專利名稱：一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力設備智能化技術及其應用領域，特別是涉及一種用于高壓開關柜非侵入式局部放電監(jiān)測的便攜式多功能地電波信號發(fā)生器。
背景技術：
近些年來，一種先進的非侵入式高壓開關柜類設備內部局部放電監(jiān)測技術在電力企業(yè)獲得了越來越多的應用，通過在這些設備的外殼表面短時或長期安置地電波傳感器，通過測量外表面地電波信號的強度和活動頻率就可以實現對開關柜絕緣狀態(tài)監(jiān)測和故障狀態(tài)的監(jiān)測。然而，上述監(jiān)測方法在實際應用中還存在若干技術問題尚待解決1)無法確保地·電波傳感器性能的一致性，可能造成絕緣狀態(tài)的誤判；2)在開展局部放電定位時無法準確評估傳感器之間地電波信號傳播的時間差，影響放電定位的準確性和效率；3)不能準確評估地電波信號沿著開關柜表面的衰減系數，影響放電位置和放電強度的準確評估。因此，如何設計和制作一種安全、便攜、高效的新的多功能地電波信號發(fā)生器，解決目前高壓開關柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)在電力企業(yè)的應用實踐中存在的問題，實屬當前業(yè)界的重要研究課題之
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發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種多功能地電波信號發(fā)生器，具有安全性高、容易便攜、應用廣泛等特點，以克服現有技術中監(jiān)測系統(tǒng)在電力企業(yè)的應用實踐中技術方面存在的不足和困難。為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器，包括絕緣外殼，以及設置在所述絕緣外殼中的下述部件
脈沖信號發(fā)生器，用于產生脈沖地電波信號；
第一地電波發(fā)射電極，與所述脈沖信號發(fā)生器連接，用于將所述脈沖信號發(fā)生器產生的脈沖地電波信號發(fā)射出去；
延時元件，與所述脈沖信號發(fā)生器相連接，用于將所述脈沖信號發(fā)生器產生的脈沖地電波信號進行延時；
第二地電波發(fā)射電極，與所述延時元件相連接，用于將所述經延時后的脈沖地電波信號發(fā)射出去；
電源單元，用于為所述脈沖信號發(fā)生器供電。優(yōu)選地，所述脈沖信號發(fā)生器進一步包括
高速電子開關K21，其一端與所述電源單元相連接；
第一電感L21，其一端與所述高速電子開關K21另一端相連接，且通過第一電容C21接
地；
第二電感L22，其一端與所述第一電感L21的另一端相連接，且通過第二電容C22接地；
第三電感L23，其一端與所述第二電感L22的另一端相連接，且通過第三電容C23接
地；
第四電感L24，其一端與所述第三一電感L23的另一端相連接，且通過第四電容C24接地；其另一端為輸出端，通過第一電阻R21接地。優(yōu)選地，所述第一地電波發(fā)射電極以及第二地電波發(fā)射電極均包括
圓形PCB基板；
在所述圓形PCB基板的一面上敷設有銅箔；
在所述圓形PCB基板的另一面上形成有一個帶缺口的圓環(huán)，以形成了一個磁偶極子天線.
其中，所述缺口的一端為信號輸入端，用于連接所述脈沖信號發(fā)生器或者所述延時元件，所述缺口的另一端接地。所述圓形PCB基板敷設有銅箔的一面朝向所述絕緣外殼。優(yōu)選地，所述圓形PCB基板的半徑是所述圓環(huán)半徑的2 3倍，且兩者的圓心重合。優(yōu)選地，所述延時元件為由一定長度的同軸電纜形成的延時線。 優(yōu)選地，所述電源單元為可充電電池，所述可充電電池通過絕緣外殼上的插頭與外部充電器連接。優(yōu)選地，所述的絕緣外殼采用環(huán)氧樹脂材質，所述設置在絕緣外殼上的插頭為香蕉插頭。實施本發(fā)明的實施例，具有如下有益效果
1、本發(fā)明采用非侵入式設計，地電波信號發(fā)生器的外殼采用環(huán)氧樹脂材質材料，具有IOkV的絕緣水平，因此監(jiān)測人員可以非常安全地操作該儀器；
2、本發(fā)明的地電波信號發(fā)生器，可以做得很小，便于攜帶；
3、本發(fā)明實施例的地電波信號發(fā)生器采用兩個地電波發(fā)射電極，且該兩個地電波發(fā)射電極之間存在一個固定的延時。在進行現場監(jiān)測時，操作人員只需將兩個地電波傳感器貼在該地電波發(fā)生器的相應的地電波發(fā)射電極位置處，即可知道兩個地電波傳感器的性能是否一致和穩(wěn)定；將本發(fā)明實施例的地電波信號發(fā)生器和兩個地電波傳感器貼在高壓開關柜的外表面的不同位置處，即可以獲得兩個地電波傳感器之間的時間差以及地電波信號沿開關柜表面?zhèn)鞑r的衰減系數。大大提高了工作人員監(jiān)測的效率、局部放電定位的精度和狀態(tài)評估的可靠性。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發(fā)明便攜式多功能地電波信號發(fā)生器的一個實施例的組成方框示意圖。圖2是本發(fā)明便攜式多功能地電波信號發(fā)生器的一個實施例中脈沖信號發(fā)生器的電路結構示意圖。
圖3是本發(fā)明便攜式多功能地電波信號發(fā)生器的一個實施例中地電波發(fā)射電極的結構示意圖。圖4是本發(fā)明便攜式多功能地電波信號發(fā)生器在用于校核地電波傳感器一致性時的示意圖。圖5是本發(fā)明便攜式多功能地電波信號發(fā)生器在現場應用時的示意圖。圖6是圖5中地電波沿著開關柜表面的衰減系數和時間差的示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。
如圖I所示，是本發(fā)明一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器的一個實施例。該便攜式多功能地電波信號發(fā)生器主要包括絕緣外殼11，以及設置在該絕緣外殼11中的部件，具體包括電源單兀13、脈沖信號發(fā)生器14、第一地電波發(fā)射電極15、延時單兀16、信號分路單元17，第二地電波發(fā)射電極18。其中，絕緣外殼11用于形成絕緣表面，在一個實施例中可采用環(huán)氧樹脂類絕緣材質，厚度小于3mm,大于Imm,可以實現4KV的絕緣。脈沖信號發(fā)生器14，用于產生脈沖地電波信號；
信號分路單元17，用于將脈沖信號發(fā)生器14產生的脈沖地電波信號分成兩路。在一個實施例中，該信號分路單元17可以為一個“T”形接頭；
第一地電波發(fā)射電極15，與所述脈沖信號發(fā)生器14連接，具體地，可以是和信號分路單元17的一個分支相連接，用于將所述脈沖信號發(fā)生器14產生的脈沖地電波信號發(fā)射出去;
延時元件16，與所述脈沖信號發(fā)生器14相連接，具體地，可以是和信號分路單元17的另一個分支相連接，用于將所述脈沖信號發(fā)生器14產生的脈沖地電波信號進行延時；
其中插頭12、的可充電電池通過固定在絕緣外殼上的插口與外部充電器連接；
第二地電波發(fā)射電極18，與所述延時元件16相連接，用于將所述經延時后的脈沖地電波信號發(fā)射出去；
電源單元13，用于為所述脈沖信號發(fā)生器14供電。其中，所述延時元件16在一個實施中為由一定長度(例如30cm)的同軸電纜形成的延時線，用30cm長的同軸電纜即可實現2納秒(2ns)的延時。延時元件16推遲了脈沖信號發(fā)生器產生14的脈沖信號到達第二地電波發(fā)射電極18時間，例如采用上述的30cm長的延時線，可以使脈沖信號發(fā)生器產生14的脈沖信號到達第二地電波發(fā)射電極18的時間較其到達第一地電波發(fā)射電極15的時間晚2ns。所述電源單元13為可充電電池，該可充電電池通過絕緣外殼11上的插頭12與外部充電器(未示出)連接。其中，在一個實施中，該插頭12為香蕉插頭，當然可以理解的是，其亦可以采用其他類型的插頭形式；在一個實施例中，可充電電池選用工作電壓為5V的大容量(如2IOOmAh)的鋰電池。如圖2所示，示出了本發(fā)明一種實施例中脈沖信號發(fā)生器14的電路結構示意圖。從其中可以看出，該脈沖信號發(fā)生器14包括優(yōu)選地，所述脈沖信號發(fā)生器進一步包括高速電子開關K21，其一端與所述電源單元13相連接；
第一電感L21，其一端與所述高速電子開關K21另一端相連接，且通過第一電容C21接
地；
第二電感L22，其一端與所述第一電感L21的另一端相連接，且通過第二電容C22接
地；
第三電感L23，其一端與所述第二電感L22的另一端相連接，且通過第三電容C23接
地；
第四電感L24，其一端與所述第三一電感L23的另一端相連接，且通過第四電容C24接 地；其另一端為輸出端，通過第一電阻R21接地。在一個實施例中，上述各元件的參數取值可為C21=150pF，C22=125pF,C23=125pF, C24=150pF ； L21=220nH, L22=220nH, L23=220nH, L24=220nH，R21=50 Q。其中的高速電子開關K21采用MOSFET電力電子器件，耐壓不下于30V，電流不小于2A。如圖3所示，是本發(fā)明一個實施例中地電波發(fā)射電極的結構示意圖。第一地電波發(fā)射電極15以及第二地電波發(fā)射電極18均包括
圓形PCB基板30 ；
在所述圓形PCB基板30的一面上敷設有銅箔；
在所述圓形PCB基板30的另一面上形成有一個帶缺口的圓環(huán)，以形成了一個磁偶極子天線，該圓環(huán)亦不銅質材料；
其中，所述缺口的一端31為信號輸入端，用于連接所述脈沖信號發(fā)生器14或者所述延時元件16，所述缺口的另一端32接地；
且所述圓形PCB基板30敷設有銅箔的一面朝向絕緣外殼11，例如在一個實施例中，可以貼在絕緣外殼11的內表面。在一個實施例中，所述圓形PCB基板30的半徑是所述圓環(huán)半徑的2 3倍，且兩者的圓心重合，例如，該圓形PCB基板30的半徑為20mm,厚度為Imm;圓環(huán)的半徑為10mm。來自脈沖信號發(fā)生器14的脈沖信號通過磁偶極子天線輻射出電磁場，電磁場耦合到圓形PCB基板另外一面的銅箔導體上從而對外發(fā)射出地電波。利用本發(fā)明實施例的便攜式多功能地電波信號發(fā)生器時，可應用在以下兩個測量方面
I)校核傳感器性能的一致性
如圖4所示，本發(fā)明便攜式多功能地電波信號發(fā)生器在用于校核地電波傳感器一致性時的示意圖。將兩個地電波傳感器42分別緊貼在地電波信號發(fā)生器I的外殼上兩個地電波發(fā)射電極(即圖I中的15和18)的對應的表面處,地電波信號發(fā)生器I工作時產生的電磁波被耦合到地電波傳感器42，通過兩根信號電纜43傳送給主機44 (例如電腦終端或高速數字示波器等)，主機44會采集并分析和顯示的地電波信號，根據測量信號的波形、幅值、兩路信號的時間差等來判斷傳感器的性能是否穩(wěn)定一致。例如，如果兩路信號的峰值誤差超過10%，即可認為兩個傳感器性能不一致，如果同樣一個傳感器前后兩次校核性能變化較大，也可認定其性能不穩(wěn)定。2)現場應用中地電波沿開關柜表面的衰減系數和時間差測量
如圖5所示，是本發(fā)明便攜式多功能地電波信號發(fā)生器在現場應用時的示意圖。在測量開關柜內部的局部放電時，將兩個地電波傳感器42緊貼在高壓開關柜51外殼的表面。為了測量兩個地電波傳感器42之間的時間差，將地電波信號發(fā)生器I的有地電波發(fā)射電極的一面貼在高壓開關柜51外殼的表面，兩個地電波傳感器42將感應到相應的地電波信號，然后經過兩條等長的同軸電纜53傳送到主機44進行分析、處理和顯示，從而完成兩路信號和時間差的測量。通過兩路信號的峰值，可以推測出地電波信號沿著柜體表面?zhèn)鞑r的衰減系數。如圖6所示，假設主機44測得的兩路信號分別為“信號61”(對應于圖5中下面的地電波傳感器)和“信號62”(對應于圖5中上面的地電波傳感器)，信號的峰值分別為Ul和U2，時間差為At=t2-tl，如果電磁波傳播速度為V，那么兩個地電波傳感器42之間的距離L= At X V,進而可以推算出衰減系數a = In (Ul/U2)/L。
可見，本發(fā)明創(chuàng)造性地解決了開展高壓開關柜現場局部放電測量時難以快速準確地評估地電波傳感器之間傳播時間差和地電波信號衰減特性的問題。實施本發(fā)明的實施例，具有如下的有益效果
1、本發(fā)明采用非侵入式設計，地電波信號發(fā)生器的外殼采用環(huán)氧樹脂材質材料，具有IOkV的絕緣水平，因此監(jiān)測人員可以非常安全地操作該儀器；
2、本發(fā)明的地電波信號發(fā)生器，可以做得很小，便于攜帶；
3、本發(fā)明實施例的地電波信號發(fā)生器采用兩個地電波發(fā)射電極，且該兩個地電波發(fā)射電極之間存在一個固定的延時。在進行現場監(jiān)測時，操作人員只需將兩個地電波傳感器貼在該地電波發(fā)生器的相應的地電波發(fā)射電極位置處，即可知道兩個地電波傳感器的性能是否一致和穩(wěn)定；將本發(fā)明實施例的地電波信號發(fā)生器和兩個地電波傳感器貼在高壓開關柜的外表面的不同位置處，即可以獲得兩個地電波傳感器之間的時間差以及地電波信號沿開關柜表面?zhèn)鞑r的衰減系數。大大提高了工作人員監(jiān)測的效率、局部放電定位的精度和狀態(tài)評估的可靠性。以上所揭露的僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，然不能以此來限定本發(fā)明的權利范圍，本領域技術人員利用上述揭露的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，仍屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器，其特征在于，包括絕緣外殼，以及設置在所述絕緣外殼中的下述部件 脈沖信號發(fā)生器，用于產生脈沖地電波信號； 第一地電波發(fā)射電極，與所述脈沖信號發(fā)生器連接，用于將所述脈沖信號發(fā)生器產生的脈沖地電波信號發(fā)射出去； 延時元件，與所述脈沖信號發(fā)生器相連接，用于將所述脈沖信號發(fā)生器產生的脈沖地電波信號進行延時； 第二地電波發(fā)射電極，與所述延時元件相連接，用于將所述經延時后的脈沖地電波信號發(fā)射出去； 電源單元，用于為所述脈沖信號發(fā)生器供電。
2.如權利要求I所述的一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器，其特征在于，所述脈沖信號發(fā)生器進一步包括 高速電子開關K21，其一端與所述電源單元相連接； 第一電感L21，其一端與所述高速電子開關K21另一端相連接，且通過第一電容C21接地； 第二電感L22，其一端與所述第一電感L21的另一端相連接，且通過第二電容C22接地； 第三電感L23，其一端與所述第二電感L22的另一端相連接，且通過第三電容C23接地； 第四電感L24，其一端與所述第三一電感L23的另一端相連接，且通過第四電容C24接地；其另一端為輸出端，通過第一電阻R21接地。
3.根據權利要求I或2所述的一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器，其特征在于，所述第一地電波發(fā)射電極以及第二地電波發(fā)射電極均包括 圓形PCB基板； 在所述圓形PCB基板的一面上敷設有銅箔； 在所述圓形PCB基板的另一面上形成有一個帶缺口的圓環(huán)，以形成了一個磁偶極子天線. 其中，所述缺口的一端為信號輸入端，用于連接所述脈沖信號發(fā)生器或者所述延時元件，所述缺口的另一端接地。
4.根據權利要求3所述的一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器，其特征在于，所述圓形PCB基板敷設有銅箔的一面朝向所述絕緣外殼。
5.根據權利要求4所述的一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器，其特征在于，所述圓形PCB基板的半徑是所述圓環(huán)半徑的2 3倍，且兩者的圓心重合。
6.根據權利要求5所述的一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器，其特征在于，所述延時元件為由一定長度的同軸電纜形成的延時線。
7.根據權利要求6所述的一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器，其特征在于，所述電源單元為可充電電池，所述可充電電池通過絕緣外殼上的插頭與外部充電器連接。
8.根據權利要求7所述的一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器，其特征在于，所述絕緣外殼采用環(huán)氧樹脂材質，所述設置在絕緣外殼上的插頭為香蕉插頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種便攜式多功能地電波信號發(fā)生器，包括絕緣外殼，以及設置在所述絕緣外殼中的下述部件脈沖信號發(fā)生器，用于產生脈沖地電波信號；第一地電波發(fā)射電極，與所述脈沖信號發(fā)生器連接，用于將所述脈沖信號發(fā)生器產生的脈沖地電波信號發(fā)射出去；延時元件，與所述脈沖信號發(fā)生器相連接，用于將所述脈沖信號發(fā)生器產生的脈沖地電波信號進行延時；第二地電波發(fā)射電極，與所述延時元件相連接，用于將所述經延時后的脈沖地電波信號發(fā)射出去；電源單元，用于為所述脈沖信號發(fā)生器供電。本發(fā)明實施具有多功能、容易攜帶及安全性高等優(yōu)點。
文檔編號G01R31/12GK102778640SQ20121024141
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權日2012年7月13日
發(fā)明者張偉, 朱正國, 李洪杰, 江健武 申請人:深圳供電局有限公司, 西安交通大學