用于现场暂态地电压局部放电的发射装置及其发射方法与流程

本发明涉及局部放电技术领域，特别是一种用于现场暂态地电压局部放电的发射装置及其发射方法。

背景技术：

电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质(特别是有机电介质)的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。因此，对电力设备进行局部放电测试是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验。

开关柜普遍应用于电网中，局部放电是其绝缘缺陷的主要表现形式之一，局放检测也是评估开关柜内设备绝缘状况的有效手段。基于tev原理的局部放电检测设备具有传播过程衰减较小，能够实现良好的检测灵敏度；可根据电磁脉冲信号的衰减和时差对开关柜的局部放电源进行定位；可分析出开关柜局部放电类型等优点，在开关柜的局部放电检测中获得了广泛的应用。

然而，在实际运用中发现，大多数基于tev的检测设备缺乏传感器现场校验功能，无法保证检测的准确性，均存在灵敏度不高、重复性差、不能可靠定位等问题，因此开发一种便携式的开关柜局部放电的发射装置，用于保证检测效果，提高开关柜安全运行的可靠性。这对于提高开关柜现场巡检质量，缩短设备事故发现消缺的周期有显著的实际意义。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明实施提供了一种用于现场暂态地电压局部放电的发射装置及其发射方法，其能够每次触发都产生相同能量的电磁信号，能够输出脉宽为ns级的电磁脉冲信号以供地电波传感器接收，完全符合实际中局部放电为持续时间很短的瞬态过程，输出信号的一致性或可重复性且能够提供量化标定结果为检测提供坚实基础，本发明便携、重复性强、可用于现场暂态地电压局部放电。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

本发明的一方面，一种用于现场暂态地电压局部放电的发射装置包括，

直流电源；

触发及电流脉宽控制单元，其电连接所述直流电源，所述触发及电流脉宽控制单元包括，

触发单元，其发出触发信号，以及

脉宽控制单元，其基于触发信号发出电流脉宽信号；

场效晶体管驱动单元，其电连接直流电源和触发及电流脉宽控制单元，所述场效晶体管驱动单元基于触发信号和电流脉宽信号生成脉冲信号和通断时间；

高压脉冲发生器，其电连接直流电源和场效晶体管驱动单元，所述高压脉冲发生器基于所述脉冲信号和通断时间生成预定脉宽和预定频率的瞬态电磁脉冲；

电磁探头，其连接高压脉冲发生器和电磁波发送单元；

电磁波发送单元，其基于来自所述电磁探头的瞬态电磁脉冲发送电磁波。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置中，场效晶体管驱动单元包括金属氧化物半导体场效应晶体管。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置中，金属氧化物半导体场效应晶体管为n型金属氧化物半导体场效应晶体管或p型金属氧化物半导体场效应晶体管

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置中，所述直流电源包括可充电锂电池。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置中，所述触发单元包括触发比较端，所述触发单元电连通直流电源，触发比较端保持低电平，当触发单元接收触发信号，触发比较端由低电平转换成高电平并由下降沿沿触发。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置中，场效晶体管驱动单元基于mosfet牵引和控制充电电容生成瞬态电磁脉冲。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置中，所述高压脉冲发生器为高压脉冲包。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置中，所述高压脉冲包的变比2000:1，输入电压峰值为22v，高压包副边输出电压峰值最高达60kv。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置中，所述电磁波发送单元发送的电磁波信号积分的脉冲上升沿为ns级。

根据本发明的另一方面，一种所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的发射方法包括以下步骤，

在第一步骤中，触发及电流脉宽控制单元、场效晶体管驱动单元和高压脉冲发生器分别电连接直流电源，场效晶体管驱动单元一端电连接场效晶体管驱动单元，另一端电连接高压脉冲发生器，电磁波发送单元经由电磁探头连接所述高压脉冲发生器；

在第二步骤中，触发单元发出触发信号，脉宽控制单元基于触发信号发出电流脉宽信号；

在第三步骤中，场效晶体管驱动单元基于触发信号和电流脉宽信号生成脉冲信号和通断时间；

在第四步骤中，所述高压脉冲发生器基于所述脉冲信号和通断时间生成预定脉宽和预定频率的瞬态电磁脉冲；

在第五步骤中，电磁波发送单元基于来自所述电磁探头的瞬态电磁脉冲发送电磁波。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的触发及电流脉宽控制单元的示意性电路图；

图3是根据本发明一个实施例的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的场效晶体管驱动单元的示意性电路图；

图4是根据本发明一个实施例的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的场效晶体管驱动单元的示意性电路图；

图5是根据本发明一个实施例的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的高压脉冲发生器的发生示意图；

图6是根据本发明一个实施例的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的输出电压脉冲信号波形图；

图7是根据本发明一个实施例的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的一致性检测波形图；

图8是根据本发明一个实施例的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的发射方法的步骤示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图8更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例将结合图1-8进行具体说明。图1为本发明的一个实施例的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的结构示意图，如图1所示，一种用于现场暂态地电压局部放电的发射装置包括，

直流电源1；

触发及电流脉宽控制单元2，其电连接所述直流电源1，所述触发及电流脉宽控制单元2包括，

触发单元3，其发出触发信号，

脉宽控制单元4，其基于触发信号发出电流脉宽信号；

场效晶体管驱动单元5，其电连接直流电源1和触发及电流脉宽控制单元2，所述场效晶体管驱动单元5基于触发信号和电流脉宽信号生成脉冲信号和通断时间；

高压脉冲发生器6，其电连接直流电源1和场效晶体管驱动单元5，所述高压脉冲发生器6基于所述脉冲信号和通断时间生成预定脉宽和预定频率的瞬态电磁脉冲；

电磁探头7，其连接高压脉冲发生器6和电磁波发送单元8；

电磁波发送单元8，其基于来自所述电磁探头7的瞬态电磁脉冲发送电磁波。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，用于现场暂态地电压局部放电的发射装置包括触发及电流脉宽控制单元2、mosfet驱动电路控制单元、高压脉冲发生器6、电磁探头7及电磁波发送单元8多个部分组成。触发及电流脉宽控制单元2为mosfet驱动电路提供脉冲信号，控制mosfet的导通和关断，进而在电磁探头7上产生脉宽、频率为设定值的瞬态电磁脉冲，并通过电磁波发送单元8将产生的电磁波更多的辐射到空间中。由于采用mosfet方式控制电流脉冲，后端对电压信号的方法可采用小型化的高压脉冲包，从而代替体积较大的脉冲变压器，整个校验设备实现了小型化和便携化。

在一个实施例中，直流电源1采用可以循环充电使用的锂电池，节能环保，同时解决了野外施工作业的电源问题，避免在现场另接电源，电子器件的选取和配合采用节能方式，使得理论待机时间长达16小时。

在一个实施例中，电磁脉冲调理单元包含触发及电流脉宽控制单元2、mosfet驱动电路控制单元、高压脉冲发生器6多个部分，能量产生采用mosfet牵引和控制充电电容的方式，在设计上降低了设备的重量和尺寸，方便携带。采用mosfet方式控制电流脉冲，后端对电压信号的方法可采用小型化的高压脉冲包，从而代替体积较大的脉冲变压器，实现整个校验设备的小型化和便携化。

在一个实施例中，根据要求，单脉冲信号的输入采用人工按键触发方式，触发模式为等待模式，因此在直流电源1打开后，工作单元一直处于待触发状态，触发比较端+tr1和-tr1维持低电平，当触发单元3q2接收触发信号后，比较端-tr1处于高电平，并由下降沿沿触发，cmos进入工作状态，脉宽控制单元4同时开始启动。开关触发及电流脉宽控制单元2如图2所示。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置优选实施例中，所述直流电源1包括可充电锂电池。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置优选实施例中，所述触发单元3包括触发比较端，所述触发单元3电连通直流电源1，触发比较端保持低电平，当触发单元3接收触发信号，触发比较端由低电平转换成高电平并由下降沿沿触发。

在一个实施例中，图3所示的场效晶体管驱动单元5由上一级开关触发单元3所控制，并为后一级mosfet提供稳定的输入电平并控制mosfet的通断时间。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置优选实施例中，场效晶体管驱动单元5包括金属氧化物半导体场效应晶体管。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置优选实施例中，金属氧化物半导体场效应晶体管为n型金属氧化物半导体场效应晶体管或p型金属氧化物半导体场效应晶体管。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置优选实施例中，场效晶体管驱动单元5基于mosfet牵引和控制充电电容生成瞬态电磁脉冲

在一个实施例中，图4所示的mosfet输出单元输出电平由电容c6和电阻r4决定，输出能量由mosfet通断时间和4-6v直流电源1为电容c6的充电效能决定。在直流电源1开关接通状态下，4-6v直流电源1始终为电容c6充电，该充电时间为校验仪的等待回复时间，大约在2～5s左右，为保证mosfet输出电压较陡的上升沿，输出回路的电阻设置为零。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置优选实施例中，所述高压脉冲发生器6为高压脉冲包。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置优选实施例中，所述高压脉冲包的变比2000:1，输入电压峰值为22v，高压包副边输出电压峰值最高达60kv。

在一个实施例中，图5所示的高压脉冲包的变比2000:1，输入电压峰值为22v，高压包副边输出电压峰值最高可达60kv，尖板火花间隙距离的设置可根据被校验传感器设备的响应灵敏度来确定，根据调研目前广泛采用的地电波测试设备的灵敏度，固定该校验器的火花间隙为4mm。

所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置优选实施例中，所述电磁波发送单元8发送的电磁波信号积分的脉冲上升沿为ns级。

在一个实施例中，高压脉冲包空载情况下由mosfet输出的电压脉冲信号如图6所示，该信号上升沿大约为2ns，脉宽为22ns。当脉冲包并入串入火花间隙后，在放电瞬间流经回路的脉冲电流信号也如图所示，由图可知，该信号上升沿大约为2.5ns，半峰值大约为20ns，完全符合实际局部放电脉冲电流波形特征。

由于地电波检测传感器是对电磁波积分能量信号的响应，因此校验器输出的电磁波积分信号能量需要具备一致性，即每次触发都产生相同能量的电磁信号。如图7所示，为检验器在放电强度一定，火花间隙一定，试验电路一定时，输出一定频率放电脉冲时，经tev传感器采集到的tev脉冲序列波形，由图可知，各放电脉冲幅值大小一定，说明本发明具有较好的一致性，并且经过多次测试，脉冲幅值和能量的重复率几乎为100％。

根据本发明的另一方面，如图8所示，一种所述的用于现场暂态地电压局部放电的发射装置的发射方法包括以下步骤，

在第一步骤s1中，触发及电流脉宽控制单元2、场效晶体管驱动单元5和高压脉冲发生器6分别电连接直流电源1，场效晶体管驱动单元5一端电连接场效晶体管驱动单元5，另一端电连接高压脉冲发生器6，电磁波发送单元8经由电磁探头7连接所述高压脉冲发生器6；

在第二步骤s2中，触发单元3发出触发信号，脉宽控制单元4基于触发信号发出电流脉宽信号，

在第三步骤s3中，场效晶体管驱动单元5基于触发信号和电流脉宽信号生成脉冲信号和通断时间；

在第四步骤s4中，所述高压脉冲发生器6基于所述脉冲信号和通断时间生成预定脉宽和预定频率的瞬态电磁脉冲，

在第五步骤s5中，电磁波发送单元8基于来自所述电磁探头7的瞬态电磁脉冲发送电磁波。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。