变压器局部放电特高频定位分析器及其定位分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种变压器局部放电特高频定位分析器及其定位分析方法，该变压器局部放电特高频定位分析器包括用于接收探头采集的放电信号并对接收的放电信号进行调理的信号调理单元（1）、用于计算放电距离的信号处理单元（3）、对调理后的放电信号进行延时的精延时单元（2），所述精延时单元还与信号处理单元（3）相连，将延时后的信号发送给信号处理单元（3）以及接收信号处理单元（3）的延时控制信号。本发明通过延时技术使普通的采样电路能够对特高频放电信号进行采样分析，具有电路造价成本低、稳定系数好、控制方便等优点。
【专利说明】变压器局部放电特高频定位分析器及其定位分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及变压器放电监测【技术领域】，尤其涉及一种变压器局部放电特高频定位分析器及其定位分析方法。
【背景技术】
[0002]局部放电是造成变压器绝缘老化或劣化甚至破坏的主要原因之一，对变压器局部放电检测和诊断的研究具有深远的理论意义和广泛的实用价值。此外，在高电压设备的生产制造过程中，也需要利用检测局部放电量的大小来考核产品的绝缘状况。在变压器的局部放电检测中，特高频(UHF)检测法具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点，适用于变压器局部放电的现场检测。但是由于特高频信号传播速度快，采用一般的定位电路很难锁定放电源与特高频传感器的距离，无法得到变压器故障点的具体位置，给变压器的维修带来一些不便。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种变压器局部放电特高频定位分析器，其通过设置精延时电路，使得普通的定位分析电路能够识别纳秒级信号，本发明还提供了一种变压器局部放电特高频定位分析方法，能够精确定位分析出放电故障点所在位置。
[0004]为实现上述目的，本发明的变压器局部放电特高频定位分析器，包括用于接收探头采集的放电信号并对接收的放电信号进行调理的信号调理单元、用于计算放电距离的信号处理单元、对调理后的放电信号进行延时的精延时单元，上述精延时单元还与信号处理单元相连，将延时后的信号发送给信号处理单元以及接收信号处理单元的延时控制信号。现有技术中，由于特高频信号传播速度快，对特高频放电信号的采集，只有通过高速采样才能识别纳秒级信号，采样率最低为lG/s，发明人在实际工作中发现，该采样电路不仅造价成本高，并且稳定系数差，不能达到预期的效果。因此，本发明对放电信号进行了延时处理，因此，可以采用普通的采样电路和芯片对放电信号进行采样计算，这样不仅能降低采样电路成本，也能有效提高电路的稳定系数。现有技术中，为了对特高频信号进行采样，本领域技术人员一般会考虑到提高采样电路的性能，对特高频信号进行高速采样，以提高采样电路的成本获取更高的采样。本发明中，发明人一改常规思维，从调整信号的思路出发，结合微波技术和数字信号处理技术，对特高频信号进行延时，解决了特高频信号难以分辨的难题，支持普通采样电路和芯片采样分析，降低设备成本，并且提高电路的稳定性。
[0005]作为本发明的进一步改进，进一步上述信号调理单元包括至少4个独立的信号调理模块；上述精延时单元包括至少4个独立的精延时模块；上述信号处理单元包括至少4组独立的延时信号输出端口 ；上述信号调理模块的数量、精延时模块的数量、延时信号输出端口的组数相同，每个精延时模块连接一个信号调理模块和一组延时信号输出端口，这样至少可以构成4个信号采集通路，信号调理单元和精延时单元可以至少采集4路放电信号发送给信号处理单元计算放电位置。
[0006]进一步,每组延时信号输出端口包括第一延时信号输出引脚和第二延时信号输出引脚；上述精延时模块由第一 JK触发器和第二 JK触发器连接构成；第一 JK触发器的J输入端与信号调理模块相连，Q输出端与第二 JK触发器的J输入端相连，CP输入端与延时信号输出端口的第一延时信号输出引脚相连；上述第二 JK触发器的Q输出端与信号处理单兀相连，K输入端与延时信号输出端口的第二延时信号输出引脚相连。本方案中,两个JK触发器在信号处理单元的控制下对放电信号进行延时，就可以保证本发明变压器局部放电特高频定位分析器可以信号分辨率更高，能够识别纳秒级信号，这样就可以利用普通的采样芯片或电路完成特高频放电信号的采集和计算，而使用该精延时单元的成本远小于使用高分辨率采样电路和芯片的成本，可以有效节省成本。
[0007]进一步，上述信号调理模块包括依次相连的滤波电路、隔离电路、放大电路。
[0008]进一步，上述滤波电路为三阶滤波电路；上述隔离电路采用光隔离器，可以有效消除噪声，保证得到的放电信号不被噪声所干扰；上述放大电路采用宽屏模拟芯片。
[0009]进一步，上述滤波电路包括电感L2、电感L3、电感L4、电容C14、电容C15、电容C16、电容C26，其中:电感L2、电感L3、电容C14 一端接入输入信号；电感L2、电容C14另一端接地；电感L3、电容C15、电容C26依次串联在一起；电感L4和电容C16并联后一端连接在电容C15和电容C26之间，另一端接地；上述电容C14、电容C15、电容C16采用IOOpF的无感电容，电感L2、电感L3、电感L4采用高频磁芯；上述放大电路采用EL2038型号的宽频带模拟芯片。本方案中，滤波电路的滤波通带可达通带是400M到700M ;放大电路可以保证放电信号在IGHz内不会衰减，并能有效的放大放电信号，提高信噪比。
[0010]进一步,上述信号调理单元包括8个独立的信号调理模块；上述精延时单元包括8个独立的精延时模块；上述信号处理单元包括8组独立的延时信号输出端口，支持8路信号的采集，一方面，用于计算的信号越多得到的放电源位置更准确，另一方面，也相当于做了冗余配置，防止部分探头临时故障不能采集到信号的时候，可以利用其它探头采集的信号分析放电源位置。
[0011]变压器局部放电特高频定位分析方法，包括以下步骤:
步骤11:将至少4个探头放置在放电源附近，采集局部放电信号，其中，所有探头按一定的距离放置在一条直线上；
步骤12:建立笛卡尔坐标系，将所有探头的坐标位置输入信号处理单元并存储；
步骤13:通过信号处理单元设置精延时单元的延时时间；
步骤14:信号调理单元接收所有探头采集的放电信号，并对接收的各路放电信号分别进行调理；
步骤15:精延时单元根据信号处理单元输出的延时信号对调理后的放电信号进行延
时；
步骤16:信号处理单元接收所有的放电信号，记录每路放电信号的到达时间，并计算出放电源所在位置。
[0012]本方案中，在信号处理单元中预先存储了探头的位置坐标，可用于计算探头之间的距离和与放电源之间的距离，可以通过信号处理单元分别控制精延时单元中各个精延时模块的延时时间，一是便于特高频信号的识别采样，二是便于计算放电源位置。不仅可以有效降低采样电路成本、提高稳定性，还提供了多种放电源位置的计算方式。
[0013]进一步，步骤13中通过信号处理单元设置精延时单元的延时时间具体为:设置延时信号输出端口中第一延时信号输出引脚和第二延时信号输出引脚的输出信号频率，两个输出信号之间的脉冲间隔即为精延时模块的延时时间，其中，所有延时信号输出端口的第一延时信号输出引脚和第一延时信号输出引脚输出的两个信号之间相隔的脉冲间隔均不同，使精延时单元中的每个延时模块的延时时间均不同。
[0014]进一步，步骤11中放置8个探头在放电源附近，采集局部放电信号；步骤16具体包括:
【权利要求】
1.变压器局部放电特高频定位分析器，包括用于接收探头采集的放电信号并对接收的放电信号进行调理的信号调理单元(I)、用于计算放电距离的信号处理单元(3)，其特征在于，还包括对调理后的放电信号进行延时的精延时单元(2)，所述精延时单元还与信号处理单元(3)相连，将延时后的信号发送给信号处理单元(3)以及接收信号处理单元(3)的延时控制信号。
2.根据权利要求1所述的变压器局部放电特高频定位分析器，其特征在于，所述信号调理单元(I)包括至少4个独立的信号调理模块；所述精延时单元(2)包括至少4个独立的精延时模块；所述信号处理单元(3)包括至少4组独立的延时信号输出端口 ；所述信号调理模块的数量、精延时模块的数量、延时信号输出端口的组数相同，每个精延时模块连接一个信号调理模块和一组延时信号输出端口。
3.根据权利要求2所述的变压器局部放电特高频定位分析器，其特征在于，每组延时信号输出端口包括第一延时信号输出引脚和第二延时信号输出引脚；所述精延时模块由第一 JK触发器(21)和第二 JK触发器(22)连接构成；第一 JK触发器(21)的J输入端与信号调理模块相连，Q输出端与第二 JK触发器(22)的J输入端相连,CP输入端与延时信号输出端口的第一延时信号输出引脚相连；所述第二 JK触发器(22)的Q输出端与信号处理单兀(3)相连，K输入端与延时信号输出端口的第二延时信号输出引脚相连。
4.根据权利要求2所述的变压器局部放电特高频定位分析器，其特征在于，所述信号调理模块包括依次相连的滤波电路、隔离电路、放大电路。
5.根据权利要求4所述的变压器局部放电特高频定位分析器，其特征在于，所述滤波电路为三阶滤波电路，所述隔离电路采用光隔离器，所述放大电路采用宽屏模拟芯片。
6.根据权利要求5所述的变压器局部放电特高频定位分析器，其特征在于，所述滤波电路包括电感L2、电感L3、电感L4、电容C14、电容C15、电容C16、电容C26，其中:电感L2、电感L3、电容C14 一端接入输入信号；电感L2、电容C14另一端接地；电感L3、电容C15、电容C26依次串联在一起；电感L4和电容C16并联后一端连接在电容C15和电容C26之间，另一端接地；所述电容C14、电容C15、电容C16采用IOOpF的无感电容，电感L2、电感L3、电感L4采用高频磁芯；所述放大电路采用EL2038型号的宽频带模拟芯片。
7.根据权利要求2至6任一所述的变压器局部放电特高频定位分析器，其特征在于，所述信号调理单元(I)包括8个独立的信号调理模块；所述精延时单元(2)包括8个独立的精延时模块；所述信号处理单兀(3)包括8组独立的延时信号输出端口。
8.变压器局部放电特高频定位分析方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤11:将至少4个探头放置在放电源附近，采集局部放电信号，其中，所有探头按一定的距离放置在一条直线上； 步骤12:建立笛卡尔坐标系，将所有探头的坐标位置输入信号处理单元(3)并存储； 步骤13:通过信号处理单元(3)设置精延时单元(2)的延时时间； 步骤14:信号调理单元(I)接收所有探头采集的放电信号，并对接收的各路放电信号分别进行调理； 步骤15:精延时单元(2)根据信号处理单元(3)输出的延时信号对调理后的放电信号进行延时； 步骤16:信号处理单元(3)接收所有的放电信号，记录每路放电信号的到达时间，并计算出放电源所在位置。
9.根据权利要求8所述的变压器局部放电特高频定位分析方法，其特征在于，步骤13中通过信号处理单元(3)设置精延时单元(2)的延时时间具体为:设置延时信号输出端口中第一延时信号输出引脚和第二延时信号输出引脚的输出信号频率，两个输出信号之间的脉冲间隔即为精延时模块的延时时间，其中，所有延时信号输出端口的第一延时信号输出弓丨脚和第一延时信号输出引脚输出的两个信号之间相隔的脉冲间隔均不同。
10.根据权利要求8所述的变压器局部放电特高频定位分析方法，其特征在于，步骤11中放置8个探头在放电源附近，采集局部放电信号；步骤16具体包括: 步骤161:信号处理单元(3)接收8路放电信号； 步骤162 ;计算8路放电信号到达信号处理单元(3)的时间差； 步骤163:建立放电源与8个探头位置之间的方程组:
【文档编号】G01R31/12GK103472376SQ201310410501
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】刘凡, 刘睿, 彭倩, 李旻, 王京保, 徐丽媛, 刘伟, 张昀 申请人:国家电网公司, 国网四川省电力公司电力科学研究院, 保定天威新域科技发展有限公司