一种局部放电测量中局放脉冲所对应的工频相位检测电路制造技术

本发明专利技术涉及一种局部放电测量中局部放电脉冲所对应的工频相位检测电路，包括以下模块：1)电压变换。功能为将工频电源电压信号降压为低电压信号，用于后续的信号输入；2)低通滤波。功能为消除高频干扰；3)波形整形与转换。利用比较器对对输入的正弦信号进行整形，并转换为方波信号；4)锁相倍频。功能为将一个频率为f1的输入信号，倍频N倍，使得锁相环的输出频率为Nf1；5)计数器。利用二进制计数器对倍频器的输出进行计数，从而对脉冲的计数值进行处理即可得到相位值。本发明专利技术有效解决了局部放电脉冲工频相位的获取，并提高了相位精度。

A partial discharge measurement of PD pulse frequency corresponding to the phase detection circuit

The invention relates to a partial discharge measurement of partial discharge in power frequency phase detection circuit corresponding to the pulse, includes the following modules: 1) voltage converter. The function is to reduce the power frequency voltage signal to a low voltage signal for subsequent signal input; and 2) low-pass filtering. Function is to eliminate high frequency interference; 3) waveform shaping and conversion. The input sinusoidal signal is reshaped and converted to square wave signal by means of a comparator, and (4) phase locked frequency doubling. The function is to input an input signal with a frequency of F1, frequency doubling N, so that the output frequency of the PLL is Nf1; 5) the counter. The output of the frequency doubler is counted by a binary counter, so that the value of the pulse is processed to obtain the phase value. The invention effectively solves the acquisition of the power frequency phase of the partial discharge pulse and improves the phase accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种局部放电测量中局放脉冲所对应的工频相位检测电路
本专利技术涉及高压电力设备局部放电测量
，尤其是涉及一种获取局部放电脉冲对应工频相位的检测电路及方法。
技术介绍
大量故障统计表明，在一般电气设备故障中，50％以上都是由绝缘引起的。发生绝缘故障的原因主要是绝缘薄弱处的局部放电引起的绝缘老化和失效，并最终导致绝缘的击穿。局部放电(PD)是造成绝缘劣化的主要原因，也是绝缘劣化的主要征兆和表现形式。局部放电活动在绝缘材料内部产生物理现象和化学变化。局部放电活动能够导致声、电和光能的发射，这使得能够采用不同的方法来进行检测和分析局部放电活动的出现。用不同的检测方法可以得到不同的PD特征。如今用于分析和评估局部放电的两种最常用的检测方法是基于相位分辨数据的统计检测法和基于时间分辨数据的波形检测法。当今大部分商业应用的PD检测器均采用相位分辨检测方法，也称相位统计法。相位统计方法主要应用于相位分辨(相位-幅值-脉冲个数)数据模式。例如，统计分布如脉冲高度分布、平均脉冲高度分布、脉冲个数分布等已经被用来表示PD信息。一个工频电源电压的完整周期被分成360个窗口，每个窗口代表一个相位度数值。在所有窗的最大脉冲高度分布表示最大放电幅值作为相角的函数。同理，平均脉冲高度分布表示平均放电幅值作为相角的函数。脉冲数量分布(对应一定的时间间隔)表示放电的数量作为相角的函数。通过检查和区分这些不同的统计分布，统计参数(通常称为统计算子)如偏斜、峰度、峰数、互相关因素、对称性等进行比较。通过将这些分布和它们的算子进行合适的组合，能够发现PD方式的识别标志。这些识别标志已经被证明在识别未知放电的产生是非常有用的，已经成为当今PD识别的最主要方式。基于统计参数的PD识别技术已经在各种工业应用中使用，如XLPE电缆的PD识别、检测气隙放电、检测电晕放电和表面放电。由此可以看出，相位统计检测与识别方法需要事先获得局部放电脉冲所对应的工频电源的具体相位，换句话说，每个局部放电脉冲总是发生于工频正弦波的某一个相位窗口，该相位窗口在局部放电测量过程中需要通过一定技术或手段获得。局部放电测量设备中局放脉冲相位的获得通常有两种方法，即内触发和外触发。内触发通常用于手持式带电检测设备，一般由于电池供电而没有连接外接电源，而无法采用外触发。外触发用于便携式测量设备以及在线监测设备，一般连接有低压工频电源，从而可利用该正弦电源。内触发是为了相位统计法的需要而不得已采用的方法，一般通过软件实现，获得的相位值也不是真正的局放脉冲所对应相位值，但从统计概率角度来说可以帮助实现统计分析。外触发所获得的相位值要真实许多，一般通过硬件电路来实现。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对局部放电测量中局部放电脉冲所对应的相位提出一种检测电路，集成到局部放电测量设备的硬件中，在通过设备检测到局部放电脉冲幅值和个数的同时，也检测到该脉冲所对应的工频电源相位值。该检测电路通过整形把工频波形转换为矩形脉冲波形，并通过锁相环技术和脉冲计数技术实现要求精度的最小相位窗，从而提高了相位值获取的精度。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种局部放电测量中局放脉冲所对应的工频相位检测电路，包括以下步骤：1)设计电压变换电路，将电源电压降压为低电压；2)设计有源低通滤波电路，抑制或消除电源信号中的高频干扰；3)设计波形整形与转换电路，将正弦交流信号整形为规则的方波信号，并进一步将相位信息转换为连续的模拟电压，以供后续电路的采样和处理；4)设计锁相倍频电路，将整形与转换电路输出的信号频率进行倍频锁相，用于后续计算器电路的输入；5)设计计数器电路，对锁相倍频器的输出进行计数，从而对脉冲的计数值进行处理即可得到相位值。所述电压变换电路包括电阻分压电路以及稳压电路。所述有源低通滤波电路包括运算放大器及其外围器件。所述波形整形与转换电路包括比较器、积分电路和缓冲电路。所述锁相倍频电路包括锁相环电路、倍频电路以及外围器件。所述计数器电路包括二进制计数电路、单稳态触发器以及外围器件。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术通过整形把工频波形转换为矩形脉冲波形，并通过锁相环技术和脉冲计数技术实现要求精度的最小相位窗，从而提高了相位值获取的精度。(2)本专利技术采用硬件电路作为局部放电测量设备硬件的一部分，实现了局放脉冲相位值的同步测量。(3)本专利技术将相位信息转换为连续的模拟电压信息，使得后续的采样及信号处理准确可靠。附图说明图1为本专利技术的相位测量系统框图；图2为本专利技术检测电路原理示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例提供一种局部放电测量中局放脉冲所对应的工频相位检测电路，包括以下步骤：1)设计电压变换电路。将局部放电测量设备电源电压信号降压为适合相位检测电路输入的低电压信号，本实施例中，采用电阻分压方式。2)设计有源低通滤波电路。由于电源电压信号中不可避免串入有高频干扰信号，而局放脉冲对应相位的获取需要尽可能没有受干扰污染的工频信号，因此有必要在工频信号输入处设计滤波器抑制甚至消除高频干扰。本实施例中，采用LM358运算放大器设计二阶低通Butterworth滤波电路，对电源输入信号滤波，使得低于截止频率300Hz的信号通过滤波器，进而得以对波形进行下一步处理，而高于截止频率的信号则被抑制。3)设计波形整形与转换电路。将正弦交流信号整形为规则的方波信号，用于积分电路的控制，利用后续的积分电路将相位信息转换为连续的模拟电压，以供后续电路的采样和处理，为了避免后续电路对积分电路的影响，配备缓冲电路。本实施例中，采用LM339比较器的到双极性电压然后经积分电路得到积分电压波形。4)设计锁相倍频电路。将整形与转换电路输出的频率为f1的输入信号，倍频N倍，使得锁相环的输出频率为Nf1，用于后续计算器电路的输入。本实施例中，采用锁相环芯片74HC4046及其计数、低通滤波等外围电路器件实现锁相倍频电路。5)设计计数器电路。利用二进制计数器对倍频器的输出进行计数，从而对脉冲的计数值进行处理即可得到相位值。本实施例中，使用74HC123单稳态触发器和74HC4040二进制计数器芯片联合外围电路共同构成计数器电路。工频相位检测电路包括依次连接的电压分压电路201、二阶低通滤波器电路202、波形整形与转换电路203、锁相环电路204、倍频电路205、单稳态触发器206以及二进制计数器电路207，如图2所示。整个检测电路的输入为工频电源电压信号，经过降压、滤波、整形转换以及锁相倍频后，二进制计数器对锁相倍频电路的输出计数，并利用其复位端控制实现计数器与输入信号正向过零点的同步，即可在局部放电脉冲发生的同时读取计数器的计数值，从而获得局部放电脉冲的相位。以上内容仅仅是对本专利技术所作的举例和说明，所属本
的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离专利技术的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局部放电测量中局放脉冲所对应的工频相位检测电路，包括以下步骤：1)设计电压变换电路，将电源电压降压为低电压；2)设计有源低通滤波电路，抑制或消除电源信号中的高频干扰；3)设计波形整形与转换电路，将正弦交流信号整形为规则的方波信号，并进一步将相位信息转换为连续的模拟电压，以供后续电路的采样和处理；4)设计锁相倍频电路，将整形与转换电路输出的信号频率进行倍频锁相，用于后续计算器电路的输入；5)设计计数器电路，对锁相倍频器的输出进行计数，从而对脉冲的计数值进行处理即可得到相位值。

【技术特征摘要】
1.一种局部放电测量中局放脉冲所对应的工频相位检测电路，包括以下步骤：1)设计电压变换电路，将电源电压降压为低电压；2)设计有源低通滤波电路，抑制或消除电源信号中的高频干扰；3)设计波形整形与转换电路，将正弦交流信号整形为规则的方波信号，并进一步将相位信息转换为连续的模拟电压，以供后续电路的采样和处理；4)设计锁相倍频电路，将整形与转换电路输出的信号频率进行倍频锁相，用于后续计算器电路的输入；5)设计计数器电路，对锁相倍频器的输出进行计数，从而对脉冲的计数值进行处理即可得到相位值。2.根据权利要求1所述的局部放电测量中局放脉冲所对应的工频相位检测电路，其特征在于，所述电压变换电路包括电阻分压电路以及稳压电路。3.根据权利要求1所述的局部放电测量中局放脉冲所对应的工频相位检测电路，其特征在于，所述电压变换电路包...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌松，俞飞，吴少雷，冯玉，裴倩，赵成，张周胜，王鲁杨，
申请(专利权)人：国网安徽省电力公司，上海电力学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34