一种基于超声波传感器阵列的局部放电定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于局部放电定位技术领域，具体涉及一种基于超声波传感器阵列的局部放电定位系统。
【背景技术】
[0002]局部放电是指绝缘结构中由于电场分布不均匀、局部电场过高而导致的绝缘介质中局部范围内的放电或击穿现象，它可能产生在固体绝缘孔隙中、液体绝缘气泡中或不同介质特性的绝缘层间，如果电场强度高于介质所具有的特定值，也可能发生在液体或固体绝缘中。局部放电逐渐发展，通过对其周围绝缘介质不断侵蚀，最终导致整个绝缘系统的失效，所以局部放电是造成绝缘劣化的主要原因，同时它也是绝缘劣化的重要征兆和表现形式，与绝缘材料的劣化和击穿过程密切相关，能有效地反映电力设备内部绝缘的故障，尤其对突发性故障的早期发现比介质损耗测量、油中气体含量分析等方法要有效得多。
[0003]现有的监测手段包括以电磁辐射为监测对象的电测法和和以声、光、气等为监测对象的非电测法。国际国内对局部放电都制定了相应的测量标准，建立了多种表征参数来评定它对绝缘的损害，如视在放电电荷量、放电能量、放电次数及分布等。但这些反映电气设备绝缘状况的测量参数，受局部放电点所处设备内的位置影响很大，仅依靠这些测量参数还难以准确判断设备的绝缘状况并制定维修策略。只有在已知局部放电位置的条件下，设备绝缘的总体评估才具有更高的可信度和实际价值，因此对于电力变压器，研宄快速准确的、并能在线实行的局部放电定位方法具有重要的科学意义和实际价值。对实际故障的统计分析表明，绝缘故障是影响变压器正常运行的主要原因。目前I1kV及以上等级的大型电力变压器仍主要采用油纸绝缘结构，绝缘故障常常起源于局部放电造成的油纸绝缘老化，油纸绝缘是电力变压器的薄弱环节，而局部放电又是造成绝缘故障的重要原因之一。
[0004]随着人们对局部放电研宄的深入，各种定位方法层出不穷，具体的算法和实现技术上有很多研宄报道，实践上也发挥了相应的作用，但总的说来效果并不理想。应用较多的、但不总是成功的局部放电定位方法有:电气法、超声波法和二者的组合即电气一超声波法。这些方法都能检测变压器中严重的缺陷，然而它们的灵敏度强烈地受局部放电缺陷在绝缘系统中所处位置的影响。对于一个持续的局部放电源，油中气体分析法也能作为一种替代，来指示绝缘系统中严重缺陷的存在。
[0005]脉冲电流法是通过检测阻抗来检测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、铁芯接地线以及绕组中局部放电引起的脉冲电流，获得一些局部放电的基本量。它是研宄最早、应用最广泛的一种检测方法，IEC对此制定了专门的标准。该方法的优点:灵敏度高，可以定量测量局部放电的特征参数，还可以与声信号一起通过电一声定位方法确定局部放电的位置等。缺点:检测灵敏度随着试品电容增加而下降，有时会出现灵敏度下降到无法进行检测的地步:还由于测试频率低、频带窄，一般设置频带小于1MHz，这样得到的信息量较少，受电磁干扰严重。
【发明内容】
[0006]本发明目的之一在于提供一种灵敏度高，抗电磁干扰能力强的基于超声波传感器阵列的局部放电定位系统，
[0007]本发明提供的一种基于超声波传感器阵列的局部放电定位系统，包括变压器边界元模型、辐射声场分析声压计算模块、声压数据库、声压数据库对比模块、超声波传感器阵列模块、信号处理模块、数据采集模块、数据存储模块和工控机；
[0008]所述变压器边界元模型通过所述辐射声场分析声压计算模块连接所述声压数据库，所述超声波传感器阵列模块通过所述信号处理模块连接所述数据采集模块，所述数据采集模块连接所述数据存储模块，所述数据存储模块连接所述工控机，所述工控机和声压数据库对比模块连接所述声压数据库对比模块；所述超声波传感器阵列模块、信号处理模块、数据采集模块、数据存储模块和工控机依次通过CAN总线进行连接。
[0009]所述变压器边界元模型和辐射声场分析声压计算模块用来构建所述声压数据库。
[0010]所述声压数据库用于存储任何位置的点声源放电情况下所述超声波传感器阵列模块上每个阵元上检测得到的声压数据。
[0011]所述超声波传感器阵列模块用于检测微弱的局部放电超声波频段的信号。
[0012]所述信号处理模块用于将所述超声波传感器阵列模块检测到的所述微弱的局部放电超声波频段的信号经放大、滤波和偏移处理转换为适宜于所述数据采集模块采集的信号。
[0013]所述数据采集模块用于采集经过所述信号处理模块处理过的所述局部放电超声波频段的信号。
[0014]所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块采集的信号。
[0015]所述工控机用于发送提取数据指令。
[0016]所述声压数据库对比模块用于将所述超声波传感器阵列模块检测到的局部放电超声波频段的信号声压和所述声压数据库里的数据进行比对，得出放电点的空间几何位置。
[0017]本发明的有益效果在于，本发明检测灵敏度高，抗电磁干扰能力强，方便地定位，可以在线检测与离线检测。
【附图说明】
[0018]图1所示为本发明基于超声波传感器阵列的局部放电定位系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
[0020]如图1所示，本发明提供的一种基于超声波传感器阵列的局部放电定位系统包括变压器边界元模型1、辐射声场分析声压计算模块2、声压数据库3、声压数据库对比模块9、超声波传感器阵列模块4、信号处理模块5、数据采集模块6、数据存储模块7和工控机8 ;[0021 ] 所述变压器边界元模型I通过所述辐射声场分析声压计算模块2连接所述声压数据库3，所述超声波传感器阵列模块4通过所述信号处理模块5连接所述数据采集模块6，所述数据采集模块6连接所述数据存储模块7，所述数据采集模块6连接所述工控机8，所述工控机8和声压数据库对比模块9连接所述声压数据库对比模块9。
[0022]变压器边界元模型I和辐射声场分析声压计算模块2用来构建声压数据库3。将电力设备的局部放电点作为超声波发射源，检测任何位置的点声源各种放电量情况下在超声波传感器阵列模块4上每个阵元上的声压数据，通过检测得到的声压数据建立一个精确的声压数据库3。
[0023]超声波传感器阵列模块4用于检测微弱的局部放电超声波频段的信号，信号处理模块5用于将超声波传感器阵列模块4检测到的微弱的局部放电超声波频段的信号经放大、滤波和偏移等处理转换为适宜于数据采集模块6采集的信号，由于检测的局部放电超声波频段的信号十分微弱，甚至低至微伏级，因此需要选择尽可能灵敏的超声波传感器和高倍的放大电路，高倍的放大电路需要考虑低噪音处理的问题，以免损失整个通道的信噪比。同时，因为超声波传感器压电晶体的输出阻抗比较高，带负载能力差，要求信号处理模块5中前置放大器电路有较大的输入阻抗。
[0024]数据采集模块6用于采集处理后的局部放电超声波频段的信号，并将采集到的数据存储至数据存储模块7。数据采集模块6内部集成ADC采集单元，由于ADC采集单元的输入范围是0-3V，为了实现正确采样，并保证信号在幅值上不超过3V，必须对信号进行偏移和限制。局部放电的超声波频段的信号频率在20kHz-100kHz之间，因此最大采样率需在200k以上。数据采集模块6内部集成了高速12位的ADC，具有12.SMSPS的高速转换率，能够满足对局部放电超声波频段信号采集速度的要求。
[0025]数据采集模块6将采集到的信号保存到数据存储模块7，等到工控机8来发送提取数据指令。当收到工控机8发来的提取数据指令后，将采集数据分包按协议传输给工控机8，工控机8将采集到的数据发送到声压数据库对比模块9，声压数据库对比模块9将超声波传感器阵列模块4检测到的局部放电超声波频段的信号声压和声压数据库3里的数据进行比对，得出放电点的空间几何位置，从而实现局部放电的精确定位。
[0026]超声波传感器阵列模块4、信号处理模块5、数据采集模块6、数据存储模块7和工控机8依次通过CAN总线进行连接。CAN总线通讯技术是实现分布式监测系统的基础，工控机8向下通过CAN总线与现场各超声波传感器连接，现场各超声波传感器通过CAN总线报送监测数据。
[0027]本发明检测灵敏度高，抗电磁干扰能力强，能够方便地进行局部放电定位，可以在线检测与离线检测。
[0028]本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
【主权项】
1.一种基于超声波传感器阵列的局部放电定位系统，其特征在于，包括变压器边界元模型、辐射声场分析声压计算模块、声压数据库、声压数据库对比模块、超声波传感器阵列模块、信号处理模块、数据采集模块、数据存储模块和工控机； 所述变压器边界元模型通过所述辐射声场分析声压计算模块连接所述声压数据库，所述超声波传感器阵列模块通过所述信号处理模块连接所述数据采集模块，所述数据采集模块连接所述数据存储模块，所述数据存储模块连接所述工控机，所述工控机和声压数据库对比模块连接所述声压数据库对比模块；所述超声波传感器阵列模块、信号处理模块、数据采集模块、数据存储模块和工控机依次通过CAN总线进行连接； 所述变压器边界元模型和辐射声场分析声压计算模块用来构建所述声压数据库；所述声压数据库用于存储任何位置的点声源放电情况下所述超声波传感器阵列模块上每个阵元上检测得到的声压数据； 所述超声波传感器阵列模块用于检测微弱的局部放电超声波频段的信号； 所述信号处理模块用于将所述超声波传感器阵列模块检测到的所述微弱的局部放电超声波频段的信号经放大、滤波和偏移处理转换为适宜于所述数据采集模块采集的信号；所述数据采集模块用于采集经过所述信号处理模块处理过的所述局部放电超声波频段的信号； 所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块采集的信号； 所述工控机用于发送提取数据指令； 所述声压数据库对比模块用于将所述超声波传感器阵列模块检测到的局部放电超声波频段的信号声压和所述声压数据库里的数据进行比对，得出放电点的空间几何位置。
【专利摘要】本发明提供了一种基于超声波传感器阵列的局部放电定位系统，包括变压器边界元模型、辐射声场分析声压计算模块、声压数据库、声压数据库对比模块、超声波传感器阵列模块、信号处理模块、数据采集模块、数据存储模块和工控机。本发明检测灵敏度高，抗电磁干扰能力强，方便地定位，可以在线检测与离线检测。
【IPC分类】G01R31-12
【公开号】CN104849635
【申请号】CN201510263399
【发明人】陈晨, 袁雪珺
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月21日