便携式GIS局部放电声电联合检测装置及其检测方法制造方法及图纸

公开了一种便携式GIS局部放电声电联合检测装置及其检测方法，检测装置包括用于测量GIS内部局部放电的电磁信号的外置式UHF传感器、用于测量GIS内部局部放电产生的超声波信号的外置式超声波传感器、连接所述外置式UHF传感器和外置式超声波传感器的信号调理设备、连接信号调理设备的采样设备和用于无线连接的无线通信设备，所述采样设备包括用于采样来自外置式UHF传感器的UHF信号的FPGA芯片和用于采样来自外置式超声波传感器的超声波信号的AD采样单元，FPGA芯片经由开关切换用于采集UHF信号的原始波形的高频模式和用于采集UHF信号的PRPD谱图的低频模式。

【技术实现步骤摘要】
便携式GIS局部放电声电联合检测装置及其检测方法
本专利技术涉及一种电气
，特别是一种便携式GIS局部放电声电联合检测装置及其测试方法。
技术介绍
GIS的平稳、正常运行是电力系统安全、稳定、可靠的重要保证。绝缘故障是GIS常见的故障类型。在GIS的制造运行维护过程中，内部难免会产生绝缘缺陷。局部放电是绝缘故障的早期表现形式，对局部放电准确的检测和定位有利于绝缘故障的发现和排除，从而提高检修效率，减少停电时间和国家财产的损失。专利文献CN103344887A公开的一种适用于GIS设备局部放电检测的试验方法由脉冲电流法、超高频法及超声波法三种检测手段组成，所述脉冲电流检测法从套管的末屏取信号，从局放仪上读取视在局放量的数值；所述超高频检测法通过外置传感器置于连接法兰之间，通过连接法兰检测的缝隙辐射出的超高频信号对局部放电进行测量；所述超声波检测法通过附着在GIS外壳上的超声波传感器接收声信号，并通过移动传感器的位置对局放信号进行定位。该专利用脉冲电流法、超高频法及超声波法联合检测的试验方法可提高对GIS设备内部局部放电测量的可靠性和准确度，但该专利无法得到UHF信号的PRPD谱图，也无法便携地获得多种检测信号，由于没有对信号进行有针对性的信号调理和采样，准确性还有待进一步提高。专利文献CN104749468A公开的一种GIS故障诊断系统包括振动信号采集模块、UHF信号采集模块、超声波信号采集模块以及PC机，所述振动信号采集模块包括振动信号处理模块、振动信号采集仪和数个振动传感器，各振动传感器安装在GIS箱体的外表面，采集振动信号并经振动信号处理模块的放大、滤波处理后送给振动信号采集仪，所述UHF信号采集模块包括UHF信号处理模块、UHF信号采集仪和数个特高频天线，各特高频天线分别安装在GIS箱体各气室的气隔绝缘子外层，采集UHF信号并经UHF信号处理模块的放大、滤波处理后送给UHF信号采集仪，所述超声波信号采集模块包括超声波信号处理模块、超声波信号采集仪和数个超声波传感器，各超声波传感器分别安装在各气室两侧的GIS箱体的外表面，采集超声波信号并经超声波信号处理模块的放大、滤波处理后送给超声波信号采集仪，振动信号采集仪、UHF信号采集仪和超声波信号采集仪分别将振动信号、UHF信号和超声波信号传送给PC机，PC机根据这些信号进行GIS状态评估与故障诊断。该专利综合运用振动法、特高频法以及超声波法，振动信号主要分析机械缺陷/故障，并作为绝缘缺陷/故障分析的基础，UHF信号主要对绝缘缺陷/故障类型的识别，对缺陷/故障初步定位，但该专利结构复杂，无法便携地获得检测信号，无法获得UHF信号的PRPD谱图，且由于没有对信号进行有针对性的信号调理和采样，准确性还有待进一步提高。因此，国内外许多学者对GIS的局部放电的检测和定位技术做了很多研究。已公开的专利技术专利《便携智能型四通道局放检测仪信号频率转换前置模块》设计一个局放前置处理模块，包括信号选择开关、3路AMP放大器、3路滤波器以及一个频率转换器，转换后的信号经检波、A/D转换由PC机显示及计算。已公开的专利技术专利《变电站局放电信号检测装置》设计了一块局放检验装置，包括有多通道数据采集单元、滤波器、数据处理系统以及天线阵列。已公开的专利技术专利《多功能手持式智能局放检测装置》对高频电流传感器(HFCT)、特高频电流传感器(UHFCT)、超声波传感器(AF)产生的信号进行采集和综合分析。以上的专利涉及UHF部分，均采用包络检波电路或混频器降频后再采样，最后处理的信号是原有信号的低频部分，无法全部采集信号。超高频(UHF)法通过检测局部放电产生的电磁波信号，实现对运行中GIS的局部放电信号的检测，具有高灵敏度和定位准确等优点，在GIS局部放电在线检测中得到广泛关注和应用。诸多文献中已经证实，UHF信号的原始波形无论在时域还是频域都有着丰富的信息，其特征能够反映绝缘缺陷的类型、位置。IEEE推荐局部放电检测是唯一可靠的绝缘评估试验。因此，得到原始信号波形具有重要意义。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种GIS局部放电声电联合检测装置及其检测方法，利用开关进行UHF信号采样率的切换：即可基于高速采样技术得到原始放电波形，也可在较低采样率下得到UHF信号的PRPD谱图，同时采用超声波法和UHF法来测量，使得测量结果更加可靠，定位和类型的判定更加准确。信号可由DSP无线发送至上位机，为上位机进一步的处理打好基础。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。本专利技术的一个方面，一种便携式GIS局部放电声电联合检测装置包括用于测量GIS内部局部放电的电磁信号的外置式UHF传感器、用于测量GIS内部局部放电产生的超声波信号的外置式超声波传感器、连接所述外置式UHF传感器和外置式超声波传感器的信号调理设备、连接所述信号调理设备的采样设备和用于无线连接的无线通信设备，所述外置式UHF传感器安装在GIS盆式绝缘子外侧，所述信号调理设备包括三级放大器和带通滤波器，其中，所述三级放大器包括噪声系数小于0.8dB的低噪声的第一级放大器、输出信号范围在-60dbm到-0dbm的第二级放大器和输出信号范围在-40dbm到20dbm的第三级放大器，所述采样设备包括用于采样来自外置式UHF传感器的UHF信号的FPGA芯片和用于采样来自外置式超声波传感器的超声波信号的AD采样单元，其中，FPGA芯片经由开关切换用于采集UHF信号的原始波形的高频模式和用于采集UHF信号的PRPD谱图的低频模式。优选地，当FPGA芯片切换到高频模式时，所述FPGA芯片通过缓存的方式保存幅值大于预定阈值的UHF信号，其中，设在所述FPGA芯片中的DDR-SDRAM单元进行UHF信号的数据短暂存储，当存储数据量满时，新采集的数据自动覆盖最早的数据，实现循环保存。优选地，当FPGA芯片切换到高频模式时，FPGA芯片的采样率为5GSa/S，输入带宽为2GHz，当FPGA芯片切换到低频模式时，FPGA芯片的采样率为5MSa/S，所述AD采样单元采用LM97600实现单路5GSa/S采样，输入带宽2GHz。优选地，所述无线通信设备为带有DSP芯片的WiFi。优选地，当GIS盆式绝缘子外侧的连接法兰处无金属屏蔽带时，外置式UHF传感器直接安装在GIS绝缘法兰上；当GIS连接法兰处有金属屏蔽带时，需先打开检测窗，将传感器安装在检测窗处。优选地，外置式UHF传感器的频带为300MHZ到1500MHZ，测量范围为-80dBm到-20dBm，灵敏度达到2pc，输出阻抗为50欧姆，外置式超声波传感器的谐振频率为40kHz，检测频带为30～70kHz，灵敏度大于70dB。优选地，所述带通滤波器为ChebyshevI型滤波器，其带宽为300Mhz至1500MHz。优选地，所述FPGA芯片设有GTX高速串行收发器，其最高速度达到6.5Gb/s。优选地，所述采样设备包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。本专利技术的另一个方面，一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式GIS局部放电声电联合检测装置，其包括用于测量GIS内部局部放电的电磁信号的外置式UHF传感器(1)、用于测量GIS内部局部放电产生的超声波信号的外置式超声波传感器(2)、连接所述外置式UHF传感器(1)和外置式超声波传感器(2)的信号调理设备(3)、连接所述信号调理设备(3)的采样设备(4)和用于无线连接的无线通信设备(5)，其特征在于：所述外置式UHF传感器(1)安装在GIS盆式绝缘子外侧，所述信号调理设备(3)包括三级放大器(6)和带通滤波器(7)，其中，所述三级放大器(6)包括噪声系数小于0.8dB的低噪声的第一级放大器(8)、输出信号范围在‑60dbm到‑0dbm的第二级放大器(9)和输出信号范围在‑40dbm到20dbm的第三级放大器(10)，所述采样设备(4)包括用于采样来自外置式UHF传感器(1)的UHF信号的FPGA芯片(11)和用于采样来自外置式超声波传感器(2)的超声波信号的AD采样单元(12)，其中，FPGA芯片(11)经由开关切换用于采集UHF信号的原始波形的高频模式和用于采集UHF信号的PRPD谱图的低频模式。

【技术特征摘要】
1.一种便携式GIS局部放电声电联合检测装置，其包括用于测量GIS内部局部放电的电磁信号的外置式UHF传感器(1)、用于测量GIS内部局部放电产生的超声波信号的外置式超声波传感器(2)、连接所述外置式UHF传感器(1)和外置式超声波传感器(2)的信号调理设备(3)、连接所述信号调理设备(3)的采样设备(4)和用于无线连接的无线通信设备(5)，其特征在于：所述外置式UHF传感器(1)安装在GIS盆式绝缘子外侧，所述信号调理设备(3)包括三级放大器(6)和带通滤波器(7)，其中，所述三级放大器(6)包括噪声系数小于0.8dB的低噪声的第一级放大器(8)、输出信号范围在-60dbm到-0dbm的第二级放大器(9)和输出信号范围在-40dbm到20dbm的第三级放大器(10)，所述采样设备(4)包括用于采样来自外置式UHF传感器(1)的UHF信号的FPGA芯片(11)和用于采样来自外置式超声波传感器(2)的超声波信号的AD采样单元(12)，其中，FPGA芯片(11)经由开关切换用于采集UHF信号的原始波形的高频模式和用于采集UHF信号的PRPD谱图的低频模式。2.根据权利要求1所述的便携式GIS局部放电声电联合检测装置，其特征在于，优选的，当FPGA芯片(11)切换到高频模式时，所述FPGA芯片(11)通过缓存的方式保存幅值大于预定阈值的UHF信号，其中，设在所述FPGA芯片(11)中的DDR-SDRAM单元(13)进行UHF信号的数据短暂存储，当存储数据量满时，新采集的数据自动覆盖最早的数据，实现循环保存。3.根据权利要求1所述的便携式GIS局部放电声电联合检测装置，其特征在于：当FPGA芯片(11)切换到高频模式时，FPGA芯片(11)的采样率为5GSa/S，输入带宽为2GHz，当FPGA芯片(11)切换到低频模式时，FPGA芯片(11)的采样率为5MSa/S，所述AD采样单元(12)采用LM97600模数转换器(14)实现单路5GSa/S采样，输入带宽2GHz。4.根据权利要求1所述的便携式GIS局部放电声电联合检测装置，其特征在于：所述无线通信设备(5)为带有DSP芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小华，谢鼎力，李韵佳，李锡，荣命哲，刘定新，杨爱军，吴翊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61