一种用于定位电缆局部放电信号的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于定位电缆局部放电信号的装置，包括感应探头、数据采集单元、信号电平调整单元、信号强度判断及转换单元和控制显示单元；其中，感应探头获得的超声波信号在数据采集单元中转换成脉冲信号放大及过滤为采集信号，在信号电平调整单元进行调整后，通过信号强度判断及转换单元判断信号电平是否位于电平区间内，是，则转为数字信号输出，否，则输出电平；控制显示单元得到电平时，控制信号电平调整单元重新设置采集信号电平，得到数字信号时，将数字信号的特征值与噪声特征值进行对比，则将不匹配的所属频段信号作为电缆局放信号显示或输出。实施本发明，基于超声波测试，能够快速、便捷的定位电缆局部放电信号。
【专利说明】—种用于定位电缆局部放电信号的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统监测【技术领域】，尤其涉及一种用于定位电缆局部放电信号的装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着城市电网的不断发展和改造升级的需要，电力电缆线路的使用量正逐年上升，特别是高压电力电缆已获得了广泛的应用，且敷设量逐年递增。
[0003]当前，电力电缆线路在生产、运输及安装过程中难免出现一些缺陷或因长期运行导致的绝缘老化所引起的缺陷，使得电力电缆线路安装后且在长时间运行中容易发生电缆局部放电现象，如果这种电缆局部放电现象长期的积累，可能造成严重的安全隐患，从而出现重大经济损失。因此需要准确并及时掌握电缆线路的运行状态，对局部放电信号进行常规性的在线监测或定期巡检，都可以最大限度的避免事故发生。目前，缺乏一种使用方便且测试精确的设备，用于在对电缆局部放电信号影响太大的环境下时，可以从复杂的信号中找到真正的电缆局部放电信号。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于定位电缆局部放电信号的装置及方法，其基于超声波测试法，能够在对电缆局部放电信号影响太大的环境下，快速、便捷的定位电缆局部放电信号。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了 一种用于定位电缆局部放电信号的装置，包括感应探头、数据采集单元、信号电平调整单元、信号强度判断及转换单元和控制显示单元；其中，
所述感应探头，其输出端与所述数据采集单元的输入端相连，用于感应电缆线路上的超声波信号；
所述数据采集单元，其输出端与所述信号电平调整单元的第一端相连，用于将所述感应到的超声波信号转换成脉冲信号后经过放大及滤波处理，得到采集信号；其中，所述脉冲信号和采集信号均为模拟信号；
所述信号电平调整单元，其第二端与所述信号强度判断及转换单元的输入端相连，第三端与所述控制显示单元的第一端相连，用于将所述得到的采集信号的电平根据预设的电平缩放系数进行调整后，得到调整信号；其中，所述调整信号为模拟信号；
所述信号强度判断及转换单元，其输出端与所述控制显示单元的第二端相连，用于判断所述得到的调整信号的电平是否位于预设的电平区间内，如果是，则将所述得到的调整信号转换成数字信号后作为状态值输出；如果否，则不进行转换，仅将所述得到的调整信号的电平作为状态值输出；
所述控制显示单元，用于获得所述输出的状态值并判断，当所述状态值为所述调整信号的电平时，驱动所述信号电平调整单元重新设置所述预设的电平缩放系数；当所述状态值为所述数字信号时，将所述数字信号根据预设的算法进行分析和处理后得到所述数字信号的特征值，并判断所述得到的特征值是否与预设的噪声特征库中任一噪声信号特征值均匹配，如果否，则确定所述数字信号中特征值与所述任一噪声信号特征值均不匹配所属频段内的信号为电缆局部放电信号，并将所述电缆局部放电信号显示或输出。
[0006]其中，当所述得到的调整信号的电平小于所述预设的电平区间的最小值时，所述控制显示单元发出控制信号驱动所述信号电平调整单元提高所述预设的电平缩放系数；当所述得到的调整信号的电平大于所述预设的电平区间的最大值时，所述控制显示单元发出控制信号驱动所述信号电平调整单元缩小所述预设的电平缩放系数。
[0007]其中，所述数据采集单元包括前置放大模块和带通滤波模块；其中，
所述前置放大模块包括信号转换器和放大器；其中，所述信号转换器的输入端与所述感应探头相连，输出端与所述放大器的输入端相连，用于将所述获得的超声波信号转换成脉冲信号；所述放大器的输出端与所述带通滤波模块的输入端相连，用于将所述脉冲信号进行放大，得到放大信号；
所述带通滤波模块，其输出端与所述信号电平调整单元的第一端相连，用于将所述得到的放大信号进行过滤处理后，得到所述采集信号。
[0008]其中，所述前置放大模块还包括设置于所述信号转换器和所述放大器之间的高频变压器，所述高频变压器用于将所述信号转换器输出的脉冲信号转换成差分信号，并将所述差分信号输入所述放大器放大。
[0009]其中，所述采集信号的频率处于IOKHz至300KHZ之间。
[0010]其中，所述信号强度判断及转换单元包括一 12位运算精度的数模转换器，所述数模转换器的最高转换速度为512KHz。
[0011]其中，所述控制显示单元还包括用于信号输出的第三端。
[0012]本发明实施例还提供了 一种用于定位电缆局部放电信号的方法，其在前述的装置中实现，所述方法包括:
a、感应电缆线路上的超声波信号，并将所述感应到的超声波信号转换成脉冲信号后经过放大及滤波处理，得到采集信号；其中，所述脉冲信号和所述采集信号均为模拟信号；
b、所述得到的采集信号的电平根据预设的电平缩放系数进行调整后，得到调整信号；其中，所述调整信号为模拟信号；
C、判断所述得到的调整信号的电平是否位于预设的电平区间内，如果是，则将所述得到的调整信号转换成数字信号后作为状态值输出；如果否，则不进行转换，仅将所述调整信号的电平作为状态值输出；
d、获得所述输出的状态值并判断，当所述状态值为所述调整信号的电平时，重新设置所述预设的电平缩放系数后，返回步骤b ;或
当所述状态值为所述数字信号时，将所述数字信号根据预设的算法进行分析和处理后得到所述数字信号的特征值，并判断所述得到的特征值是否与预设的噪声特征库中任一噪声信号特征值均匹配，如果否，则确定所述数字信号中特征值与所述任一噪声信号特征值均不匹配所属频段内的信号为电缆局部放电信号，并将所述电缆局部放电信号显示或输出。
[0013]其中，所述步骤d中“当所述状态值为所述调整信号的电平时，重新设置所述预设的电平缩放系数”的具体步骤包括:
当所述调整信号的电平小于所述预设的电平区间的最小值时，提高所述预设的电平缩放系数；
当所述调整信号的电平大于所述预设的电平区间的最大值时，缩小所述预设的电平缩放系数。
[0014]其中，所述采集信号的频率处于IOKHz至300KHZ之间。
[0015]实施本发明实施例，具有如下有益效果:
1、在本发明实施例中，由于出于精密性考虑或安全性考虑，设备柜被贴上封条或锁住，装置通过基于超声波测试法来确定电缆局部放电信号，其具有高安全性、可靠性且携带方便；
2、在本发明实施例中，装置通过控制显示单元实现快速判断采集信号的强弱，且根据该信号强弱通过控制显示单元控制调整信号电平调整单元中的电平缩放系统并在该控制显示单元进行数值处理，实现快速判断局部放电信号的有无，其具有采集信号还原度高，能够在对电缆局部放电信号影响太大的环境下,快速、便捷的定位电缆局部放电信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]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，下面描述中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性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
[0017]图1为本发明实施例一提供的用于定位电缆局部放电信号的装置的连接示意图； 图2为图1中数据采集单元的一连接示意图；
图3为图1中数据采集单元的又一连接示意图；
图4为本发明实施例二提供的用于定位电缆局部放电信号的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]如图1所示，本发明实施例一中，提出一种用于定位电缆局部放电信号的装置，适用于设备柜被贴上封条或锁住，且处于带电状态，通过基于超声波测试法来采集电缆线路上释放的信号，该装置包括感应探头、数据采集单元、信号电平调整单元、信号强度判断及转换单元和控制显示单元；其中，
感应探头，其输出端与数据采集单元的输入端相连，用于感应电缆线路上的超声波信
号;
数据采集单元，其输出端与信号电平调整单元的第一端al相连，用于将感应到的超声波信号转换成脉冲信号后经过放大及滤波处理，得到采集信号；
信号电平调整单元，其第二端a2与信号强度判断及转换单元的输入端相连，第三端a3与控制显示单元的第一端bl相连，用于将得到的采集信号的电平根据预设的电平缩放系数进行调整后，得到调整信号；其中，脉冲信号、采集信号和调整信号为模拟信号；
信号强度判断及转换单元，其输出端与控制显示单元的第二端b2相连，用于判断得到的调整信号的电平是否位于预设的电平区间内，如果是，则将得到的调整信号转换成数字信号后作为状态值输出；如果否，则不进行转换，仅将得到的调整信号的电平作为状态值输出；该信号强度判断及转换单元包括一个12位运算精度的数模转换器，该数模转换器的最高转换速度为512KHz (赫兹)；
控制显示单元，用于获得输出的状态值并判断，当状态值为调整信号的电平时，驱动信号电平调整单元重新设置前述中预设的电平缩放系数；当状态值为数字信号时，将数字信号根据预设的算法进行分析和处理后得到数字信号的特征值，并判断得到的数字信号的特征值是否与预设的噪声特征库中任一噪声信号特征值均匹配，如果否，则确定该数字信号中特征值与任一噪声信号特征值均不匹配所属频段内的信号为电缆局部放电信号，并将该电缆局部放电信号显示或输出，即将得到的数字信号的特征值与预设的噪声特征库中每一噪声信号特征值进行对比，如果得到的特征值与每一个噪声信号特征值均不匹配时，则确定该数字信号中特征值与任一噪声信号特征值均不匹配所属频段内的信号为电缆局部放电信号，并将该电缆局部放电信号显示或输出。当然，为了进一步通过外接设备来处理控制显示单元中的信号或显示控制显示单元中信号波形，该控制显示单元还包括用于将电缆局部放电信号或其它信号输出的第三端b3，该第三端b3与外接设备相连。
[0020]应当说明的是，在控制显示单元没有驱动信号电平调整单元重新设置前述中预设的电平缩放系数之前，该预设的电平缩放系数为1，即不改变采集信号首次通过信号电平调整单元时该采集信号的电平。
[0021]而当得到的调整信号的电平小于前述中预设的电平区间的最小值时，控制显示单元发出控制信号驱动信号电平调整单元提高前述中预设的电平缩放系数，当得到的调整信号的电平大于前述中预设的电平区间的最大值时，控制显示单元发出控制信号驱动信号电平调整单元缩小前述中预设的电平缩放系数；此时，采集信号的电平也相应的改变，得到与首次通过的采集信号的电平不相等的调整信号，该调整信号会再次进入信号强度判断及转换单元中判断及调整，直至该调整信号的电平处于信号强度判断及转换单元中预设的电平区间内为止，此时，将电平处于电平区间内的调整信号转换成数字信号输出给控制显示单元，且通过在控制显示单元中对数字信号进行离散傅里叶变换等方式数值处理后跟每一个噪声信号特征值进行对比，从而确定该数字信号中特征值与任一噪声信号特征值均不匹配所属频段内的信号为电缆局部放电信号，并将该电缆局部放电信号显示或输出。
[0022]更进一步的，如图2和图3所示，数据采集单元包括前置放大模块和带通滤波模块;其中，
前置放大模块包括信号转换器和放大器；其中，信号转换器的输入端与感应探头相连，输出端与放大器的输入端相连，用于将获得的超声波信号转换成脉冲信号；放大器的输出端与带通滤波模块的输入端相连，用于将脉冲信号进行放大，得到放大信号；
带通滤波模块，其输出端与信号电平调整单元的第一端相连，用于将得到的放大信号进行过滤处理后，得到采集信号；该带通滤波模块选用分立器件的电感和电容组成，主要是保留IOKHz至300KHz之间频段内的信号，即得到的采集信号的频率处于IOKHz至300KHz之间。[0023]为了提高抗干扰能力，便于后续信号的放大和过滤处理，前置放大模块还包括设置于信号转换器和放大器之间的高频变压器，该高频变压器用于将信号转换器输出的脉冲信号转换成差分信号，并将差分信号输入放大器放大。
[0024]本发明实施例一中用于定位电缆局部放电信号的装置的工作原理为:首先，开启装置，利用感应探头获得电缆线路上的超声波信号，将该超声波信号转换成脉冲信号(甚至于差分信号)进行放大过滤处理后，得到的采集信号进入信号电平调整单元，由于采集信号第一次通过，因此缩放电平系数为1，使得集信号电平不变。
[0025]接着，信号强度判断及转换单元将会对该采集信号的电平进行判断，一旦该采集信号的电平不在预设的电平区间内，就拒绝该采集信号转换成数字信号，并通过控制显示单元提高信号电平调整单元中的缩放电平系数(或缩小信号电平调整单元中的缩放电平系数)从而来调整该采集信号的电平，即得到调整信号，直到该调整信号的电平在预设的电平区间为止，并将最终得到的调整信号转换成数字信号输出给控制显示单元。
[0026]之后，控制显示单元将数字信号根据预设的算法进行分析和处理后得到数字信号的特征值，并将得到的特征值与预设的噪声特征库中每一个噪声信号特征值进行对比，如果得到的特征值与每一噪声信号特征值均不匹配时，则确定该数字信号中特征值与任一噪声信号特征值均不匹配所属频段内的信号为电缆局部放电信号，并将该电缆局部放电信号显示或输出给外接设备。
[0027]如图4所示，本发明实施例二中，提出一种用于定位电缆局部放电信号的方法，所述方法包括:
步骤S101、感应电缆线路上的超声波信号，并将所述感应到的超声波信号转换成脉冲信号后经过放大及滤波处理，得到采集信号；其中，所述脉冲信号和所述采集信号均为模拟信号；所述采集信号的频率处于IOKHz至300KHZ之间；
步骤S102、所述得到的采集信号的电平根据预设的电平缩放系数进行调整后，得到调整信号；其中，所述调整信号为模拟信号；
步骤S103、判断所述得到的调整信号的电平是否位于预设的电平区间内，如果是，则将所述得到的调整信号转换成数字信号后作为状态值输出；如果否，则不进行转换，仅将所述调整信号的电平作为状态值输出；
步骤S104、获得所述输出的状态值并判断，当所述状态值为所述调整信号的电平时，重新设置所述预设的电平缩放系数后，返回步骤S102 ;或
当所述状态值为所述数字信号时，将所述数字信号根据预设的算法进行分析和处理后得到所述数字信号的特征值，并判断所述得到的特征值是否与预设的噪声特征库中任一噪声信号特征值均匹配，如果否，则确定所述数字信号中特征值与所述任一噪声信号特征值均不匹配所属频段内的信号为电缆局部放电信号，并将所述电缆局部放电信号显示或输出。
[0028]在步骤S104中“当所述状态值为所述调整信号的电平时，重新设置所述预设的电平缩放系数”的具体步骤包括:
步骤S201、当所述调整信号的电平小于所述预设的电平区间的最小值时，提高所述预设的电平缩放系数；
步骤S202、当所述调整信号的电平大于所述预设的电平区间的最大值时，缩小所述预设的电平缩放系数。
[0029]实施本发明实施例，具有如下有益效果:
1、在本发明实施例中，由于出于精密性考虑或安全性考虑，设备柜被贴上封条或锁住，装置通过基于超声波信号的测试方法来确定电缆局部放电信号，其具有高安全性、可靠性且携带方便；
2、在本发明实施例中，装置通过控制显示单元实现快速判断采集信号的强弱，且根据该信号强弱通过控制显示单元控制调整信号电平调整单元中的电平缩放系统并在该控制显示单元进行数值处理，实现快速判断局部放电信号的有无，其具有采集信号还原度高，能够在对电缆局部放电信号影响太大的环境下,快速、便捷的定位电缆局部放电信号。
[0030]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如R0M/RAM、磁盘、光盘等。
[0031]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于定位电缆局部放电信号的装置，其特征在于，包括感应探头、数据采集单元、信号电平调整单元、信号强度判断及转换单元和控制显示单元；其中， 所述感应探头，其输出端与所述数据采集单元的输入端相连，用于感应电缆线路上的超声波信号； 所述数据采集单元，其输出端与所述信号电平调整单元的第一端相连，用于将所述感应到的超声波信号转换成脉冲信号后经过放大及滤波处理，得到采集信号；其中，所述脉冲信号和采集信号均为模拟信号； 所述信号电平调整单元，其第二端与所述信号强度判断及转换单元的输入端相连，第三端与所述控制显示单元的第一端相连，用于将所述得到的采集信号的电平根据预设的电平缩放系数进行调整后，得到调整信号；其中，所述调整信号为模拟信号； 所述信号强度判断及转换单元，其输出端与所述控制显示单元的第二端相连，用于判断所述得到的调整信号的电平是否位于预设的电平区间内，如果是，则将所述得到的调整信号转换成数字信号后作为状态值输出；如果否，则不进行转换，仅将所述得到的调整信号的电平作为状态值输出； 所述控制显示单元，用于获得所述输出的状态值并判断，当所述状态值为所述调整信号的电平时，驱动所述信号电平调整单元重新设置所述预设的电平缩放系数；当所述状态值为所述数字信号时，将所述数字信号根据预设的算法进行分析和处理后得到所述数字信号的特征值，并判断所述得到的特征值是否与预设的噪声特征库中任一噪声信号特征值均匹配，如果否，则确定所述数字信号中特征值与所述任一噪声信号特征值均不匹配所属频段内的信号为电缆局部放电信号，且将所述电缆局部放电信号显示或输出。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述得到的调整信号的电平小于所述预设的电平区间的最小值时，所述控制显示单元发出控制信号驱动所述信号电平调整单元提高所述预设的电平缩放系数；当所述得到的调整信号的电平大于所述预设的电平区间的最大值时，所述控制显示单元发出控制信号驱动所述信号电平调整单元缩小所述预设的电平缩放系数。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数据采集单元包括前置放大模块和带通滤波模块；其中， 所述前置放大模块包括信号转换器和放大器；其中，所述信号转换器的输入端与所述感应探头相连，输出端与所述放大器的输入端相连，用于将所述获得的超声波信号转换成脉冲信号；所述放大器的输出端与所述带通滤波模块的输入端相连，用于将所述脉冲信号进行放大，得到放大信号； 所述带通滤波模块，其输出端与所述信号电平调整单元的第一端相连，用于将所述得到的放大信号进行过滤处理后，得到所述采集信号。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述前置放大模块还包括设置于所述信号转换器和所述放大器之间的高频变压器，所述高频变压器用于将所述信号转换器输出的脉冲信号转换成差分信号，并将所述差分信号输入所述放大器放大。
5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述采集信号的频率处于10KHz 至 300KHz 之间。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号强度判断及转换单元包括一12位运算精度的数模转换器，所述数模转换器的最高转换速度为512KHz。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制显示单元还包括用于信号输出的A-Ap——-上山
8.一种用于定位电缆局部放电信号的方法，其特征在于，其在如权利要求1至7中任一项所述的装置中实现，所述方法包括: a、感应电缆线路上的超声波信号，并将所述感应到的超声波信号转换成脉冲信号后经过放大及滤波处理，得到采集信号；其中，所述脉冲信号和所述采集信号均为模拟信号； b、所述得到的采集信号的电平根据预设的电平缩放系数进行调整后，得到调整信号；其中，所述调整信号为模拟信号； C、判断所述得到的调整信号的电平是否位于预设的电平区间内，如果是，则将所述得到的调整信号转换成数字信号后作为状态值输出；如果否，则不进行转换，仅将所述调整信号的电平作为状态值输出； d、获得所述输出的状态值并判断，当所述状态值为所述调整信号的电平时，重新设置所述预设的电平缩放系数后，返回步骤b ;或 当所述状态值为所述数字信号时，将所述数字信号根据预设的算法进行分析和处理后得到所述数字信 号的特征值，并判断所述得到的特征值是否与预设的噪声特征库中任一噪声信号特征值均匹配，如果否，则确定所述数字信号中特征值与所述任一噪声信号特征值均不匹配所属频段内的信号为电缆局部放电信号，且将所述电缆局部放电信号显示或输出。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤d中“当所述状态值为所述调整信号的电平时，重新设置所述预设的电平缩放系数”的具体步骤包括: 当所述调整信号的电平小于所述预设的电平区间的最小值时，提高所述预设的电平缩放系数； 当所述调整信号的电平大于所述预设的电平区间的最大值时，缩小所述预设的电平缩放系数。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述采集信号的频率处于IOKHz至300KHz之间。
【文档编号】G01R31/12GK104007373SQ201410233812
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】朱正国, 姚森敬, 黄超, 王武 申请人:深圳供电局有限公司, 广州友智电气技术有限公司