基于超高频电磁波检测的局部放电监测装置的制作方法

本实用新型属于智能电网在线监测及其应用领域，特别涉及一种基于超高频电磁波检测的局部放电监测装置。

背景技术：

随着国家智能电网技术的发展，对变电站主设备关键部位的实时状态监测和故障诊断，已成为衡量电网可靠运行的一项重要指标。高压开关柜是智能变电站的重要部分，通过研制一种适用高压开关柜局部放电的监测系统，实时监测主要设备局部的放电情况和绝缘性能，掌握设备运行情况，及时发现故障隐患、采取措施检修处理，避免事故进一步扩大，对保障电网安全运行具有深远的理论意义和广泛的实用价值。

当前，国内针对电气设备的绝缘性能的监测和维护，主要采取定期预防性试验和维修，对减少和防止事故的发生起到了很好的作用。但预防性试验是离线进行的，需要停电进行试验，停电后设备状态（如作用电压、温度等）与运行中不符，影响判断的准确度，况且不少重要电力设备，轻易不能停止运行，这给电力设备的试验与检修带来诸多不便。如今，一些便携式的放电检测装置虽然克服了停电试验检修的不足，但其监测方式不是连续的实时监测，绝缘仍可能在检修间隔期内发生故障，降低了检测的准确性。

为了解决以上问题，中国专利（申请号为201110104114.7）公开了一种基于无线网络的开关柜局部放电超声检测装置和中国专利（申请号为200610129824.4）公开了一种基于超声辅助的局部放电带电检测装置，上述两种中国专利都是通过超声传感器采集局部放电信号，经过A/D转换将采集的模拟信号转换成数字信号，最后传至监控室上位机进行数字信号处理得到放电信息。

但是，上述的超声波检测抗干扰能力较强，检测频带主要集中在20kHz～220kHz，而局部放电信号产生的频率范围极宽，高频信号可达到几十GHz，超声波检测范围较窄不利于放电信号的频谱分析。上述两款检测装置都是在监控室上位机进行数据处理，不能就地显示放电信息，不利于现场检修人员的检修和维护。

技术实现要素：

本实用新型意在提供一种基于超高频电磁波检测的局部放电监测装置，以解决检测装置都是在监控室上位机进行数据处理，不能就地显示放电信息，不利于现场检修人员的检修和维护。

本方案中的基于超高频电磁波检测的局部放电监测装置，包括高频传感器模块、模拟信号处理模块、A/D转换电路模块和微机处理单元，所述高频传感器模块电连接所述模拟信号处理模块，所述模拟信号处理模块电连接所述A/D转换电路模块，所述A/D转换电路模块电连接所述微机处理单元，还包括短信模块，所述微机处理单元还包括单片机、光提示模块、旋钮输入设备和通信模块，所述单片机的输出端均电连接所述光提示模块、所述旋钮输入设备和所述通信模块，所述单片机的输入端电连接所述A/D转换电路模块，所述通信模块电连接所述短信模块。

本方案的原理在于：高频传感器模块与模拟信号处理模块连接，模拟信号处理模块与A/D转换电路模块的输入端相连，A/D转换电路模块输出端与微机处理单元的单片机的输入端相连，微机处理单元的通讯模块的输出端与短信模块的串口接口相连；最后通过短信模块的GSM信道单元模块发送到手机，利用高频传感器模块所采集的电磁波信号，通过模拟信号处理模块的信号放大滤波模块将原始电磁波信号过滤成只包含局放的信号传给A/D转换电路模块，然后经A/D转换电路模块通过模数转换电路将局放信号由模拟信号转换成数字信号传给微机处理模块的单片机，单片机对检测后的数据进行处理，并通过光提示模块来提示检测结果，以及通过通讯模块的RS-232接口电路将局放数据报警结果送到短信模块，最后经由短信模块通过GSM信号发送到手机。

本方案的有益效果在于：微机处理单元将从超高频传感器获取的信号数字化，并将信号数字化的数据储存在短信模块中的普通数据采集卡，从而大大降低了数据采集系统的要求和数据量。如果高压开关柜达到危险值将报警，通过短信模块将高压开关柜内的信息数据发送到工作人员手机上，避免工作人员长距离布线，通过电缆接入PC机查询危险的来源。

进一步，所述A/D转换电路模块还包括模数转化电路和A/D参考模块，所述模数转化电路均电连接所述模拟信号处理电路和所述单片机，所述A/D参考模块电连接所述模数转化电路。模数转换电路将模拟电压信号采样为数字信号，通过A/D参考模块修改A/D芯片的偏移量和工作区间，使釆样芯片始终工作于线性度最佳的区间。

进一步，所述高频传感器模块还包括高频射频天线、信号接收器和供电模块，所述供电模块用于给所述信号接收器提供电源，所述高频射频天线用于传输和接收信号，所述高频射频天线电连接所述信号接收器，所述信号接收器电连接所述模拟信号处理电路。局部放电检测系统的局部电磁波通过高频射频天线穿入到信号接收器中，而且信号接收器只接收信号的峰值和其出现的相位，其本质是隔离了其他信号的干扰，具有很强的抗干扰的能力。

进一步，所述模拟信号处理电路还包括信号转化电路和放大滤波电路，所述信号接收器电连接所述信号转化电路，所述信号转化电路的输出端电连接所述放大滤波电路的进口端，所述放大滤波电路将放大信号传输到所述A/D转化电路模块。再通过信号转化电路将该信息通过包络检波技术得到高频信号的包络曲线，该包络曲线的曲线峰值能够体现高频传感器模块获取信息的敏感度。

进一步，所述短信模块还包括串口接口、MCU信令转化、GSM信道单元模块、SIM卡模块和电源模块，所述电源模块用于给短信模块提供电源，所述串口接口用于将信号传递给所述MCU信令转化，所述MCU信令转化电连接所述GSM信道单元模块，所述GSM信道单元模块电连接所述SIM卡模块。方便与单片机连接，能够精确的获取局部放电危险值的信息。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型高频传感器模块结构示意图；

图3为本实用新型模拟信号处理电路结构示意图；

图4为本实用新型短信模块结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：高频传感器模块1、高频射频天线11、信号接收器12、供电模块13、模拟信号处理电路2、信号转化电路21、放大滤波电路22、A/D转化电路模块3、模数转化电路31、A/D参考模块32、微机处理单元4、单片机41、光提示模块411、旋钮输入设备412、通讯模块413、短信模块5、串口接口51、MCU信令转化52、GSM信道单元模块53、SIM卡模块54、电源模块55、手机6。

实施例1

如图1所示：基于超高频电磁波检测的局部放电监测装置，包括高频传感器模块1、模拟信号处理模块、A/D转换电路模块、微机处理单元4和短信模块5，高频传感器模块1上设有非频变天线，该非频变天线采用阿基米德双臂螺旋天线，能实现带宽10～100MHz的局部放电信号检测，高频传感器模块1与放大器连接，放大器增益设计为2.1dB。高频传感器模块1电连接模拟信号处理模块，模拟信号处理模块电连接A/D转换电路模块，A/D转换电路模块电连接微机处理单元4，微机处理单元4还包括单片机41、光提示模块411、旋钮输入设备412和通信模块，以单片机41的型号为ARM74-1，单片机41设有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口，Ⅰ接口与光提示模块411连接，Ⅱ接口与旋钮输入模块连接，Ⅲ接口与通讯模块413连接；单片机41的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口协调仪器三部分的工作；光提示模块411提示高频传感器的工作状态和参数，对局放等异常等情况进行提示；旋钮输入设备412控制单片机，旋钮输入设备412是仪器面板的唯一输入设备，操作简单；通讯模块413包含RS232通讯协议和物理接口，同时提供0-2.5V、4-20mA模拟输出接口。

A/D转换电路模块还包括模数转化电路31和A/D参考模块32，模数转化电路31设有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ接口，Ⅰ接口和Ⅱ接口为输入端，Ⅲ接口为输出端。模数转换电路的Ⅱ接口与A/D参考模块32电连接，模数转化电路31的Ⅰ接口电连接模拟信号处理电路2，模数转化电路31的Ⅲ接口电连接单片机41。模数转换电路将模拟电压信号采样为数字信号，通过A/D参考模块32修改A/D芯片的偏移量和工作区间，使釆样芯片始终工作于线性度最佳的区间。

如图4所示，短信模块5还包括串口接口51、MCU信令转化52、GSM信道单元模块53、SIM卡模块54和电源模块55，电源模块55用于给短信模块5提供电源，串口接口51用于将信号传递给MCU信令转化52，MCU信令转化52电连接GSM信道单元模块53，GSM信道单元模块53电连接SIM卡模块54。

具体操作如下：

高频传感器模块1与模拟信号处理模块连接，模拟信号处理模块与A/D转换电路模块的模数转换电路的I接口相连，A/D转换电路模块的模数转换电路的III接口与微机处理单元4的单片机41的进口相连，微机处理单元4的通讯模块413的输出端与短信模块5的串口接口51相连；最后通过短信模块5的GSM信道单元模块53发送到手机6，利用高频传感器模块1所采集的电磁波信号，通过模拟信号处理模块的信号放大滤波模块将原始电磁波信号过滤成只包含局放的信号传给A/D转换电路模块，然后经A/D转换电路模块通过模数转换电路将局放信号由模拟信号转换成数字信号传给微机处理模块的单片机41，单片机41对检测后的数据进行处理，并通过光提示模块411来提示检测结果，以及通过通讯模块413的RS-232接口电路将局放数据报警结果送到短信模块5，最后经由短信模块5通过GSM信号发送到手机6。

本实施例1的有益效果在于，微机处理单元4将从超高频传感器获取的信号数字化，并进行局放信号的筛选、分析并完成局放脉冲数值记录、监测局放量发展状况等，并将数据储存在短信模块5中的普通数据采集卡，从而大大降低了数据采集系统的要求和数据量。如果局放达到危险值将报警，通过短信模块5将局放位置、脉冲数值等发送到工作人员手机6上，避免工作人员长距离布线，通过电缆接入PC机查询危险的来源。

实施例2

如图2所示，高频传感器模块1还包括高频射频天线11、信号接收器12和供电模块13，供电模块13用于给信号接收器12提供电源，高频射频天线11用于传输和接收信号，高频射频天线11电连接信号接收器12，信号接收器12电连接模拟信号处理电路2。如图3所示，模拟信号处理电路2还包括信号转化电路21和放大滤波电路22，放大滤波电路22采用贝塞尔型有源带通滤波器中的放大滤波电路22。信号接收器12电连接信号转化电路21，信号转化电路21的输出端电连接放大滤波电路22的进口端，放大滤波电路22将放大信号传输到A/D转化电路模块3。

具体操作如下：

高频传感器模块1利用高频射频天线11获取电磁波信号，再将电磁波信号传递给信号接收器12，高频传感器内的供电模块13为信号接收器12提供电源，而信号接收器12只接收信号的峰值和其出现的相位，再将信息传递给模拟信号处理电路2中的信号转化电路21，信号转化电路21将该信息通过包络检波技术得到高频信号的包络曲线，再通过放大滤波电路22将包络曲线信号放大，再传递给A/D转化电路模块3。

上述实施例2的有益效果在于，局部放电检测系统的局部电磁波通过高频射频天线11穿入到信号接收器12中，而且信号接收器12只接收信号的峰值和其出现的相位，其本质是隔离了其他信号的干扰，具有很强的抗干扰的能力，并且再通过信号转化电路21将该信息通过包络检波技术得到高频信号的包络曲线，该包络曲线的曲线峰值能够体现高频传感器模块1获取信息的敏感度。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。