一种基于电磁信号的局部放电检测仪的校验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及绝缘在线监测技术，公开了一种基于电磁信号局部放电检测仪校验的试验装置，用于保证开关柜现场巡检的检测效果，提高开关柜安全运行的可靠性。它包括，液晶显示屏，充电模块，触发及电流脉宽控制模块，M0SFET驱动模块，M0SFET输出模块，电磁脉冲产生模块。触发及电流脉宽控制模块控制着M0SFET的驱动模块，M0SFET的驱动模块为后一级M0SFET输出模块提供稳定的输入电平并控制M0SFET的通断时间，M0SFET输出模块与电磁脉冲产生模块相连接。
【专利说明】—种基于电磁信号的局部放电检测仪的校验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及绝缘在线监测领域，是一种基于电磁信号的局部放电检测仪的校验装置。
【背景技术】
[0002]随着越来越多开关柜的投入运行，很多单位已无法按照规程按时完成常规试验，因此对开关柜设备进行在线监测势在必行，而如何找到切实可行的方案来监测现场运行开关柜的绝缘成了急需解决的问题。
[0003]暂态地电压(又名地电波，Transient Earth Voltage-TEV)是由英国EA公司的John Reeves博士于1974年发现并命名的，采用地电波(TEV)传感器在线检测气体和固体绝缘的开关柜在英国已经有30多年的历史。这些传感器原理是通过耦合金属表面瞬态电压，以检测开关柜内局部放电所产生的高频电磁脉冲。也就是说，这是一种基于电磁信号的局部放电检测。传感器通过磁铁固定在接地的、金属封闭的开关柜面板上，可用于在线测试。
[0004]目前生产地电波检测仪器的主要有英国的EA、HVPD、M&B等公司，该项技术在英国应用较为广泛，近年来才在国内逐步推广使用，在北京奥运、上海世博期间均作为主要的带电测试设备之一，有效发现了诸多潜在的绝缘缺陷，在保电工作中发挥了极其重要的作用。
[0005]综观国内外的研究报道，各公司研制的此类基于电磁信号的局部放电检测仪参数不同，性能各异，在理论阐述及实测标准方面均有不同的说法，缺乏一个可以相互比较的基准，这将严重限制此类测试的标准化和规范化，对于评估测试设备的性能及测试结果的有效性也有着极其不利的影响。
[0006]本实用新型就是在这样的工程背景下探索解决此类检测仪缺乏校验方案的问题，拟开发一个校验装置，为检测仪提供一个可以比较的基准，这有助于推动相关检测设备朝标准化、规范化的方向发展。
实用新型内容
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种基于电磁信号的局部放电检测仪的校验装置，所述装置包括液晶显示屏、充电模块、触发及电流脉宽控制模块、MOSFET驱动模块、和MOSFET输出模块，以及电磁脉冲产生模块，其特征在于:
[0008]液晶显示屏与充电模块和触发及电流脉宽控制模块相连，用于显示电池电量和触发状态，所述触发状态包括等待触发和触发中；
[0009]充电模块用于输出直流电压9V为触发及电流脉宽控制模块和MOSFET驱动模块供电，另用于输出直流电压48V为MOSFET输出模块供电；
[0010]触发及电流脉宽控制模块，用于控制MOSFET的驱动模块；
[0011]MOSFET的驱动模块，用于为MOSFET输出模块提供稳定的输入电平并控制MOSFET输出模块中MOSFET的通断时间；
[0012]MOSFET输出模块进一步与电磁脉冲产生模块相连接，电磁脉冲产生模块则用于输出脉宽为纳秒级的标准电磁脉冲信号以供局部放电检测仪校验用。
[0013]优选的:所述电磁脉冲产生模块包括高压脉冲包，所述MOSFET输出模块连接高压脉冲包的原边，所述高压脉冲包的副边采用与实际局部放电产生机制相一致的空气电火花间隙来激励产生所述脉宽为纳秒级的标准电磁脉冲信号，且所述火花间隙的距离可调节。
[0014]优选的:如果所述局部放电检测仪为地电波检测仪，所述间隙距离在范围可调。
[0015]本实用新型的主要特点在于:
[0016]该装置能输出重复率较高的电磁脉冲信号，便于反复使用；至于脉宽为纳秒级的标准电磁脉冲信号，以地电波传感器为例，可对各类地电波传感器的响应结果进行校验和标定。采用该装置时，操作人员可以人工控制输出的标准电磁脉冲的持续时间，使得其与实际局部放电所激发的电磁脉冲持续时间相一致。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1、本实用新型的一个实施例中的开关触发及电流脉宽控制模块；
[0018]图2、本实用新型的一个实施例中的MOSFET驱动模块；
[0019]图3、本实用新型的一个实施例中的MOSFET输出模块；
[0020]图4、本实用新型的一个实施例中的充电电源滤波模块；
[0021]图5、本实用新型的一个实施例中的电磁脉冲产生模块；
[0022]图6、本实用新型的一个实施例的试验效果示意图。
【具体实施方式】
[0023]在一个实施例中，本实用新型公开了一种基于电磁信号的局部放电检测仪的校验装置，所述装置包括液晶显示屏、充电模块、触发及电流脉宽控制模块、MOSFET驱动模块、和MOSFET输出模块，以及电磁脉冲产生模块，其中:
[0024]液晶显示屏与充电模块和触发及电流脉宽控制模块相连，用于显示电池电量和触发状态，所述触发状态包括等待触发和触发中；
[0025]充电模块用于输出直流电压9V为触发及电流脉宽控制模块和MOSFET驱动模块供电，另用于输出直流电压48V为MOSFET输出模块供电；
[0026]触发及电流脉宽控制模块，用于控制MOSFET的驱动模块；
[0027]MOSFET的驱动模块，用于为MOSFET输出模块提供稳定的输入电平并控制MOSFET输出模块中MOSFET的通断时间；
[0028]MOSFET输出模块进一步与电磁脉冲产生模块相连接，电磁脉冲产生模块则用于输出脉宽为纳秒级的标准电磁脉冲信号以供局部放电检测仪校验用。
[0029]就上述实施例而言，其关键就在于所输出的纳秒级的标准电磁脉冲信号可以与实际局部放电所产生的电磁脉冲信号具有很高的逼真度，从而接近现实环境来校验所示局部放电检测仪，检验更具有说服力，此外，该实施例还具备如下特点:
[0030]1.采用电池供电有利于装置的便携性；
[0031]2.仪器界面采用液晶显示，对校验装置的电池电量、允许使用时间、预充电时间和触发状态等进行显示，方便测试人员的操作；
[0032]3.该装置能输出重复率较高的电磁脉冲信号，便于反复使用；至于脉宽为纳秒级的标准电磁脉冲信号，以地电波传感器为例，可对各类地电波传感器的响应结果进行校验和标定；
[0033]4.采用该方案的优势在于:采用该装置时，操作人员可以人工控制输出的标准电磁脉冲的持续时间，使得其与实际局部放电所激发的电磁脉冲持续时间相一致。
[0034]下面结合附图和其他实施例进一步加以详细说明:
[0035]图1中，根据校验装置功能要求，单脉冲信号的输入采用人工按键触发方式，触发模式为等待触发模式，因此在总电源打开后，工作模块一直处于待触发状态并显示为等待出发。在图1所示具体实施例中，触发比较端+Trl和-Trl维持低电平，当触发模块Q2接收到人工开关触发的触发信号后，比较端-Trl处于高电平，并由下降沿触发，CMOS进入工作状态，脉宽控制模块同时启动——这意味着图1所示具体实施例的开关触发及电流脉宽控制模块得以启动。
[0036]图2所示的MOSFET驱动模块，它由上一级开关触发及电流脉宽控制模块所控制，并为后一级MOSFET提供稳定的输入电平并控制MOSFET的通断时间。
[0037]图3所示的MOSFET输出模块，其输出电平由电容C6和电阻R4决定，输出能量由MOSFET通断时间和46V直流电源为电容C6的充电效能决定。在总电源开关接通状态下，46V直流电源始终为电容C6充电，该充电时间期间，校验装置处于等待恢复时间，但这个时间非常短暂，大约在3s左右。此外，为保证MOSFET输出电压具有纳秒级的上升沿，输出回路的电阻设置为零。
[0038]图4所示的充电电源的滤波模块，通过在充电模块的输出端接入并联电容可以滤除高频分量，起到稳压的作用，以保证电路稳定工作。
[0039]作为一个示例，电磁脉冲产生模块的工作原理由图5所示，为了更好地模拟实际局部放电，该装置采用与实际局部放电产生机制相一致的空气电火花间隙来激励产生所述脉宽为纳秒级的标准电磁脉冲信号。由于采用MOSFET方式控制电流脉冲，对后端电压信号(即二极管Dl两端电压)的放大采用与之并联的小型化的高压脉冲包Tl，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，具体的，可以采用如下连接:所述电磁脉冲产生模块包括高压脉冲包，所述MOSFET输出模块连接高压脉冲包的原边，所述高压脉冲包的副边采用与实际局部放电产生机制相一致的空气电火花间隙来激励产生所述脉宽为纳秒级的标准电磁脉冲信号，且所述火花间隙的距离可调节。
[0040]就图5所示具体实施例，其中高压脉冲包的变比2000: 1，输入电压峰值为22V，高压脉冲包原边相当于受控于MOSFET输出模块，副边输出电压峰值最高可达60kV，且在副边处通过设置火花间隙距离来激励产生所述脉宽为纳秒级的标准电磁脉冲信号，所述火花间隙距离可根据被校验局放检验仪(比如地电波传感器设备)的响应灵敏度来确定。以地电波传感器设备为例，根据调研目前广泛采用的地电波检测仪的灵敏度，设置火花间隙距离为4_至8_，并在该范围内可调。火花间隙距离的设置可根据被校验设备的响应灵敏度来确定，当该间隙距离设置为4mm时，此时所发射的脉冲电磁波相当于放电量为1pC局部放电所产生的电磁波。该校验装置所产生的脉冲电磁波能量与火花间隙距离相关，可调范围为5pC至75pC，因此可根据具体的地电波检测设备传感器的灵敏度进行调整。经调研，目前1pC放电量的局部放电能被绝大多数地电波设备所检测，因此该校验装置的初始间隙距离固定为4mm,并可在范围内可调。
[0041]空载情况高压脉冲包由MOSFET输出的电压脉冲信号(UM)如图6所示，该信号上升沿大约为2ns，脉宽为22ns。当脉冲包副边串入火花间隙后，在放电瞬间流经回路的脉冲电流信号(1)也如图6中所示。由图6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，并且经过多次测试，脉冲幅值和能量的重复率几乎为100%。
[0042]也就是说，通过调整火花间隙距离(参见图5)来控制电磁脉冲的幅值和能量，再结合该装置所采用的MOSFET驱动的电容性充电模块(参见图3)，本实用新型就能够保证电磁波脉冲幅值、能量和信号发射特性的一致性。
[0043]综上，本实用新型解决了目前不同公司生产的基于电磁信号的检测仪测试设备参数、性能不相同，没有一个统一可以用于比较的标准，影响评估测试设备的性能及测试结果的有效性等技术问题，而且实现了校验装置的小型化，保证了重复或多次进行校验时的重复率和一致性问题。
[0044]以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。
【权利要求】
1.一种基于电磁信号的局部放电检测仪的校验装置，所述装置包括液晶显示屏、充电模块、触发及电流脉宽控制模块、MOSFET驱动模块、和MOSFET输出模块，以及电磁脉冲产生模块，其特征在于: 液晶显示屏与充电模块和触发及电流脉宽控制模块相连，用于显示电池电量和触发状态，所述触发状态包括等待触发和触发中； 充电模块用于输出直流电压9V为触发及电流脉宽控制模块和MOSFET驱动模块供电，另用于输出直流电压48V为MOSFET输出模块供电； 触发及电流脉宽控制模块，用于控制MOSFET的驱动模块； MOSFET的驱动模块，用于为MOSFET输出模块提供稳定的输入电平并控制MOSFET输出模块中MOSFET的通断时间； MOSFET输出模块进一步与电磁脉冲产生模块相连接，电磁脉冲产生模块则用于输出脉宽为纳秒级的标准电磁脉冲信号以供局部放电检测仪校验用。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述电磁脉冲产生模块包括高压脉冲包，所述MOSFET输出模块连接高压脉冲包的原边，所述高压脉冲包的副边采用与实际局部放电产生机制相一致的空气电火花间隙来激励产生所述脉宽为纳秒级的标准电磁脉冲信号，且所述火花间隙的距离可调节。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于:如果所述局部放电检测仪为地电波检测仪，所述间隙距离在范围可调。
【文档编号】G01R35/00GK204028342SQ201420432740
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月2日 优先权日:2014年8月2日
【发明者】刘崇滨, 黄军凯, 曾华荣, 吕黔苏, 刘华麟, 杨佳鹏, 杨涛, 周海, 董明, 任明, 张崇兴 申请人:贵州电力试验研究院, 西安交通大学