基于特高频法的多物理场耦合油纸绝缘局部放电检测系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于特高频法的多物理场耦合油纸绝缘局部放电检测系统，主要由多物理场耦合油纸绝缘局部放电装置、UHF信号采集装置、数据传输单元和主机显示单元四个部分构成；所述局部放电装置包含直流电源、谐波电源、复合单元和模拟局部放电装置；所述直流电源和所述谐波电源的输出端连接所述复合单元的输入端；所述复合单元的输出端连接所述模拟局部放电装置的输入端；所述UHF信号采集装置信号连接所述模拟局部放电装置；所述数据传输单元用于对局部放电脉冲信号进行有效采集，并且通过无线传输模式传送至主机显示单元。实现同时施加直流电压和谐波电压，能够准确模拟换流变压器阀侧套管的复杂工况。

Multi physics field coupled partial discharge detection system for oil paper insulation based on UHF method

The invention discloses a multi-physical field coupled oil-paper insulation partial discharge detection system based on UHF method, which is mainly composed of four parts: multi-physical field coupled oil-paper insulation partial discharge device, UHF signal acquisition device, data transmission unit and host display unit; the partial discharge device includes DC power supply and harmonic electricity. The output end of the DC power supply and the harmonic power supply is connected to the input end of the composite unit, the output end of the composite unit is connected to the input end of the analog partial discharge device, and the signal acquisition device of the UHF signal is connected to the analog partial discharge device. The data transmission unit is used to collect the partial discharge pulse signal effectively and transmit it to the host display unit through the wireless transmission mode. By applying DC voltage and harmonic voltage simultaneously, the complex working conditions of valve side bushing of converter transformer can be accurately simulated.

【技术实现步骤摘要】
基于特高频法的多物理场耦合油纸绝缘局部放电检测系统
本专利技术属于油纸绝缘放电测量
，涉及一种基于特高频法的多物理场耦合油纸绝缘局部放电检测系统。
技术介绍
近年来，换流变压器的事故频发，2007年度影响我国直流输电系统可靠性指标的分析报告中明确给出：因换流变引发的故障造成单级强迫停运5次，停运时间472.13小时，单级计划停运4次，停运时间287.25小时，引起系统降额运行1次。换流变压器的绝缘问题是造成故障的主要原因。换流变压器的绝缘以油纸绝缘为主，在热、电应力作用下，油分子会发生老化，纸板纤维会发生断裂，造成绝缘劣化。油纸绝缘劣化会导致变压器主绝缘、匝间绝缘、接线端子绝缘等发生严重局部放电，进而发展成沿面闪络，气隙放电等故障，造成绝缘永久性损坏，变压器发生短路、断路等故障。换流变压器阀侧绕组主要承受了不同交直流电压比例的复合电压作用，这使得换流变压器内部油纸绝缘的局部放电特性与交流电力变压器内部绝缘局部放电(PartialDischarge,PD)特性存在一定的差异性。为考核换流变压器内绝缘在直流电场作用下的绝缘性能，IEC标准规定，换流变出厂前需进行直流耐压试验，同时在耐压过程中进行局部放电测量试验。目前，交流电压作用下油纸绝缘的局部放电特性进行多年研究，形成较为完整的理论体系和分析方法。近年来随着高压直流输电工程(HighVoltageDirectCurrent,HVDC)发展，直流电压，脉冲电压和谐波电压作用下油纸绝缘局部放电现象分析成为研究热点。但是现阶段，国内外对复合电压下局部放电的试验与诊断技术的研究仍然处于起步阶段。特高频检测法(ultrahighfrequency,UHF)是指电力设备内发生局部放电时的电流脉冲(上升沿为纳秒级)能在内部激励频率高达数GHz的电磁波，通过检测这种电磁波信号来实现局部放电检测。特高频检测法检测频段高(通常为300-3000MHz)，具有抗干扰能力强，检测灵敏度高等优点，可用于电力设备局部放电类缺陷的检测、定位和故障类型识别。Zigbee串口模块是基于Zigbee2007/PRO协议栈的2.4GZigbee无线串口透明传输通信模块。模块基于TI高性能低功耗的2.4G射频收发芯片CC2530及大功率低噪声射频前端芯片CC2591，实现极易使用、全透明、高稳定、超低功耗、超远距离、超大规模Zigbee无线传感网络的组网。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于特高频法的多物理场耦合油纸绝缘局部放电检测系统，利用UHF天线的局部放电检测技术，对多物理场下油纸绝缘局部放电缺陷进行诊断和识别。本专利技术针对换流变压器阀侧套管用油纸绝缘在复合电场下的局部放电检测，通过将特高频天线与直流叠加谐波电压装置相结合，能够保持高灵敏度对运行的油纸绝缘局部放电进行检测，并通过信号采集和信号处理传输至主机，进而从局部放电方面描述油纸绝缘劣化的局部放电检测系统本专利技术为解决技术问题，提出的技术方案是：基于特高频法的多物理场耦合油纸绝缘局部放电检测系统，主要由多物理场耦合油纸绝缘局部放电装置、UHF信号采集装置、数据传输单元和主机显示单元四个部分构成；所述多物理场耦合油纸绝缘局部放电装置包含直流电源、谐波电源、复合单元和模拟局部放电装置；所述直流电源和所述谐波电源的输出端连接所述复合单元的输入端；所述模拟局部放电装置主要由一个恒温预热平台和两个指压型电极构成：其中的一个指压型电极与所述复合单元的输出端相连，另一个指型电极与大地相连；所述UHF信号采集装置用以获取油纸绝缘所产生的特高频局部放电信号，包括依次串接的UHF天线、放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路；所述UHF天线采用由阿基米德螺旋和平面等角螺线复合的外置型天线；所述电压反馈放大电路和稳压电路的输出端连接至数据传输单元的输入端；所述数据传输单元用于采集局部放电数据并进行无线传输，采用微处理器芯片(MicroprogrammedControlUnit,MCU)作为主处理器，并通过串口通信，搭载Zigbee发送模块完成对数据的无线传输；所述数据传输单元的输出端连接射频(RadioFrequency,RF)天线，通过无线连接至主机的Zigbee接收模块的串口；所述数据传输单元用于对局部放电脉冲信号进行有效采集，并且通过无线传输模式传送至主机显示单元；所述主机显示单元用于获取从数据传输单元传过来的数据，并进行局部放电相位谱图(PhaseResolvedPartialDischarge,PRPD)和脉冲序列相位谱图(PhaseResolvedPulseSequence,PRPS)的描点，将结果显示在人机界面上，并进行数据存储和读取。所述直流电源为静电纺丝高压源。所述谐波电源由一台单进单出变频电源和一台试验变压器构成。所述复合单元由两个高压薄膜电容和两个高压电阻构成。所述数据传输单元集成在UHF信号采集装置中。所述UHF天线采用一端为BNC接头，另一端为高频RF头的传输线。所述放大电路采用两个型号为ADL5545芯片串联实现的二级放大。所述滤波电路为三阶巴特沃斯高通滤波器，截止频率设定为300MHz。所述检波电路由SMS7630高频二极管串联RC充放电电路构成。所述电压反馈放大和稳压电路采用AD8056芯片中两个运算放大器实现的2倍放大和电压跟随。有益效果1、实现同时施加直流电压和谐波电压，能够准确模拟换流变压器阀侧套管的复杂工况，并且正负直流电压源切换快捷，保证实验安全。谐波电压发生器的输出电压和频率均可调节，保证功能完善。2、复合型螺旋天线具有更好的截止频率和更小的尺寸，能够更加准确捕捉到局部放电信号，能够有效去除部分干扰信号。3、主机分析功能强大，具有数据对比库和分析模式，能够查阅存储历史数据，并能够自行定义图片编号和日期，从PRPD和PRPS两种谱图协同分析局部放电特征，并进行模式识别。4、具备多种图形参数设置功能，可进行可视化降噪功能，可设定阈值和采样间隔以及电源频率等。5、完全数字化显示，界面更加直观，简洁明了，人机交互友好。6、与现有检测技术和检测装置相比，本专利技术能够准确模拟换流变压器阀侧套管用油纸绝缘在实际工况下所产生的局部放电信号，检测准确，便于工作人员操作设置和诊断，采用基于特高频法的检测系统更具优势，能够实现准确的信号捕捉，通过将采集结果通过无线传输至数据分析单元，保证操作安全可靠。附图说明图1是本专利技术的电压复合单元电路接线图；图2是本专利技术的系统结构装置图；图3是本专利技术的UHF信号采集装置结构框图；图4是本专利技术的主机显示单元结构框图；图5是本专利技术的主机界面。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步说明本专利技术的基于特高频法的多物理场耦合油纸绝缘局部放电检测系统是如何实现的。本专利技术通过UHF天线和多物理场耦合局部放电装置的结合，对油纸绝缘局部放电进行检测，从PRPD和PRPS谱图两个方面描述油纸绝缘在多物理场耦合作用下的局部放电特征，研究换流变压器阀侧套管内绝缘的介电性能。本专利技术通过以下措施来达到：提供一种基于UHF法的多物理场耦合油纸绝缘局部放电检测系统，即一种基于特高频天线和多物理场耦合局部放电装置实现油纸绝缘的局部放电动态和高灵敏度检测。如图2所示，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于特高频法的多物理场耦合油纸绝缘局部放电检测系统，其特征在于，主要由多物理场耦合油纸绝缘局部放电装置、UHF信号采集装置、数据传输单元和主机显示单元四个部分构成；所述多物理场耦合油纸绝缘局部放电装置包含直流电源、谐波电源、复合单元和模拟局部放电装置；所述直流电源和所述谐波电源的输出端连接所述复合单元的输入端；所述复合单元的输出端连接所述模拟局部放电装置的输入端；所述模拟局部放电装置主要由一个恒温预热平台和两个指压型电极构成：其中的一个指压型电极与所述复合单元的输出端相连，另一个指型电极与大地相连；所述UHF信号采集装置信号连接所述模拟局部放电装置，用以获取油纸绝缘所产生的特高频局部放电信号；所述UHF信号采集装置信号包括依次串接的UHF天线、放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路；所述UHF天线采用由阿基米德螺旋和平面等角螺线复合的外置型天线；所述电压反馈放大电路和稳压电路的输出端连接至数据传输单元的输入端；所述数据传输单元用于采集局部放电数据并进行无线传输，采用微处理器芯片作为主处理器，并通过串口通信，搭载Zigbee发送模块完成对数据的无线传输；所述数据传输单元的输出端连接射频天线，通过无线连接至主机的Zigbee接收模块的串口；所述数据传输单元用于对局部放电脉冲信号进行有效采集，并且通过无线传输模式传送至主机显示单元；所述主机显示单元用于获取从数据传输单元传过来的数据，并进行局部放电相位谱图和脉冲序列相位谱图的描点，将结果显示在人机界面上，并进行数据存储和读取。...

【技术特征摘要】
1.基于特高频法的多物理场耦合油纸绝缘局部放电检测系统，其特征在于，主要由多物理场耦合油纸绝缘局部放电装置、UHF信号采集装置、数据传输单元和主机显示单元四个部分构成；所述多物理场耦合油纸绝缘局部放电装置包含直流电源、谐波电源、复合单元和模拟局部放电装置；所述直流电源和所述谐波电源的输出端连接所述复合单元的输入端；所述复合单元的输出端连接所述模拟局部放电装置的输入端；所述模拟局部放电装置主要由一个恒温预热平台和两个指压型电极构成：其中的一个指压型电极与所述复合单元的输出端相连，另一个指型电极与大地相连；所述UHF信号采集装置信号连接所述模拟局部放电装置，用以获取油纸绝缘所产生的特高频局部放电信号；所述UHF信号采集装置信号包括依次串接的UHF天线、放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路；所述UHF天线采用由阿基米德螺旋和平面等角螺线复合的外置型天线；所述电压反馈放大电路和稳压电路的输出端连接至数据传输单元的输入端；所述数据传输单元用于采集局部放电数据并进行无线传输，采用微处理器芯片作为主处理器，并通过串口通信，搭载Zigbee发送模块完成对数据的无线传输；所述数据传输单元的输出端连接射频天线，通过无线连接至主机的Zigbee接收模块的串口；所述数据传输单元用于对局部放电脉冲信号进行有效采集，并且通过无线传输模式传送至主机显示单元；所述主机显示单元用于获取从数据传输单元传过来的数据，并进行局部放电相位谱图和脉冲序列相位谱图的描点，将结果显示在人机界面上，并进行数据存储和读取。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱闻博，杜伯学，苏金刚，姜金鹏，宁江涛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12