用于检测局部放电的外置传感器系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于检测局部放电的外置传感器系统，包括超声波接收探头、前置放大模块、对数检波模块、电源供电模块，通过选择噪声低、增益高的放大器AD620与大动态范围、较高灵敏度的对数放大器AD8310，满足了大动态范围和小失真的要求，且解决了发生局部放电时，从局放源产生的超声波在传播到超声波接收探头的过程中会发生衰减和吸收，在不同介质的相接面还会发生反射等多种损耗，超声波探头接收到的超声波信号极其微弱的问题。与传统检测相比，该种用于检测局部放电的外置传感器系统的检测灵敏度达-89dBm，完全能满足局放检测中传感器灵敏度的要求。
【专利说明】用于检测局部放电的外置传感器系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于检测局部放电的外置传感器系统。
【背景技术】
[0002]电力系统的可靠性和稳定性是各用电部门对电力行业的最基本要求。局部放电是气体绝缘组合开关设备GIS和变压器等常见电气设备绝缘劣化的征兆和表现形式，局部放电又会引起绝缘性能的进一步劣化，甚至最终可能会引起绝缘击穿，造成严重的后果。因此，对电力设备进行局部放电检测能及时发现设备的绝缘状况，并对存在的绝缘隐患进行及时的维修排查，能降低维修成本，保证电力设备的正常运行。
[0003]局部放电检测的关键技术是研制高灵敏度的传感器，而传感器方式有内置和外置传感器两类。内置传感器主要有圆盘行和锥形的。内置传感器具有比较高的传感效率，同时也有利于抗外界各种干扰。但是内置传感器一般不能在电力系统的正常运行下进行测试，而外置传感器一般能在电力系统运行的情况下测试局放，并能进行在线监测。由于外置传感器比内置传感器结构复杂，在工程使用中较为满意的还不多见。因此，研制一种高灵敏度的局放检测外置传感器有重要的现实意义。
[0004]上述问题是在局部放电的检测过程中应当予以考虑并解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于检测局部放电的外置传感器系统解决现有技术中存在的内置传感器不能在电力系统的正常运行下进行测试，而目前的外置传感器比内置传感器结构复杂，在工程使用中的使用不理想的问题。
[0006]本发明的技术解决方案是:
一种用于检测局部放电的外置传感器系统，包括前置放大模块、对数检波模块、用于为前置放大模块和对数检波模块提供电压的电源供电模块，所述前置放大模块包括放大器AD620，所述放大器AD620的引脚I通过调节电阻Rg连接放大器AD620的引脚8，所述放大器AD620的引脚2通过电容Cl连接有超声波接收探头，所述放大器AD620的引脚2通过电阻Rl接地，所述放大器AD620的引脚3通过电容C2连接超声波接收探头，所述放大器AD620的引脚3通过电阻R2接地，所述放大器AD620的引脚4通过电感L2连接有电源供电模块的负极，所述放大器AD620的引脚4通过钽电容C5接地，所述放大器AD620的引脚4通过电容C5接地，所述放大器AD620的引脚5接地，所述放大器AD620的引脚6通过电容C7连接对数检波模块，所述放大器AD620的引脚7通过电感LI连接电源供电模块的正极，所述放大器AD620的引脚7通过电容C3接地，所述放大器AD620的引脚7通过钽电容C4接地。
[0007]优选地，所述对数检波模块包括对数放大器AD8310，所述对数放大器AD8310的引脚I通过电容C9连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚2通过连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚3通过电容C22连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚4通过电阻R22连接输送端，所述对数放大器AD8310的引脚5依次通过电阻R4、电感L3接地，所述对数放大器AD8310的引脚5通过电容C24连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚5依次通过电阻R4、钽电容C20连接电源供电模块的负极，所述钽电容C20并联有电容C21，所述对数放大器AD8310的引脚6通过电容C23连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚6通过电阻R21连接对数放大器AD8310的引脚4，所述对数放大器AD8310的引脚7通过电容C25连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚8通过电容CS连接前置放大模块，所述对数放大器AD8310的引脚I通过电感L4连接对数放大器AD8310的引脚8，所述电容C8通过电阻R3连接电容C9。
[0008]优选地，所述调节电阻Rg的阻值为205-220 Q。
[0009]优选地，所述超声波接收探头包括外壳、金属丝网罩、锥形共振盘、压电晶片和引线端子，所述金属丝网罩、锥形共振盘、压电晶片均设于所述外壳内，所述金属丝网罩设于外壳的顶部，所述锥形共振盘设于压电晶片上，所述压电晶片连接引线端子。
[0010]优选地，所述电源供电模块包括电源芯片P1、第一稳压管78L05和第二稳压管78L05，所述电源芯片Pl的管脚I依次通过保险丝F1、二极管D6连接第一稳压管78L05的引脚3，所述电源芯片Pl的管脚2连接第一稳压管78L05的引脚2和第二稳压管78L05的引脚2，所述第一稳压管78L05的引脚2通过瞬态抑制二极管TVSl连接二极管D6的正极，所述二极管D6的负极连接第一稳压管78L05的引脚3，所述第一稳压管78L05的引脚2通过电容ClOl连接第一稳压管78L05的引脚3，所述电容ClOl并联有钽电容C102，所述第一稳压管78L05的引脚I连接有第二稳压管78L05的引脚3，所述第一稳压管78L05的引脚I通过电容C103连接第二稳压管78L05的引脚I，所述电容C103并联有钽电容C104，所述第二稳压管78L05的引脚2通过电容C201连接第二稳压管78L05的引脚3，所述电容C201并联有钽电容C202，所述第二稳压管78L05的引脚I接地，所述第二稳压管78L05的引脚I通过电容C203连接第二稳压管78L05的引脚2，所述电容C203并联有钽电容C204。
[0011]优选地，所述前置放大模块与对数检波模块间连接有用于接收电磁波的天线。
[0012]本发明一种用于检测局部放电的外置传感器系统，包括超声波接收探头、前置放大模块、对数检波模块、电源供电模块，并使用示波器等作为脉冲输出显示。通过选择噪声低、增益高的放大器AD620与大动态范围、较高灵敏度的对数放大器AD8310，满足了大动态范围和小失真的要求，且解决了发生局部放电时，从局放源产生的超声波在传播到超声波接收探头的过程中会发生衰减和吸收，在不同介质的相接面还会发生反射等多种损耗，超声波探头接收到的超声波信号极其微弱的问题。电源供电电路只要为传感器电路中使用的前置放大器和检波器提供稳定的电压，并要满足每个芯片对供电电压的要求。
[0013]在前置放大模块中，放大器AD620的引脚2和引脚3两个输入端分别用0.1MF的无极性电容交流耦合输入，两个耦合电容分别和两个一端接地的IOOkQ的电阻组成高通滤波器，以便降低环境中的低频干扰。放大器AD620的引脚7和引脚4分别为正、负电源供电端，供电电压范围为±2.3V?±18V。放大器AD620的引脚7和引脚4均通过连接一个贴片封装0.1MF的陶瓷电容和一个贴片封装IOMF的有极性钽电容，并通过一个磁珠与电源连接。放大器AD620的引脚5为基准引脚，为了保证芯片能正常工作接地。
[0014]在对数检波模块中，由电阻R3、电容C8、电容C9和对数放大器AD8310的输入阻抗共同组成输入端口网络。对数放大器AD8310的引脚5连接电源供电端，采用一个0.1MF的无极电容C21和一个IOMF的有极钽电容C20并联形成电源滤波，并与一个磁珠和电阻R4串联接入。对数放大器AD8310的引脚2接地，在对数放大器AD8310的引脚4和引脚6脚间连接对数斜率调节电阻R21。该种用于检测局部放电的外置传感器系统，基于噪声低、增益高的放大器AD620和大动态范围的对数检波放大器AD8310的超声波传感器电路，具有高灵敏度和可用电池供电的特点。与传统检测相比，该种用于检测局部放电的外置传感器系统的检测灵敏度达_89dBm，完全能满足局放检测中传感器灵敏度的要求。
[0015]该种用于检测局部放电的外置传感器系统，检测是非侵入式的，而放电点通常在设备的内部，传感器一般是紧贴设备外壳。超声波从放电源到传感器要经过介质传播，声波在传播中发生衰减，频率越大，衰减越严重。超声波传感器的检测范围在很大程度上取决于其使用的波长和频率。波长越长，频率越小，检测距离越大。结合声波的特性，选择中心频率约为40kHz的超声波探头接收到的信号作为检测信号，选择中心频率为40kHz的超声波接收探头，放大器AD620的引脚I与引脚8间连接的增益调节电阻Rg的阻值选择为205-220 Q，优选为210Q，保证了频率在40kHz左右的信号被放大而能满足局放检测的要求。
[0016]该种用于检测局部放电的外置传感器系统，所述前置放大模块与对数检波模块间连接有用于接收电磁波的天线，能够同时提取局放声、电信号并获得声、电信号时间差，而且在平面内的定位误差较小，用于局部放电检测和定位。
[0017]本发明的有益效果是:本发明一种用于检测局部放电的外置传感器系统，检测不受电气干扰，具有可实现在线检测的优势。由于声波传播速度较小，有利于获取相对准确的时间差，便于局放定位，同时也可以提高定位精确度。基于噪声低、增益高的放大器AD620和大动态范围的对数检波放大器AD8310的超声波传感器电路，具有高灵敏度和可用电池供电的特点。与传统检测相比，该种用于检测局部放电的外置传感器系统的检测灵敏度达-89dBm，完全能满足局放检测中传感器灵敏度的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例中超声波接收探头的结构示意图；
图3是本发明实施例中电源供电电路的结构示意图。
[0019]其中:1-超声波接收探头，2-外壳，3-金属丝网罩，4-锥形共振盘，5-压电晶片，6-引线端子。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
[0021]如图1所示，本实施例提供一种用于检测局部放电的外置传感器系统，包括前置放大模块、对数检波模块、用于为前置放大模块和对数检波模块提供电压的电源供电模块，所述前置放大模块包括放大器AD620，所述放大器AD620的引脚I通过调节电阻Rg连接放大器AD620的引脚8，所述放大器AD620的引脚2通过电容Cl连接有超声波接收探头1，所述放大器AD620的引脚2通过电阻Rl接地，所述放大器AD620的引脚3通过电容C2连接超声波接收探头1，所述放大器AD620的引脚3通过电阻R2接地，所述放大器AD620的引脚4通过电感L2连接有电源供电模块的负极，所述放大器AD620的引脚4通过钽电容C5接地，所述放大器AD620的引脚4通过电容C5接地，所述放大器AD620的引脚5接地，所述放大器AD620的引脚6通过电容C7连接对数检波模块，所述放大器AD620的引脚7通过电感LI连接电源供电模块的正极，所述放大器AD620的引脚7通过电容C3接地，所述放大器AD620的引脚7通过钽电容C4接地。所述前置放大模块与对数检波模块间连接有用于接收电磁波的天线。所述调节电阻Rg的阻值为205-220 Q。
[0022]所述对数检波模块包括对数放大器AD8310，所述对数放大器AD8310的引脚I通过电容C9连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚2通过连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚3通过电容C22连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚4通过电阻R22连接输送端，所述对数放大器AD8310的引脚5依次通过电阻R4、电感L3接地，所述对数放大器AD8310的引脚5通过电容C24连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚5依次通过电阻R4、钽电容C20连接电源供电模块的负极，所述钽电容C20并联有电容C21，所述对数放大器AD8310的引脚6通过电容C23连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚6通过电阻R21连接对数放大器AD8310的引脚4，所述对数放大器AD8310的引脚7通过电容C25连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚8通过电容CS连接前置放大模块，所述对数放大器AD8310的引脚I通过电感L4连接对数放大器AD8310的引脚8，所述电容C8通过电阻R3连接电容C9。
[0023]如图2所示，所述超声波接收探头I包括外壳2、金属丝网罩3、锥形共振盘4、压电晶片5和引线端子6，所述金属丝网罩3、锥形共振盘4、压电晶片5均设于所述外壳2内，所述金属丝网罩3设于外壳2的顶部，所述锥形共振盘4设于压电晶片5上，所述压电晶片5连接引线端子6。如图3所示，所述电源供电模块包括电源芯片P1、第一稳压管78L05和第二稳压管78L05，所述电源芯片Pl的管脚I依次通过保险丝F1、二极管D6连接第一稳压管78L05的引脚3，所述电源芯片Pl的管脚2连接第一稳压管78L05的引脚2和第二稳压管78L05的引脚2，所述第一稳压管78L05的引脚2通过瞬态抑制二极管TVSl连接二极管D6的正极，所述二极管D6的负极连接第一稳压管78L05的引脚3，所述第一稳压管78L05的引脚2通过电容ClOl连接第一稳压管78L05的引脚3，所述电容ClOl并联有钽电容C102，所述第一稳压管78L05的引脚I连接有第二稳压管78L05的引脚3，所述第一稳压管78L05的引脚I通过电容C103连接第二稳压管78L05的引脚I，所述电容C103并联有钽电容C104，所述第二稳压管78L05的引脚2通过电容C201连接第二稳压管78L05的引脚3，所述电容C201并联有钽电容C202，所述第二稳压管78L05的引脚I接地，所述第二稳压管78L05的引脚I通过电容C203连接第二稳压管78L05的引脚2，所述电容C203并联有钽电容C204。
[0024]本实施例一种用于检测局部放电的外置传感器系统，包括超声波接收探头1、前置放大模块、对数检波模块、电源供电模块，并使用示波器等作为脉冲输出显示。通过选择噪声低、增益高的放大器AD620与大动态范围、较高灵敏度的对数放大器AD8310，满足了大动态范围和小失真的要求，且解决了发生局部放电时，从局放源产生的超声波在传播到超声波接收探头I的过程中会发生衰减和吸收，在不同介质的相接面还会发生反射等多种损耗，超声波探头接收到的超声波信号极其微弱的问题。电源供电电路只要为传感器电路中使用的前置放大器和检波器提供稳定的电压，并要满足每个芯片对供电电压的要求。[0025]在前置放大模块中，放大器AD620的引脚2和引脚3两个输入端分别用0.1MF的无极性电容交流耦合输入，两个耦合电容分别和两个一端接地的IOOkQ的电阻组成高通滤波器，以便降低环境中的低频干扰。放大器AD620的引脚7和引脚4分别为正、负电源供电端，供电电压范围为±2.3V?±18V。放大器AD620的引脚7和引脚4均通过连接一个贴片封装0.1MF的陶瓷电容和一个贴片封装IOMF的有极性钽电容，并通过一个磁珠与电源连接。放大器AD620的引脚5为基准引脚，为了保证芯片能正常工作接地。
[0026]在对数检波模块中，由电阻R3、电容C8、电容C9和对数放大器AD8310的输入阻抗共同组成输入端口网络。对数放大器AD8310的引脚5连接电源供电端，采用一个0.1MF的无极电容C21和一个IOMF的有极钽电容C20并联形成电源滤波，并与一个磁珠和电阻R4串联接入。对数放大器AD8310的引脚2接地，在对数放大器AD8310的引脚4和引脚6脚间连接对数斜率调节电阻R21。该种用于检测局部放电的外置传感器系统，基于噪声低、增益高的放大器AD620和大动态范围的对数检波放大器AD8310的超声波传感器电路，具有高灵敏度和可用电池供电的特点。与传统检测相比，该种用于检测局部放电的外置传感器系统的检测灵敏度达_89dBm，完全能满足局放检测中传感器灵敏度的要求。
[0027]该种用于检测局部放电的外置传感器系统，检测是非侵入式的，而放电点通常在设备的内部，传感器一般是紧贴设备外壳2。超声波从放电源到传感器要经过介质传播，声波在传播中发生衰减，频率越大，衰减越严重。超声波传感器的检测范围在很大程度上取决于其使用的波长和频率。波长越长，频率越小，检测距离越大。结合声波的特性，选择中心频率约为40kHz的超声波探头接收到的信号作为检测信号，选择中心频率为40kHz的超声波接收探头1，放大器AD620的引脚I与引脚8间连接的增益调节电阻Rg的阻值选择为205-220 Q，优选为210Q，保证了频率在40kHz左右的信号被放大而能满足局放检测的要求。
[0028]该种用于检测局部放电的外置传感器系统，所述前置放大模块与对数检波模块间连接有用于接收电磁波的天线，能够同时提取局放声、电信号并获得声、电信号时间差，而且在平面内的定位误差较小，用于局部放电检测和定位。
[0029]本实施例的有益效果是:本实施例一种用于检测局部放电的外置传感器系统，检测不受电气干扰，具有可实现在线检测的优势。由于声波传播速度较小，有利于获取相对准确的时间差，便于局放定位，同时也可以提高定位精确度。基于噪声低、增益高的放大器AD620和大动态范围的对数检波放大器AD8310的超声波传感器电路，具有高灵敏度和可用电池供电的特点。与传统检测相比，该种用于检测局部放电的外置传感器系统的检测灵敏度达-89dBm，完全能满足局放检测中传感器灵敏度的要求。
【权利要求】
1.一种用于检测局部放电的外置传感器系统，其特征在于:包括前置放大模块、对数检波模块、用于为前置放大模块和对数检波模块提供电压的电源供电模块， 所述前置放大模块包括放大器AD620，所述放大器AD620的引脚I通过调节电阻Rg连接放大器AD620的引脚8，所述放大器AD620的引脚2通过电容Cl连接有超声波接收探头(I)，所述放大器AD620的引脚2通过电阻Rl接地，所述放大器AD620的引脚3通过电容C2连接超声波接收探头(1)，所述放大器AD620的引脚3通过电阻R2接地，所述放大器AD620的引脚4通过电感L2连接有电源供电模块的负极，所述放大器AD620的引脚4通过钽电容C5接地，所述放大器AD620的引脚4通过电容C5接地，所述放大器AD620的引脚5接地，所述放大器AD620的引脚6通过电容C7连接对数检波模块，所述放大器AD620的引脚7通过电感LI连接电源供电模块的正极，所述放大器AD620的引脚7通过电容C3接地，所述放大器AD620的引脚7通过钽电容C4接地。
2.如权利要求1所述的用于检测局部放电的外置传感器系统，其特征在于:所述对数检波模块包括对数放大器AD8310，所述对数放大器AD8310的引脚I通过电容C9连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚2通过连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚3通过电容C22连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚4通过电阻R22连接输送端，所述对数放大器AD8310的引脚5依次通过电阻R4、电感L3接地，所述对数放大器AD8310的引脚5通过电容C24连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚5依次通过电阻R4、钽电容C20连接电源供电模块的负极，所述钽电容C20并联有电容C21，所述对数放大器AD8310的引脚6通过电容C23连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚6通过电阻R21连接对数放大器AD8310的引脚4，所述对数放大器AD8310的引脚7通过电容C25连接电源供电模块的负极，所述对数放大器AD8310的引脚8通过电 容C8连接前置放大模块，所述对数放大器AD8310的引脚I通过电感L4连接对数放大器AD8310的引脚8，所述电容C8通过电阻R3连接电容C9。
3.如权利要求1所述的用于检测局部放电的外置传感器系统，其特征在于:所述调节电阻Rg的阻值为205-220 Q。
4.如权利要求1-3任一项所述的用于检测局部放电的外置传感器系统，其特征在于:所述超声波接收探头(I)包括外壳(2)、金属丝网罩(3)、锥形共振盘(4)、压电晶片(5)和引线端子(6)，所述金属丝网罩(3)、锥形共振盘(4)、压电晶片(5)均设于所述外壳(2)内，所述金属丝网罩(3)设于外壳(2)的顶部，所述锥形共振盘(4)设于压电晶片(5)上，所述压电晶片(5)连接引线端子(6)。
5.如权利要求1-3任一项所述的用于检测局部放电的外置传感器系统，其特征在于:所述电源供电模块包括电源芯片P1、第一稳压管78L05和第二稳压管78L05，所述电源芯片Pl的管脚I依次通过保险丝F1、二极管D6连接第一稳压管78L05的引脚3，所述电源芯片Pl的管脚2连接第一稳压管78L05的引脚2和第二稳压管78L05的引脚2，所述第一稳压管78L05的引脚2通过瞬态抑制二极管TVSl连接二极管D6的正极，所述二极管D6的负极连接第一稳压管78L05的引脚3，所述第一稳压管78L05的引脚2通过电容ClOl连接第一稳压管78L05的引脚3，所述电容ClOl并联有钽电容C102，所述第一稳压管78L05的引脚I连接有第二稳压管78L05的引脚3，所述第一稳压管78L05的引脚I通过电容C103连接第二稳压管78L05的引脚1，所述电容C103并联有钽电容C104，所述第二稳压管78L05的引脚2通过电容C201连接第二稳压管78L05的引脚3，所述电容C201并联有钽电容C202，所述第二稳压管78L05的引脚I接地，所述第二稳压管78L05的引脚I通过电容C203连接第二稳压管78L05的引脚2，所述电容C203并联有钽电容C204。
6.如权利要求1-3任一项所述的用于检测局部放电的外置传感器系统，其特征在于:所述前置放大模块与对数检波模块间连接有用于接收电磁波的天线。
【文档编号】G01R31/14GK103616625SQ201310362730
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】唐云, 沈庆, 吕志刚, 许卫红, 张俊, 肖红谊 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司大丰市供电公司