基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置

1.一种基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置，其特征在于：包括天线阵列接收器，天线阵列接收器连接可变增益放大器，可变增益放大器通过电流信号转电压信号电路连接带通滤波器，带通滤波器连接A/D转换器，A/D转换器通过数据通信模块连接D/A转换器，D/A转换器连接微处理器，微处理器连接故障信息显示屏和数据存储模块；
将天线阵列接收器设置在开关柜的柜体外侧，用于接收由局部放电发射的微波信号，将接收的微波信号传输给可变增益放大器，微波信号经过可变增益放大器增益放大后通过电流信号转电压信号电路将经过增益放大的微波信号转换成电压信号传送给带通滤波器，从带通滤波器经过的电压信号通过A/D转换器将信号转换为数字信号，数字信号通过数据通信模块传送给D/A转换器，通过D/A转换器将数字信号还原，还原后的信号传输到信号处理系统，通过微处理器中的开关柜内部放电智能诊断与故障定位分析系统的处理，将结果显示在故障信息显示屏，并将信号信息存储于数据存储模块里，并通过不同放电类型的信号划分建立开关柜内部放电信号数据存储模块。
2.根据权利要求1所述的基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置，其特征在于：所述的数据通信模块包括RS232模块和RS485模块。
3.根据权利要求1所述的基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置，其特征在于：所述的数据存储模块采用硬盘存储。
4.根据权利要求1所述的基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置，其特征在于：所述的A/D转换器采用单独的A/D转换芯片。
5.根据权利要求1所述的基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置，其特征在于：所述的D/A转换器采用单独的D/A转换芯片。
6.根据权利要求1所述的基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置，其特征在于：所述的数据通信模块与天线阵列接收器相连接。

基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置\n技术领域\n[0001] 本发明公开一种检测装置，特别涉及一种基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置，特别涉及包括故障定位与故障类型判断的装置及测量方法。\n背景技术\n[0002] 10V开关柜应用范围巨大，运行环境各异，由于长期的开关投切过程，了解其老化过程所处的阶段对电力系统安全运行有重要意义。目前对于开关柜局部放电的检测均基于实时监测放电存在与否。没有一个可以量化监测的指标可以准确的反映开关柜的老化过程。10V开关柜内电力器件分布集中，而由于局部放电引起的问题各异，需要检测具体的故障类型，进而了解故障原因。在变电站开关柜局部放电的检测故障时，基本是通过放电信号的幅值，频率等通过合理的推测得到放电故障类型。这种方法实用性强，但是对新型故障则准确度不好。需要一种更为准确的，从机理上出发的故障检测方法。\n[0003] 10V开关柜内局部放电故障位置的确定对开关柜的局部放电故障原因分析具有重要意义，而现有研究中，对于局部放电位置的研究是现有研究中的一大弱点，至今尚未见合理报道。10V开关柜局部放电数据通常只用于对当次故障的检测，而开关柜局部放电到最终导致开关柜故障甚至爆炸是一个长期的过程。对局部放电的检测也应该是一个全方位、全周期的发展过程。要清楚了解开关柜的局部放电导致故障甚至爆炸的过程，有必要收集好各种局部放电的信号，定位等信息，建立用于科学预测开关柜寿命的数据库。\n发明内容\n[0004] 根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种可在线检测、实用性强的基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置。\n[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：\n[0006] 所述的基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置，包括天线阵列接收器，天线阵列接收器连接可变增益放大器，可变增益放大器通过电流信号转电压信号电路连接带通滤波器，带通滤波器连接A/D转换器，A/D转换器通过数据通信模块连接D/A转换器，D/A转换器连接微处理器，微处理器连接故障信息显示屏和数据存储模块；\n[0007] 将天线阵列接收器设置在开关柜的柜体外侧，用于接收由局部放电发射的微波信号，将接收的微波信号传输给可变增益放大器，微波信号经过可变增益放大器增益放大后通过电流信号转电压信号电路将经过增益放大的微波信号转换成电压信号传送给带通滤波器，从带通滤波器经过的电压信号通过A/D转换器将信号转换为数字信号，数字信号通过数据通信模块传送给D/A转换器，通过D/A转换器将数字信号还原，还原后的信号传输到信号处理系统，通过微处理器中的开关柜内部放电智能诊断与故障定位分析系统的处理，将结果显示在故障信息显示屏，并将信号信息存储于数据存储模块里，并通过不同放电类型的信号划分建立开关柜内部放电信号数据存储模块。\n[0008] 放电智能诊断与故障定位分析程序内置于微处理器中，当接收到来自前段发送过来的放电信号时，将自动对其进行频率分析、幅值分析等等，初步判断局部放电故障类型与放电强弱。而通过对不同位置天线阵列的信号比较，多线程综合处理来自不同传感器的放电电磁波信号。采用定位程序对放电位置进行判定。\n[0009] 进一步地优选，数据通信模块包括RS232模块和RS485模块。\n[0010] 进一步地优选，数据存储模块采用硬盘存储。存储量大。\n[0011] 进一步地优选，A/D转换器采用单独的A/D转换芯片。A/D转换器采用微处理器内部\n16位sigma-delta ADC。单通道模式下，A/D转换器的转换速率高达50ksps，支持单通道信号输入和差分信号输入模式。A/D转换器采集的数据可以自动存储在微处理器内部缓冲器内，减少系统运行时间。\n[0012] 进一步地优选，D/A转换器采用单独的D/A转换芯片。D/A转换器采用德州仪器(TI)公司的芯片DAC8562SDGSR。DAC8562是具有2.5V、4ppm/℃基准的16位、双路、低功耗、超低短时脉冲波形干扰、缓冲电压输出的DAC。DAC8562芯片与微控制器1通过标准SPI接口通信。\nDAC8562有两路相互独立的模拟电压输出端口（VoutA和VoutB）。\n[0013] 进一步地优选，数据通信模块与天线阵列接收器相连接。保障了测量装置与后台服务系统之间实时的海量通信管理。\n[0014] 本发明所具有的有益效果是：\n[0015] 所述的基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置能够实现24小时在线监测10V开关柜周围由局部放电发射的微波信号，进而实现对10V开关柜内部放电故障的在线监测。内部放电故障的在线监测采用高频电磁波测量传感器，可以实现对测量点处的电磁波强度进行准确测量。装置中的存储模块保障了测量数据的海量存储。装置中的通信模块保障了测量装置与后台服务系统之间实时的海量通信管理。\n附图说明\n[0016] 图1为本发明结构示意图；\n[0017] 图2为本发明的可变增益放大电路原理图；\n[0018] 图3为本发明的电流信号转电压信号电路原理图；\n[0019] 图4为本发明的带通滤波电路原理图；\n[0020] 图5为本发明的D/A转换器电路原理图。\n具体实施方式\n[0021] 下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：\n[0022] 如图1所示，本发明所述的基于电磁波天线接收阵列的10V开关柜内部放电检测装置，包括天线阵列接收器，天线阵列接收器连接可变增益放大器，可变增益放大器通过电流信号转电压信号电路连接带通滤波器，带通滤波器连接A/D转换器，A/D转换器通过数据通信模块连接D/A转换器，D/A转换器连接微处理器，微处理器连接故障信息显示屏和数据存储模块；\n[0023] 将天线阵列接收器设置在开关柜的柜体外侧，用于接收由局部放电发射的微波信号，将接收的微波信号传输给可变增益放大器，微波信号经过可变增益放大器增益放大后通过电流信号转电压信号电路将经过增益放大的微波信号转换成电压信号传送给带通滤波器，从带通滤波器经过的电压信号通过A/D转换器将信号转换为数字信号，数字信号通过数据通信模块传送给D/A转换器，通过D/A转换器将数字信号还原，还原后的信号传输到信号处理系统，通过微处理器中的开关柜内部放电智能诊断与故障定位分析系统的处理，将结果显示在故障信息显示屏，并将信号信息存储于数据存储模块里，并通过不同放电类型的信号划分建立开关柜内部放电信号数据存储模块。\n[0024] 其中，数据通信模块包括RS232模块和RS485模块，数据存储模块采用硬盘存储。A/D转换器采用单独的A/D转换芯片，D/A转换器采用单独的D/A转换芯片。数据通信模块与天线阵列接收器相连接。\n[0025] 本发明天线阵列由八个高精度电磁波测量传感器组成，其测量频率应在满足测量幅值的要求上做到全频谱测量。天线阵列所采集的信号通过光纤传输至信号增益放大器进行信号放大。\n[0026] 信号经过采集以后，传输至信号增益放大器前段,图2为信号增益放大器原理图。\n经过放大增益以后，信号将变成易于较长距离传输而不至于在传输线中过分衰减导致信号过度失真。\n[0027] 电流信号变换电压信号电路将经过增益的电流信号转换成电压信号，传送给带通滤波。\n[0028] 电压信号经带通滤波消除干扰信号，由于不同类型局部放电的频谱和幅值均有区别，所以，需要对电压信号进行选频。选取能反映不同放电故障的特征频率进行分类处理与传输。\n[0029] 经过带通滤波之后的信号通过A/D转换器可以采用单独的A/D转换芯片。D/A转换器可以采用单独的D/A转换芯片。\n[0030] 微处理器通过通信模块与其它外部设备通信。微处理器中内置有10V开关柜内部局部放电诊断系统。可以判断放电故障的类型、放电故障的程度与具体的内部放电位置。能有效的定位局部放电故障点。\n[0031] 参见附图2，给出了一个可变增益放大器采用芯片AD8330ACP的非限定性的具体电路结构。AD8330是亚德诺半导体(ADI)公司的一款DC至150MHz宽带宽可变增益放大器，适合要求完全差分信号通路、低噪声、精确定义增益和适度低失真的应用。该芯片的基本增益函数为线性dB，受引脚VDBS上所施加电压的控制。增益范围为0dB至50dB，相应控制电压为0V至1.5V，斜率为30mV/dB。\n[0032] 参见附图3表示电流信号变换电压信号电路的一个非限定性的具体电路结构图，电流信号经电流信号变换电压信号电路转换成电压信号，电流信号变换电压信号电路由运算放大器ADA4841-2组成。ADA4841-2是亚德诺半导体(ADI)公司的一款单位增益稳定型、低噪声和低失真、轨至轨输出放大器，最大静态电流为1.5mA。电流信号变换电压信号电路的前半部分将输入的电流信号变换成电压信号，电路的后半部分将变换的电压信号进行同相放大或电压跟随处理，再输入带通滤波。\n[0033] 参见附图4表示带通滤波的一个非限定性的具体电路结构图，对电流信号变换电压信号电路输出的电压信号进行带通滤波处理，带通滤波电路由运算放大器ADA4841-2组成。带通滤波由一个高通滤波器和一个低通滤波器组成。利用两个运算放大器ADA4841-2分别构建高通滤波器和低通滤波器，然后将二者串联得到带通滤波器。\n[0034] 参见附图5给出了D/A转换器的非限定性的具体电路结构。D/A转换器采用德州仪器(TI)公司的芯片DAC8562SDGSR。DAC8562是具有2.5V、4ppm/℃基准的16位、双路、低功耗、超低短时脉冲波形干扰、缓冲电压输出的DAC。DAC8562芯片与微控制器1通过标准SPI接口通信。DAC8562有两路相互独立的模拟电压输出端口（VoutA和VoutB）。