气体绝缘变电站局放在线监测用数字工频相位传感器的制作方法

本实用新型涉及高压电气设备技术领域，具体涉及一种气体绝缘变电站局放在线监测用数字工频相位传感器。

背景技术：

气体绝缘变电站(GIS，Gas Insulated Substation)是一种运行可靠、维护工作量小、检修周期长的高压电气设备，常采用密封式的罐体组合电气结构，罐体内充入一定压力的SF6气体作为绝缘气体。在强电磁作用下，气体绝缘变电站会发生局部放电现象，通过局部放电时所产生的电、光等现象，可以定位局部放电的位置，并判断放电的程度。

目前应用较广泛的局部放电检测方法有脉冲电流法、气相色谱分析法和超高频检测法等。其中，脉冲电流法和气相色谱分析法不便于在线检测，而超高频检测法可以对气体绝缘变电站局部放电进行带电检测和在线监测。

采用超高频检测法对气体绝缘变电站局部放电进行检测时，悬浮电位体放电、绝缘件内部气隙放电、沿面放电及金属尖端放电等，都与工频相位具有一定的关联性。准确获取气体绝缘变电站设备的工频相位信号，有助于可靠检测气体绝缘变电站局部放电。

目前，气体绝缘变电站局部放电检测工频相位通常是取自检测电压的互感器，存在二次系统安全隐患问题，当检测电压的互感器损坏时，会影响气体绝缘变电站局部放电的正常工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种气体绝缘变电站局放在线监测用数字工频相位传感器，该传感器可以从强电磁干扰环境中准确的检测出GIS局部放电信号。

为解决上述技术问题，本实用新型公开的一种气体绝缘变电站局放在线监测用数字工频相位传感器，其特征在于：它包括工频感应天线、信号采样模块、数字滤波器和锁相放大器，其中，所述工频感应天线的信号输出端连接信号采样模块的信号输入端，信号采样模块的信号输出端连接数字滤波器的信号输入端，数字滤波器的信号输出端连接锁相放大器的信号输入端，锁相放大器的信号输出端连接锁相放大器的输出相位信号反馈端，所述工频感应天线用于接收气体绝缘变电站分相带电体中的工频信号。

本实用新型设计了由工频感应天线、信号采样模块、数字滤波器和锁相放大器组成的气体绝缘变电站局放在线监测用数字工频相位传感器，该传感器能对气体绝缘变电站内部局部放电进行动态检测、准确定位，将局部放电信号中工频信号从强电磁干扰信号中准确的检测出来。具有检测速度快、抗干扰能力强等优点。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型中锁相放大器的原理框图。

其中，1—工频感应天线、2—信号采样模块、2.1—模数转换器、2.2—运算放大器、3—数字滤波器、4—锁相放大器、4.1—比例积分调节器、4.2—复频域变量积分器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

本实用新型的气体绝缘变电站局放在线监测用数字工频相位传感器，如图1和2所示，它包括工频感应天线1、信号采样模块2、数字滤波器3和锁相放大器4，其中，所述工频感应天线1的信号输出端连接信号采样模块2的信号输入端，信号采样模块2的信号输出端连接数字滤波器3的信号输入端，数字滤波器3的信号输出端连接锁相放大器4的信号输入端，锁相放大器4的信号输出端连接锁相放大器4的输出相位信号反馈端，所述工频感应天线1用于接收气体绝缘变电站分相带电体中频率为50HZ的工频信号。

上述技术方案中，所述数字滤波器3为复矢量滤波器。复矢量滤波器的传递函数H(s)为：

其中，ω_o是采样模块2输出信号的工频信号，ω_c为复矢量滤波器的截止频率；j为虚单位，s为复频域变量。该复矢量滤波器可以从受强电磁干扰的信号中提取工频信号。优点是在采样模块2输出信号的工频信号ω_o处，复矢量滤波器的增益为1，对应相移为0。

图2为锁相放大器4的原理图，V_m和θ分别是所检测到的工频信号的幅值和相位，θ'为锁相放大器4输出的相位信号，比例积分调节器4.1的传递函数G_c(s)为：

其中，K_p是比例积分调节器4.1的比例系数，K_i为比例积分调节器4.1的积分系数。该锁相方法可以精确的获取所检测到的工频信号的相位。

上述技术方案中，所述锁相放大器4的信号输出端输出0～5V的方波工频信号。

上述技术方案中，数字滤波器3和锁相放大器4用于将气体绝缘变电站的局部放电信号中工频信号的相位从噪声中检测出来。

上述技术方案中，所述信号采样模块2包括模数转换器2.1和运算放大器2.2，所述工频感应天线1的信号输出端连接模数转换器2.1的信号输入端，模数转换器2.1的信号输出端连接运算放大器2.2的信号输入端，运算放大器2.2的信号输出端连接数字滤波器3的信号输入端。

上述技术方案中，所述锁相放大器4包括比例积分调节器4.1和复频域变量积分器4.2，所述数字滤波器3的信号输出端连接比例积分调节器4.1的信号输入端，比例积分调节器4.1的信号输出端连接复频域变量积分器4.2的信号输入端，复频域变量积分器4.2的信号输出端连接比例积分调节器4.1的输出相位信号反馈端。

本实用新型工作过程为：工频感应天线1接收气体绝缘变电站分相带电体中频率为50HZ的工频信号，并对其进行模数转换和运算放大处理，放大后的信号输送到数字滤波器3，数字滤波器3滤除天线1接收50HZ工频信号中的噪声，从中提取出50HZ的工频信号，数字滤波器3提取工频信号的幅值V_m和相位θ，工频信号的相位θ与锁相放大器4输出信号的相位θ'相减得到误差信号，误差信号传输给比例积分调节器4.1进行处理，比例积分调节器4.1输出工频信号的频率，工频信号的频率输入到复频域变量积分器4.2进行处理，复频域变量积分器4.2输出锁相放大器4的相位信号θ'，锁相放大器4的相位信号θ'即为本数字工频相位传感器检测得到的工频信号的相位。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。