一种基于空间滤波法的超高频局部放电在线监测系统技术方案

本发明专利技术属于电力设备局部放电在线监测领域，特别涉及一种基于空间滤波法的超高频局部放电在线监测系统。本发明专利技术电路包括信号采集单元、信号处理单元、以及显控单元，通过在信号采集单元的外部罩设有用于滤除外界干扰信号的空间滤波罩，使信号采集单元免受外界的电磁干扰和噪声的影响，极大地提高了监测的灵敏度；所述空间滤波罩的频率选择表面滤波结构的频率选择范围为300MHz～3GHz，能够有效降低非工作频段的信号干扰；通过调整频率选择表面层的层数以及金属单元的尺寸大小，便于随时调整频率的选择范围，可以广泛应用到电磁波的各个频段中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力设备局部放电在线监测领域，特别涉及一种基于空间滤波法的超高频局部放电在线监测系统。
技术介绍
电力设备的安全稳定运行对于电力系统的安全性和可靠性尤为关键，绝缘故障是电力设备运行中的主要故障，绝大多数的电力设备绝缘故障是由局部放电引起，长期的局部放电使电力设备发生绝缘劣化，发展至一定程度后会在短时间内引起设备的绝缘击穿或闪络，从而导致设备短路，引发电网停电的恶性事故，造成巨大直接和间接损失，因此，对局部放电在线监测，及时掌握电力设备运行绝缘状态，对保证电力设备的安全运行具有重要的现实意义。电力设备使用现场情况复杂，存在大量干扰信号，如背景噪声、电晕脉冲、其他设备内部的放电、无线电波、载波通讯、系统内开关动作等，外部干扰严重，放电电磁信号不易于接收，而且由于数据量大，难以对数据进行实时处理。传统的局部放电在线监测装置的抗干扰性能差，而且监测的灵敏度和安全性都无法得到保障，因此，亟需提供一种新型的抗干扰性能强的超高频局部放电在线监测系统。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于空间滤波法的超高频局部放电在线监测系统，本专利技术可以对局部放电过程中所产生的放电信号进行频率选择，降低了非工作频段的信号干扰。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术措施：一种基于空间滤波法的超高频局部放电在线监测系统，包括信号采集单元、信号处理单元、以及显控单元，其特征在于：所述信号采集单元的外部罩设有用于滤除外界干扰信号的空间滤波罩，所述信号采集单元用于采集局部放电过程中所产生的放电信号，所述信号采集单元的信号输出端通过传输电缆与所述信号处理单元的信号输入端相连，所述信号处理单元的信号输出端通过数据线与所述显控单元的信号输入端相连。优选的，所述信号处理单元包括信号放大滤波电路、包络检波电路、以及数据处理电路，其中，信号放大滤波电路，用于接收来自信号采集单元并经由空间滤波罩滤波后的放电信号，信号放大滤波电路对所述放电信号进行放大滤波处理，所述信号放大滤波电路的信号输出端连接包络检波电路的信号输入端；包络检波电路，用于对来自信号放大滤波电路的放电信号进行频率变换，所述包络检波电路的信号输出端连接数据处理电路的信号输入端；数据处理电路，用于对来自包络检波电路的放电信号进行模数转换，将所述放电信号转换成为数字信号，并对所述数字信号进行数据处理分析，所述数据处理电路的信号输出端连接显控单元的信号输入端。优选的，所述显控单元包括监控单元和显示单元，所述监控单元用于对来自数据处理电路的数字信号进行数据分析，并实现信号的在线监测；显示单元用于对来自数据处理电路的数字信号进行显示。优选的，所述信号放大滤波电路包括第一运算放大器和第二运算放大器；所述第一运算放大器的正极信号输入端连接第五电阻、第六电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地，所述第六电阻的另一端连接第七电阻的一端以及偏置电源的正极，所述偏置电源的负极接地，所述第七电阻的另一端连接第八电阻、第七电容的一端以及第二运算放大器的负极信号输入端，所述第八电阻、第七电容的另一端连接第二运算放大器的信号输出端以及包络检波电路的信号输入端，所述第一运算放大器的负极信号输入端连接第一电阻、第二电阻、以及第一电容的一端，所述第一电阻的另一端连接信号采集单元的信号输出端，所述第二电阻、第一电容的另一端连接第一运算放大器的信号输出端以及第四电容的一端，所述第四电容的另一端连接第三电阻、第四电阻的一端，所述第三电阻的另一端接地，第四电阻的另一端连接第二运算放大器的正极信号输入端；所述第一运算放大器的负极电源端连接第一电源的负极和第二电容的一端，所述第二运算放大器的正极电源端连接第二电源的正极和第三电容的一端，所述第一电源的正极、第二电容的另一端、第二电源的负极、第三电容的另一端均接地；所述第一运算放大器的正极电源端连接第三电源的正极和第五电容的一端，所述第二运算放大器的负极电源端连接第四电源的负极和第六电容的一端，所述第三电源的负极、第五电容的另一端、第四电源的正极、第六电容的另一端均接地。优选的，所述空间滤波罩采用频率选择表面滤波结构，所述频率选择表面滤波结构用于对局部放电过程中所产生的放电信号进行频率选择，所述频率选择表面滤波结构包括至少一层频率选择表面层、以及夹设于频率选择表面层中间的介质层。进一步的，所述频率选择表面层由多个金属单元组成，相邻的金属单元之间采用基材进行填充。进一步的，所述金属单元的形状为Y环形、十字环形、矩形、六边形、圆形的一种，金属单元的形状或为经过Y环形、十字环形、矩形、六边形、圆形组合或变形后的形状。进一步的，所述介质层的材质为纤维材料或泡沫材料。进一步的，所述频率选择表面滤波结构的频率选择范围为300MHz～3GHz。本专利技术的有益效果在于：1)、本专利技术电路包括信号采集单元、信号处理单元、以及显控单元，通过在信号采集单元的外部罩设有用于滤除外界干扰信号的空间滤波罩，使信号采集单元免受外界的电磁干扰和噪声的影响，极大地提高了监测的灵敏度；所述空间滤波罩的频率选择表面滤波结构的频率选择范围为300MHz～3GHz，能够有效降低非工作频段的信号干扰；通过调整频率选择表面层的层数以及金属单元的尺寸大小，便于随时调整频率的选择范围，可以广泛应用到电磁波的各个频段中。2)、所述信号放大滤波电路采用两级放大电路的设计，且电路中设有滤波装置，确保将放电信号放大的同时将噪声信号降到最低；所述信号放大滤波电路中的第一运算放大器、第二运算放大器之间还通过极性倒置连接，将漂移电压造成的误差降到最低，使输出的放电信号更加容易识别。3)、所述信号放大滤波电路的信号输出端连接包络检波电路的信号输入端，有效地解决了数据处理电路在进行模数转换过程中难以采集高频信号的问题。附图说明图1为本专利技术的原理框图；图2为本专利技术的信号放大滤波电路的原理图；图3为本专利技术的空间滤波罩、信号采集单元之间的结构示意图；图4为本专利技术的频率选择表面滤波结构的示意图；图5为本专利技术的频率选择表面层的结构示意图。图中的附图标记含义如下：10—信号采集单元20—信号处理单元21—信号放大滤波电路22—包络检波电路23—数据处理电路30—显控单元31—监控单元32—显示单元40—空间滤波罩40a—频率选择表面滤波结构<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间滤波法的超高频局部放电在线监测系统，包括信号采集单元(10)、信号处理单元(20)、以及显控单元(30)，其特征在于：所述信号采集单元(10)的外部罩设有用于滤除外界干扰信号的空间滤波罩(40)，所述信号采集单元(10)用于采集局部放电过程中所产生的放电信号，所述信号采集单元(10)的信号输出端通过传输电缆与所述信号处理单元(20)的信号输入端相连，所述信号处理单元(20)的信号输出端通过数据线与所述显控单元(30)的信号输入端相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于空间滤波法的超高频局部放电在线监测系统，包括信号采
集单元(10)、信号处理单元(20)、以及显控单元(30)，其特征在于：所
述信号采集单元(10)的外部罩设有用于滤除外界干扰信号的空间滤波罩
(40)，所述信号采集单元(10)用于采集局部放电过程中所产生的放电信
号，所述信号采集单元(10)的信号输出端通过传输电缆与所述信号处理单
元(20)的信号输入端相连，所述信号处理单元(20)的信号输出端通过数
据线与所述显控单元(30)的信号输入端相连。
2.如权利要求1所述的一种基于空间滤波法的超高频局部放电在线监
测系统，其特征在于：所述信号处理单元(20)包括信号放大滤波电路(21)、
包络检波电路(22)、以及数据处理电路(23)，其中，
信号放大滤波电路(21)，用于接收来自信号采集单元(10)并经由空
间滤波罩(40)滤波后的放电信号，信号放大滤波电路(21)对所述放电信
号进行放大滤波处理，所述信号放大滤波电路(21)的信号输出端连接包络
检波电路(22)的信号输入端；
包络检波电路(22)，用于对来自信号放大滤波电路(21)的放电信号
进行频率变换，所述包络检波电路(22)的信号输出端连接数据处理电路(23)
的信号输入端；
数据处理电路(23)，用于对来自包络检波电路(22)的放电信号进行
模数转换，将所述放电信号转换成为数字信号，并对所述数字信号进行数据
处理分析，所述数据处理电路(23)的信号输出端连接显控单元(30)的信
号输入端。
3.如权利要求2所述的一种基于空间滤波法的超高频局部放电在线监
测系统，其特征在于：所述显控单元(30)包括监控单元(31)和显示单元
(32)，所述监控单元(31)用于对来自数据处理电路(23)的数字信号进
行数据分析，并实现信号的在线监测；显示单元(32)用于对来自数据处理
电路(23)的数字信号进行显示。
4.如权利要求2所述的一种基于空间滤波法的超高频局部放电在线监
测系统，其特征在于：所述信号放大滤波电路(21)包括第一运算放大器

\t(AMP1)和第二运算放大器(AMP2)；所述第一运算放大器(AMP1)的正极
信号输入端连接第五电阻(R5)、第六电阻(R6)的一端，所述第五电阻(R5)
的另一端接地，所述第六电阻(R6)的另一端连接第七电阻(R7)的一端以
及偏置电源(Vf)的正极，所述偏置电源(Vf)的负极接地，所述第七电阻
(R7)的另一端连接第八电阻(R8)、第七电容(C7)的一端以及第二运算
放大器(AMP2)的负极信号输入端，所述第八电阻(R8)、第七电容(C7)
的另一端连接第二运算放大器(AMP2)的信号输出端以及包络检...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉顺，傅毓斐，郑学慧，夏富生，唐昊，曹信杰，
申请(专利权)人：合肥工业大学智能制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34