基于混频技术的超高频局部放电在线检测的自检自校系统及方法与流程

本发明涉及电力设备状态监控领域，具体涉及一种基于混频技术的超高频局部放电在线检测的自检自校系统及方法。

背景技术：

由于超高频局部放电检测技术具备高灵敏度、高准确度以及较强的抗干扰性能，基于超高频的局部放电在线检测装置在国内外应用越来越多，尤其是在智能变电站的gis状态监测上的应用。超高频局部放电在线检测既能实现局部放电信号的检测，同时能实现故障类型的识别，甚至是故障定位。但是，随着应用的推广、人们对性能要求的不断提高，目前使用的检测装置在安装、应用上存在一些不足。

(1)初装时，传感器及装置的可靠性不好检测：

传感器及局放检测装置初次安装后，怎么去检测其连接是否可靠，工作是否正常，目前的主要方法是通过一个便携式局部放电信号源，提供一个局部放电信号，局放检测装置检测到该信号则认为正常，属于一种定性实验。此种方法需要携带局部放电源，同时操作复杂，现场实施不便，尤其是对于内置式传感器，信号源放置点难以选取，并存在检测时需要拆除传感器或者改变其原有密封或安装条件，等检测完成后再复原的现象，这样会再次引入风险。

(2)运行过程中，数据的有效性难以判断

设备运行过程中，通常情况下，被监测设备是没有局部放电信号，或者根本检测不到，所以绝大部分时间内，其检测到的数据基本就是背景噪声，所以无法判断其数据是系统工作正常情况下测量到的数据，还是在非正常的情况下(如接触不良、连接被破坏、传感器发生故障或检测通路有故障等)测量到的数据，即对于数据的有效性难以判断。而随着时间的推移、环境的变化、运检工作的实施，发生线路被破坏、传感器被损坏、检测通路发生故障的情况时有发生，装置若没有定期信号自检功能，则难以判断其数据的有效性。

(3)运行过程中，存在数据不准的状态

局部放电检测电路中存在大量的非线性元器件，随着时间发展，环境变化，这些非线性器件存在老化现象，没有自校准功能的话，其检测的准确性会不断降低，这直接影响到系统对局部放电的判断以及故障诊断。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于混频技术的超高频局部放电在线检测的自检自校系统及方法，通过装置自带的自检功能、自校准功能，使得局部放电在线检测装置现场安装调试方便、操作简单、检测可靠，运行过程中数据可靠、准确性高。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于混频技术的超高频局部放电在线检测的自检自校系统，其特征在于，包括超高频传感器一至超高频传感器六、混频器一至混频器六、频率综合器一、频率综合器二、多路选通开关、信号调理模块、采集器以及控制器；所述控制器为多路选通开关、频率综合器一、频率综合器二、采集器提供控制信号，并与采集器实现数据通信，超高频传感器一至超高频传感器六分别通过同轴电缆连接到混频器一至混频器六，同时超高频传感器一至超高频传感器六均连接到多路选通开关的输出端，多路选通开关的输入端连接到频率综合器二；所述频率综合器一给混频器一至混频器六提供本振信号，混频器一至混频器六输出端分别连接到信号调理模块，信号调理模块将6路模拟信号进行放大、滤波及检波处理，并将处理后的信号送至采集器，所述采集器完成6路信号同步采样，并将采集数据上送给控制器。

作为优选的技术方案，所述超高频传感器一至超高频传感器六布置于同一间隔，或者相邻间隔。

作为优选的技术方案，所述超高频传感器一至超高频传感器六的有效频率范围为300mhz至1500mhz，驻波比小于2。

作为优选的技术方案，所述频率综合器一、频率综合器二为基于锁相环的频率综合器，根据控制信号产生300mhz至1500mhz之间的本振信号。

作为优选的技术方案，所述混频器一至混频器六采用mini-circuits公司的ade-5+。

作为优选的技术方案，所述信号调理模块包括信号放大器、低通滤波器、以及检波对数放大器，混频信号输入到信号放大器，然后依次通过信号放大器、低通滤波器、检波对数放大器，检波对数放大器连接到采集器。

作为优选的技术方案，所述采集器选用能同时提供至少6路、采样率达100ms/s、分辨率10位以上高速采集卡；所述控制器采用基于x86架构的工控主板。

本发明还提供了一种基于混频技术的超高频局部放电在线检测的自检自校系统的检测方法，包括正常检测状态、自检状态和自校状态三种状态，具体为：

(1)正常检测状态；

正常检测状态下，所述控制器输出控制信号至多路选通开关，使得多路选通开关为非选通状态，即多路选通开关的输入与所有输出均不导通；同时控制器输出信号至频率综合器一和采集器，实时采集数据，并对数据进行处理、存储；

(2)自检状态；

自检状态下，控制器发出控制信号给多路选通开关，选通其中一路为通路，则频率综合器二产生的本振信号同时通过多路选通开关，输入至与该通道相连的超高频传感器，此超高频传感器则充当局放信号源，而相邻的其他超高频传感器作为接收端，接收来自局放自检信号源传感器的信号，控制器根据采集到的信号强度，对比自检的历史记录，判断此超高频传感器及检测通路工作正常与否，对系统进行自检；

(3)自校状态；

自校准状态下，控制器发出控制信号给多路选通开关，选通其中一路为通路，则频率综合器二产生的本振信号同时通过多路选通开关，输入至与该通道相连的混频器，即把频率综合器二的本振信号做为混频器的信号输入，控制器与采集器同步采集混频后的信号，并与出厂时数据相对比，修正其系数，对系统进行自校。

作为优选的技术方案，在自检和自校状态下，所述频率综合器一和频率综合器二产生的本振频率值差值是固定的，所述差值可根据实际情况设定，且小于20mhz。

作为优选的技术方案，在自检时，多次采集信号，以多次采集的均值做为最终自检的有效值，并将数据保存，再同相应的历史记录值做对比，两者差值超过阈值则告警，否则正常；

在自校准前首先进行扫频，选取背景噪声最低的频段作为当次自校准频段，且进行多次测量，取均值做为最终校准值。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、在初次安装时，可以使用装置自带的自检功能，将频率综合器的本振信号通过其中一个超高频传感器辐射出去做为局放信号源，其他传感器检测其信号，根据信号的有无、强度可以立马判断出传感器至检测装置连接是否可靠、检测通路是否正常，同时控制器将自检数据进行保存；

2、在运行过程中，通过自检功能，将检测到的数据与历史的自检数据进行对比，可以准确判断检测装置到传感器是否工作正常，提供数据的有效性判断；

3、通过自检准功能，可以定期校准，从而提高检测数据的准确性。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于混频技术的超高频局部放电在线检测的自检自校系统的方框图；

图2为图1中的自检自校系统的控制信号功能图；

图3为本发明的自检流程图；

图4为本发明的自校流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所述，本实施例一种基于混频技术的超高频局部放电在线检测的自检自校系统，包括：超高频传感器一至超高频传感器六(即附图1中的超高频传感器1-超高频传感器6这六个传感器)、混频器一至混频器六(即附图1中的混频器1-混频器6这六个混频器)、频率综合器一(即附图1中的频率综合器1)、频率综合器二(即附图1中的频率综合器2)、多路选通开关、信号调理模块、采集器以及控制器。

如图2所示，所述控制器与多路选通开关、频率综合器一、频率综合器二、采集器相连，并且控制器为多路选通开关、频率综合器一、频率综合器二、采集器提供控制信号，同时与采集器实现数据通信。

所述多路选通开关为1路输入，6路输出，在控制信号的作用下，有两种状态，一种是全部不选通，即输入与所有输出之间处于高阻状态；另外一种状态是选通其中一路，即输入与其中一路输出之间为通路。

所述超高频传感器一至传感器六分别通过同轴电缆连接到混频器一至混频器六，同时连接到多路选通开关的输出端，多路选通开关的输入端连接到频率综合器二，频率综合器一给混频器一至混频器六提供本振信号。

所述混频器一至混频器六输出端分别连接到信号调理模块；信号调理模块实现6路模拟信号的放大、滤波、检波功能，并将处理后的信号送至采集器。

采集器实现6路信号同步采样，并将采集数据上送给控制器。

所述控制器与频率综合器一、频率综合器二、多路选通开关、采集器相连，并根据系统预定设置提供控制信号。

所述超高频传感器一至超高频传感器六，有效频率范围为300mhz至1500mhz，驻波比小于2，并且布置于同一间隔，或者相邻间隔。

所述频率综合器一、频率综合器二为基于锁相环的频率综合器，根据控制信号可以产生300mhz至1500mhz之间的本振信号。

自检过程如下：控制器定期触发自检功能，或者人为触发自检功能；自检状态下，控制器发出控制信号给频率综合器1和频率综合器2，使得两者输出固定的本振频率，同时控制器下发控制信号给多路选通开关，选通其中六路中的一路为通路，则频率综合器2产生的本振信号同时通过多路选通开关，输入至与该通道相连的超高频传感器，超高频传感器将信号辐射出去，相当于该传感器充当局放信号源，而相邻的其他高频传感器做为接收端，接收来自局放自检信号源传感器的信号，控制器根据采集到的信号强度，以及自检的历史记录，可以判断传感器及检测通路工作是否正常，从而实现系统自检功能。

自校过程如下：控制器定期触发自校准功能，或者人为触发自校准功能，自校准状态下，系统首先进行扫频，根据扫频结果确定背景噪声最低的频段做为当次校准的频段；控制器发出控制信号给多路选通开关，选通其中一路为通路，则频率综合器2产生的本振信号同时通过多路选通开关，输入至与该通道相连的混频器，即把频率综合器2的本振信号做为信号输入，控制器与采集器同步采集该通道混频后的信号，并与出厂时数据相对比，求取其系数并保存，从而实现自校准功能。

本实施例中，控制器为整个系统控制与处理中心，实现数据处理、数据诊断、结果保存、配置信息存储、数据远传等；控制器根据预定策略，分别进入三种工作状态：正常检测状态、自检状态、自校准状态。

1)正常检测状态

通常情况下，控制器处于正常检测状态；

正常检测状态下，控制器输出控制信号至多路选通开关，使得多路选通开关为非选通状态，即多路选通开关的输入与所有输出均不导通；同时控制器输出信号至频率综合器1和采集器，实时采集数据，并对数据进行处理、存储等。

2)自检状态

自检状态下，控制器输出控制信号至多路选通开关，选通其中一路，即选通开关的输入与其中一路输出为导通状态(以下以第一路选通为例说明)。则频率综合器二输出的本振信号通过多路选通开关，信号输出给超高频传感器一，超高频传感器一将信号辐射出去，通过空间耦合，信号传输给超高频传感器二至超高频传感器六，控制器同步采集超高频传感器二至超高频传感器六的数据，再经过数据处理，可以得出超高频传感器二至超高频传感器六接收到信号的最大幅值，同时为了提高可靠性，系统可以采集多次，以多次采集的均值做为最终自检的有效值，并将数据保存，再同相应的历史记录值做对比，两者差值超过阈值则告警，否则正常。

其中自检过程中，频率综合器一和频率综合器二产生的本振频率值差值是固定的(具体值可以设定，通常小于20mhz)。

以上是以超高频传感器一做为自检信号源，同理，为了获得超高频传感器一的自检信号，控制器可以选通其他传感器(如超高频传感器二)做为自检信号源，同步采集超高频传感器一来的信号，并对采集到的最大幅值与历史记录值比对，同样可以实现超高频传感器一自检。

本实施例自检控制流程如图3所示。进入自检流程后，选定第i通路做为信号源(默认为第一个通路，即i＝1),则控制器输出控制信号，使得选通开关的第i路为通路，同时采集器对各通道同步采集数据，控制器根据采集的数据，进行分析处理，并以数次的平均幅值最为最终的自检有效值，将数据保存，然后求取每个通道中当前自检有效值与历史记录值的差值(其中忽略第i通道)，若是差值大于预定的阈值，则表明该通道有问题，告警，否则该次自检成功。然后选取第i+1通道为信号源(默认为第2个通道)，以同样的流程实现对第i通道(默认为第1通道)的自检，至此自检完成。

3)自校准状态

自校准状态下，系统首先进行扫频，根据扫频结果确定背景噪声最低的频段做为当次校准的频段；控制器输出控制信号至多路选通开关，选通其中一路，即多路选通开关的输入与其中一路输出为导通状态(以下以第一路选通为例说明)。则频率综合器二输出的本振信号通过多路选通开关，信号输出给超高频传感器一与混频器一，即混频器一的输入为频率综合器二的本振信号，控制器同步采集第一个通道的数据，再经过数据处理，可以得出频率综合器二产生的本振信号经过混频及处理后的幅值，将数据保存；并同出厂时自校准数据对比，修正其校准系数。

在自校准过程中，频率综合器一和频率综合器二产生的本振频率值差值是固定的(具体值可以设定，通常小于20mhz)；为了提高校准的可靠性，系统可以预先设定好校准测量的次数，取均值做为最终校准结果。

以上是以1号通道为例说明，2号通道至6号通道可以用同样的方式实现自校准。

本实施例中，自校准控制流程如图4所示。进入自校准流程后，选定第i通路做为校准通路(默认为第一个通路，即i＝1),则控制器输出控制信号，使得选通开关的第i路为通路，同时采集器采集第i路的信号，控制器根据采集的数据，进行分析处理，得出当次的幅值；系统可以根据预先设定的测量次数，多次测量，最终以平均幅值做为有效校准值，并进行数据保存，然后求取第i路有效校准值与出厂校验值的比值k(i)，若k(i)大于预定的阈值，则表明该通道自校准有问题，输出告警信号，否则该次自校准成功，其系数k(i)做为今后正常检测状态时第i通道的校准系数。然后以同样的方法，按顺序依次校准第2至第6通道，至此完成自校准流程。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。