一种高压电缆局部放电信号采集处理系统及方法与流程

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种高压电缆局部放电信号采集处理系统及方法。

背景技术：

在对高压电缆进行绝缘制造过程中，由于工厂制造工艺等原因，难以避免一些杂质残留在绝缘层内部。在高压电缆运行过程中，由于绝缘层的老化和分解，会产生一些具有分散性的异物，这些杂质和异物的电导以及介电常数与绝缘介质存在很大的差异，在外施电压的作用下，这些杂质和异物所在部位的场强会明显高于周围部位的场强，随着外施电压的升高，当杂质和异物所在部位的场强超过了该处电缆的电离场强时，该处电缆就会产生电离放电，即局部放电。处于局部放电的电缆很容易被检修人员忽视，为了保证电缆的质量及安全性，需要工作人员及时发现电缆存在的问题及故障，并快速采取有效的措施进行处理。

现有技术中，用于高压电缆局部放电信号采集处理的方法是：采用低速率的USB数据采集卡对安装在高压电缆上的局部放电信号传感器的输出信号进行采集，然后将采集到的数据发送给局部放电信号数据处理软件进行采集、分析和保存。

然而，在现有技术中，由于局部放电信号传感器输出的信号频率远高于低速率USB数据采集卡，导致局部放电信号据采集时有效数据的损失较多，同时对USB后端的采集设备的配置要求很高，降低了局部放电信号采集处理的精确度和效率，影响了电网的安全稳定运行。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种高压电缆局部放电信号采集处理系统及方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种高压电缆局部放电信号采集处理系统，所述系统包括：

局部放电信号传感器、同步信号传感器、AD采集卡、数据采集处理模块、数据发送模块、上位机显示模块以及DSP模块，其中，

所述局部放电信号传感器以及同步信号传感器分别与所述AD采集卡连接，所述AD采集卡与所述数据采集处理模块的信号输入端连接，所述数据采集处理模块的信号输出端连接至所述数据发送模块，所述数据发送模块连接至所述DSP模块；所述DSP模块与所述上位机显示模块连接。

可选地，所述数据采集处理模块包括：局部放电触发和幅值处理模块、相位处理模块、幅值数据存储模块、放电信号数据存储模块、相位数据存储模块、数据整合处理模块以及异步数据存储模块，其中，

所述局部放电触发和幅值处理模块分别连接至所述相位处理模块、幅值数据存储模块以及放电信号数据存储模块；所述AD采集卡分别连接至所述局部放电触发和幅值处理模块、相位处理模块；所述相位处理模块连接至所述相位数据存储模块；所述幅值数据存储模块、放电信号数据存储模块和相位数据存储模块分别连接至所述数据整合处理模块，所述数据整合处理模块连接至所述异步数据存储模块；所述异步数据存储模块连接至所述数据发送模块。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种高压电缆局部放电信号采集处理方法，所述方法包括：

获取局部放电信号数据和同步信号数据；

将所述局部放电信号数据与设定阈值进行比较；

如果所述局部放电信号数据小于所述设定阈值，则重新获取所述局部放电信号数据和同步信号数据；

如果所述局部放电信号数据大于所述设定阈值，则根据同步信号数据获取局放相位、并同时保存所述局部放电信号数据以及局放相位；

再次获取所述局部放电信号数据和同步信号数据；

将再次获取的所述局部放电信号数据与所述设定阈值进行比较；

如果所述局部放电信号数据大于所述设定阈值，则根据再次获取的同步信号数据获取局放相位、并同时保存再次获取的所述局部放电信号数据以及局放相位；

如果所述局部放电信号数据小于所述设定阈值，则将保存的所述局部放电信号数据以及局放相位进行处理，获得数据流；

将所述数据流进行异步存储处理；

将异步存储处理后的所述数据流进行数字信号处理；

将数字信号处理后的所述数据流通过上位机显示模块进行显示。

可选地，所述设定阈值根据局部放电信号的数据特征以及AD采样的工作特性确定。

可选地，所述如果所述局部放电信号数据大于所述设定阈值，则根据同步信号数据获取局放相位、并同时保存所述局部放电信号数据以及局放相位，包括：

如果所述局部放电信号数据大于所述设定阈值，则由所述局部放电触发和幅值处理模块向所述相位处理模块发送相位计算使能信号；

局部放电触发和幅值处理模块发送完相位计算使能信号后，将局部放电信号的幅值存储到幅值数据存储模块、局部放电信号数据存储到放电信号数据存储模块，其中，所述局部放电信号数据包括局部放电信号的波形以及频率；

相位处理模块在接收到相位计算使能信号后，根据同步信号数据获取局放相位，并将所述局放相位存储到相位数据存储模块。

可选地，所述将局部放电信号的幅值存储到幅值数据存储模块包括：

将所述局部放电信号的幅值与保存在幅值数据存储模块的幅值进行比较，并将所述局部放电信号的幅值和保存在幅值数据存储模块的幅值中的最大值保存到幅值数据存储模块。

可选地，所述如果所述局部放电信号数据小于所述设定阈值，则将保存的所述局部放电信号数据以及局放相位进行处理，获得数据流，包括：

局部放电触发和幅值处理模块及相位处理模块向数据整合处理模块发送局部放电开始使能信号；

数据整合处理模块接收到局部放电开始使能信号后，发出帧头输入使能，生成用于辨识数据流起始位置的数据帧头数据；

数据整合处理模块依次发出局部放电信号数据输入使能信号、幅值输入使能信号以及相位输入使能，保存局部放电信号数据、局部放电信号幅值以及局放相位数据的放电信号数据存储模块、幅值数据存储模块以及相位数据存储模块分别向数据整合处理模块输入局部放电信号数据、局部放电信号幅值以及局放相位数据；

数据整合处理模块将所述局部放电信号数据、局部放电信号幅值和局放相位数据整合成一个完整的数据流。

可选地，所述将异步存储处理后的所述数据流进行数字信号处理，包括：

将异步存储处理后的所述数据流进行解包和缓存处理。

可选地，所述上位机显示模块的显示结果为处理后的局部放电信号脉冲数据、局部放电信号幅值和局放相位数据。

本发明的实施例提供的高压电缆局部放电信号采集处理系统包括：局部放电信号传感器、同步信号传感器、AD采集卡、数据采集处理模块、数据发送模块、上位机显示模块以及DSP模块。通过采用具有高速采集特性的AD采集卡，提高了局部放电信号采集的准确度和精度，能够保证信号采集的实时性，同时通过数据采集处理模块和数据发送模块将数据发送给DSP模块，减少了信号传输过程中的失真，能够有效提高局部放电信号采集处理的精确度和效率。

另外，本发明的实施例提供的高压电缆局部放电信号采集处理方法，通过逻辑算法，只对数据总数的一个变量进行分析处理，因而误差率极低，有利于对局部放电信号进行精确分析。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种高压电缆局部放电信号采集处理系统各模块的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种高压电缆局部放电信号采集处理系统的数据采集处理模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种高压电缆局部放电信号采集处理方法的流程示意图；

符号说明：

1-局部放电信号传感器、2-同步信号传感器、3-AD采集卡、41-数据采集处理模块、42-数据发送模块、411-局部放电触发和幅值处理模块、412-相位处理模块、413-幅值数据存储模块、414-放电信号数据存储模块、415-相位数据存储模块、416-数据整合处理模块、417-异步数据存储模块、5-上位机显示模块、6-DSP处理模块。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是本发明实施例提供的一种高压电缆局部放电信号采集处理系统各模块的结构示意图，如图1所示，所述高压电缆局部放电信号采集处理系统包括：局部放电信号传感器1、同步信号传感器2、AD采集卡3、数据采集处理模块41、数据发送模块42、上位机显示模块5以及DSP模块6。

局部放电信号传感器1以及同步信号传感器2分别与AD采集卡3连接，AD采集卡3与数据采集处理模块41的信号输入端连接，数据采集处理模块41的信号输出端连接至数据发送模块42，数据发送模块42连接至DSP模块6；DSP模块6与上位机显示模块5连接，其中，局部放电信号传感器1运用HFCT耦合的方法获得高压电缆上的局部放电信号，同步信号传感器2利用高压探头对用于高压电缆的高压电源进行衰减后获得高压电源的同步信号。

图2为本发明实施例提供的一种高压电缆局部放电信号采集处理系统的数据采集处理模块的结构示意图，如图2所示，

数据采集处理模块41包括：局部放电触发和幅值处理模块411、相位处理模块412、幅值数据存储模块413、放电信号数据存储模块414、相位数据存储模块415、数据整合处理模块416以及异步数据存储模块417，其中，

局部放电触发和幅值处理模块411分别连接至相位处理模块412、幅值数据存储模块413以及放电信号数据存储模块414；AD采集卡3分别连接至局部放电触发和幅值处理模块411、相位处理模块412；相位处理模块412连接至相位数据存储模块415；幅值数据存储模块413、放电信号数据存储模块414和相位数据存储模块415分别连接至数据整合处理模块416，数据整合处理模块416连接至异步数据存储模块417；异步数据存储模块417连接至数据发送模块42。

局部放电信号传感器1、同步信号传感器2、AD采集卡3、数据采集处理模块41、数据发送模块42、上位机显示模块5以及DSP模块6均集成在现场可编程门阵列FPGA电路板上。

数据采集处理模块41中局部放电信号和同步信号的处理过程如下：

局部放电触发和幅值处理模块411中，根据局部放电信号的数据特征以及AD采样的工作特性，设置一个合理的阈值与AD采集卡3中采集到的局部放电信号数据进行比较，当AD采集卡3采集的局部放电信号数据大于阈值时，便认为发生了局部放电，局部放电触发和幅值处理模块411向AD采集卡3发送局部放电触发使能信号，从局部放电信号数据大于阈值的时刻到AD采集卡3采集的局部放电信号数据下一次小于阈值的时刻，AD采集卡3采集到的信号数据就是一次局部放电现象所记录的局部放电波形，之后将局部放电信号的幅值存储到幅值数据存储模块413、局部放电信号数据存储到放电信号数据存储模块414。

AD模块采集的局部放电信号数据大于阈值，局部放电触发和幅值处理模块411向AD采集卡3发送放电触发使能信号后，又向相位处理模块412发出一个相位计算使能信号，其中，局部放电触发和幅值处理模块411中采用相邻比较法将局部放电信号的幅值存储到幅值数据存储模块413中，即将当前时刻采集到的局部放电信号的幅值与前一时刻采集到的或保存在幅值数据存储模块413中的局部放电信号的幅值作比较，保留最大的局部放电信号的幅值，并保存在幅值数据存储模块413中，一次局部放电数据采集完毕后，即可算出该次局部放电信号的峰值。

相位处理模块412中，在接收到局部放电触发和幅值处理模块411发送的相位计算使能信号后，根据AD采集卡3采集到的同步信号数据进行局放相位计算，具体步骤：在每个同步信号周期开始时相位处理模块412中的计数器进行计数，当FPGA电路板中的时钟信号的上升沿到来时计数器加一，当下一个同步信号周期开始时保存计数器的计数值，并进行下一个周期的计数，并新一周期的计数值代替前一周期的计数值，作为周期计数值，当局部放电触发和幅值处理模块411发出相位查找使能信号使能后，相位处理模块412记录此时刻对应同步信号周期内的计数值，作为相位计数值。由此可以得到两个计数值，分别代表周期计数值和放电时刻放电计数值，然后计算局部放电信号发生时对应同步信号的相位，其计算公式如下：

数据整合处理模块416，根据局部放电触发和幅值处理模块411及相位处理模块412发出的局部放电开始使能信号生成多路选择器数据输入控制时序，首先数据整合处理模块416发出帧头输入使能，生成用于辨识数据流起始位置的数据帧头数据。然后数据整合处理模块416发出局部放电信号数据输入使能信号，寄存局部放电信号的放电信号数据存储模块414向数据整合处理模块416输入局部放电信号数据，最后，数据整合处理模块416依次发出幅值输入使能信号以及相位输入使能，保存局部放电信号幅值以及局放相位数据的幅值数据存储模块413以及相位数据存储模块415分别向数据整合处理模块输入局部放电信号幅值以及局放相位数据，数据整合处理模块416将所述局部放电信号数据、局部放电信号幅值和局放相位数据整合成一个完整的数据流，以便于下级数据传输接口进行数据传输。

数据发送模块42，用于完成不同时钟域下的数据传输。

读写时钟为不同时钟域的时钟条件下(读时钟采取DSP给出的数据传输时钟，写时钟采取的是FPGA采集数据的时钟)例化了一个异步存储模块417；为了减少由于不同时钟域下存储地址的寄存器的计数改变会出现亚稳态，在地址编码上采用格雷码编码，即每次地址改变均有且只要一位寄存器的值发生改变，这样不仅保证了数据传输的可靠性也保证了模块运行的稳定性。

经过异步存储模块417处理后的数据流，通过FPGA集成电路板上的数据传输接口，将数据传输给DSP处理模块6，DSP处理模块6接收到数据后，经过解包和缓存处理后通过百兆网口将数据发送到上位机显示模块5的数据处理端口。

上位机显示模块5对数据进行解包处理后打点显示采集到的局部放电信号的脉冲数据、幅值以及相位数据。

图3为本发明实施例提供的一种高压电缆局部放电信号采集处理方法的流程示意图，如图3所述，所述方法包括：

步骤S110，获取局部放电信号数据和同步信号数据。

步骤S120，将所述局部放电信号数据与设定阈值进行比较。其中，所述设定阈值根据局部放电信号的数据特征以及AD采样的工作特性确定。

如果所述局部放电信号数据小于所述设定阈值，则重新获取所述局部放电信号数据和同步信号数据。

如果所述局部放电信号数据大于所述设定阈值，则进行步骤S130，根据同步信号数据获取局放相位、并同时保存所述局部放电信号数据以及局放相位，具体方法如下：

如果所述局部放电信号数据大于所述设定阈值，则由局部放电触发和幅值处理模块向所述相位处理模块发送相位计算使能信号；

局部放电触发和幅值处理模块发送完相位计算使能信号后，将所述局部放电信号的幅值与保存在幅值数据存储模块的幅值进行比较，并将所述局部放电信号的幅值和保存在幅值数据存储模块的幅值中的最大值保存到幅值数据存储模块，局部放电信号数据存储到放电信号数据存储模块，其中，所述局部放电信号数据包括局部放电信号的波形以及频率；

相位处理模块在接收到相位计算使能信号后，根据同步信号数据获取局放相位，并将所述局放相位存储到相位数据存储模块。

步骤S140，再次获取所述局部放电信号数据和同步信号数据。

步骤S150，将再次获取的所述局部放电信号数据与所述设定阈值进行比较。

如果所述局部放电信号数据大于所述设定阈值，则根据再次获取的同步信号数据获取局放相位、并同时保存再次获取的所述局部放电信号数据以及局放相位。

如果所述局部放电信号数据小于所述设定阈值，则进行步骤S160，将保存的所述局部放电信号数据以及局放相位进行处理，获得数据流，具体方法如下：

局部放电触发和幅值处理模块及相位处理模块向数据整合处理模块发送局部放电开始使能信号；

数据整合处理模块接收到局部放电开始使能信号后，发出帧头输入使能，生成用于辨识数据流起始位置的数据帧头数据；

数据整合处理模块依次发出局部放电信号数据输入使能信号、幅值输入使能信号以及相位输入使能，保存局部放电信号数据、局部放电信号幅值以及局放相位数据的放电信号数据存储模块、幅值数据存储模块以及相位数据存储模块分别向数据整合处理模块输入局部放电信号数据、局部放电信号幅值以及局放相位数据；

数据整合处理模块将所述局部放电信号数据、局部放电信号幅值和局放相位数据整合成一个完整的数据流。

步骤S170，将所述数据流进行异步存储处理。

步骤S180，将异步存储处理后的所述数据流进行数字信号处理，其中，异步存储处理包括数据流解包和缓存处理。

步骤S190，将数字信号处理后的所述数据流通过上位机显示模块进行显示，其中，所述上位机显示模块的显示结果为处理后的局部放电信号脉冲数据、局部放电信号幅值和局放相位数据。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。