宾, 袁锋, 王刘芳, 陈锋, 汪胜和 申请人:国家电网公司, 国网安徽省电力公司电力科学研究院, 北京兴泰学成仪器有限公司