局部放電(Partial discharge)指的是當(dāng)絕緣系統(tǒng)處于高電壓的作用下時(shí)，裝置(例如電機(jī))的電絕緣系統(tǒng)中局部的介質(zhì)擊穿(localized dielectric breakdown)。所述擊穿由絕緣系統(tǒng)中的一個或者一個以上裂紋、空穴、或者夾雜物產(chǎn)生。局部放電對所述裝置產(chǎn)生小的但是影響重大的損傷，預(yù)示著所述絕緣系統(tǒng)開始失效，這有可能在未來將導(dǎo)致災(zāi)難性的損害。正因如此，最好能夠檢測到局部放電，以便在這樣的損害發(fā)生之前，就可以對絕緣系統(tǒng)進(jìn)行維修或者更換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

此處的實(shí)施方式涉及一種包括高壓電阻分壓器的局部放電檢測屏。所述高壓電阻分壓器可以降低由過電壓盤產(chǎn)生的沖擊過電壓的峰值電壓。所述高壓電阻分壓器還可以包括具有第一電阻的高壓側(cè)和具有第二電阻的低壓側(cè)。

附圖說明

附加的特征和有益效果通過本發(fā)明公開的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明其它的實(shí)施方式和方面在這里詳細(xì)描述。為了更好的理解本發(fā)明的有益效果和特征，下面參考說明書和附圖。

作為本發(fā)明的主題在說明書概括的權(quán)利要求書中詳細(xì)指出并作為保護(hù)范圍。前述的內(nèi)容和其它特征、以及本發(fā)明的有益效果在以下的細(xì)節(jié)說明和附圖中將很清楚，在所述附圖中：

圖1為按照本發(fā)明實(shí)施例的用于檢測局部放電的系統(tǒng)的示意圖；

圖2為按照本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)的局部放電檢測屏的示意圖；以及

圖3為按照本發(fā)明實(shí)施例的高壓電阻分壓器的示意圖。

具體實(shí)施方式

此處描述的實(shí)施例涉及利用阻抗衰減的局部放電檢測。更詳細(xì)的，此處描述的實(shí)施例涉及用于沖擊激勵下電感線圈中高頻局部放電信號(signature)的阻抗采樣操作(resistive pickup operation)。

局部放電檢測是一種比較困難的測量，體現(xiàn)在不同的裝置中保持一致表現(xiàn)的方面，因?yàn)橹鳒y試單元和激勵過電壓沖擊(stimulating surge impulse)強(qiáng)度中存在差異。此外，對于不同裝置的不同的檢測操作基于捕捉及分析的信號頻率產(chǎn)生不同的結(jié)果。例如，同期利用天線、硬線(hard-wired)連接電容、或者硬線電流變換器(currenttransformer)的檢測方法不能在多種裝置中得到一致的表現(xiàn)結(jié)果，因?yàn)樘炀€是與發(fā)射采樣(emission pick-up)方向性地相關(guān)的，硬線連接電容或者電流變換器都具有在分析前排除了大量信號信息的確定的頻率參數(shù)。

此處描述的實(shí)施方式建立一種阻抗衰減概念，利用高壓精密電阻器，其能夠?qū)崿F(xiàn)廉價(jià)的及更有效的局部放電信號檢測。例如，完整的頻譜可以通過無電感(non-inductive)厚層電阻，帶來數(shù)字化和分析時(shí)易管理的完整的信號(這與同期在分析前排除大量信號信息的檢測方法相反)。

下面將會領(lǐng)會到，此處描述的實(shí)施方式將會降低制造成本，因?yàn)闊o電感厚層電阻器是一種廉價(jià)的構(gòu)件，測試時(shí)裝置需要更少的裝配和準(zhǔn)備工作。進(jìn)一步地，所述無電感厚層電阻不會被方向性地影響或者受信號接收問題影響，其能實(shí)現(xiàn)為更靈活和多樣化分析的數(shù)字處理參數(shù)的快速配置。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，大體上展示了按照本發(fā)明實(shí)施例的局部放電檢測的系統(tǒng)100的示意圖，所述系統(tǒng)包括裝置110和主單元115。

所述裝置110為包括電絕緣部的處于局部放電檢測中的構(gòu)件。所述裝置110例如為電機(jī)定子(motor stator)。在應(yīng)用中，電機(jī)定子可以用于機(jī)車發(fā)動機(jī)、動力裝置、發(fā)電機(jī)等。電機(jī)定子可以配置成開放的框架(open frame)或者配置成被封閉的(encased)設(shè)計(jì)，安裝或者沒有安裝轉(zhuǎn)子。例如，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子可以包括形式繞組線圈：在被插入電機(jī)定子的槽中并被連接到端子之前，所述線圈被成形、浸漬、及絕緣化。電機(jī)測試(也就是為了測試局部放電)通常在電機(jī)轉(zhuǎn)子的制造和維修中執(zhí)行。進(jìn)一步地，測試可在電機(jī)定子或者整個裝置110的個體線圈上進(jìn)行。

所述主單元115為配置成執(zhí)行所述裝置110的局部放電離線檢測的測試構(gòu)件。所述主單元115包括繼電器矩陣(relay matrix)120、過電壓盤(surge board，又稱“過電壓發(fā)生器”)130、局部放電檢測屏(partial discharge detection board)150。所述主單元115利用高電壓導(dǎo)線連接至所述裝置110，如圖示的通過測試引線A、B、C和線路側(cè)連接(line side connection，接地端)D。另外，所述主單元115的構(gòu)件為內(nèi)部連接，例如，通過線連接E。

在操作中，當(dāng)所述裝置110處于離線時(shí)，所述主單元115向所述裝置110施加過電壓沖擊(舉例來說，通過其中一個測試引線A、B、或者C施加過電壓沖擊，而其余兩個測試引線通過線路側(cè)連接D接地)。所述過電壓沖擊可以具有從0kV至15kV的電壓，其能夠儲存在電容中并由電容釋放。在一個例子中，可以在等于或者不足100毫微秒(ns)內(nèi)到達(dá)15kV的過電壓沖擊。使用過電壓沖擊產(chǎn)生反射波形，主單元115通過提供所述沖擊的測試引線A、B、或者C接收來自所述裝置110的所述反射波形。

所述反射波形，在一個例子中為阻尼正弦波(damped sinusoid)，包括由所述過電壓沖擊引發(fā)的局部放電。也就是，也就是說，反射波形可以包含對應(yīng)過電壓沖擊峰值電壓(peak voltage ofthe surge impulse)的尖峰電壓(spike voltage)，其后跟隨以響應(yīng)電壓(ringvoltages，又稱“震蕩電壓”)?？梢栽谒龇逯惦妷簝?nèi)檢測到局部放電。進(jìn)一步地，所述滑環(huán)電壓還可以包括后續(xù)尖峰電壓(subsequent spike voltage)，在該后續(xù)尖峰電壓中可以檢測到后續(xù)局部放電(subsequentpartial discharge)。注意，響應(yīng)電壓響應(yīng)于峰值電壓，可持續(xù)數(shù)百微秒，相對而言比峰值電壓要長，取決于具體裝置110。

所述繼電器矩陣120為所述主單元115的構(gòu)件，其包括一個或者一個以上的繼電器。所述繼電器矩陣120配置成在測試引線A、B、C之間切換連接至所述裝置110。例如，如圖1中展示的，所述繼電器矩陣120可以在三個測試引線A、B、C之間切換以對應(yīng)于所述裝置110的三個電氣相位。所述測試引線A、B、C可以包括彈簧夾(alligator clip)，所述彈簧夾直接連接至所述裝置110的端子和所述主單元115。在這種形式的繞組線圈情況下，所述測試引線可以直接連接至所述線圈自身。注意到，因?yàn)橥瑫r(shí)物理地連接至所述裝置110和所述主單元115，所述測試引線通過所述繼電器矩陣120分別(例如，每次一個)電連接至所述裝置110，從而所述過電壓沖擊通過單一路徑到達(dá)所述裝置110。所述繼電器矩陣120還是接地端的所述線路側(cè)連接D的接收點(diǎn)。在操作中，不論哪個測試引線A、B、或C是被激活的，從所述過電壓產(chǎn)生的任何反射波形都通過相同的測試引線被所述繼電器矩陣120接收。以這樣的方式，所述繼電器矩陣120可以通過所述線連接E向所述局部放電檢測屏150提供所述反射波形。

所述過電壓盤130為所述主單元115的構(gòu)件，其配置成向所述裝置110提供過電壓沖擊(舉例來說，通過線連接E、所述繼電器矩陣120、被連接上的所述測試引線A、B、或C)。在一些實(shí)施例中，所述過電壓盤130可以包括由高壓電源充電的高壓電容器。所述過電壓盤130還可以包括觸發(fā)所述高壓電容器的高壓堆疊(highvoltage stack)。例如，一旦所述高壓電容器通過所述高壓電源充滿至所述峰值電壓，所述高壓堆疊觸發(fā)所述高壓電容器通過所述線連接E、所述繼電器矩陣120、所述連接上的測試引線A、B、或C向所述裝置110快速放電，從而傳遞所述過電壓沖擊。如同上面記載的，所述過電壓沖擊產(chǎn)生反射波形，經(jīng)過所述連接上的測試引線A、B、或C、所述繼電器矩陣120、所述線連接E到所述局部放電檢測屏150。

所述局部放電檢測屏150為所述主單元115的構(gòu)件，其配置成接收并處理所述反射波形以檢測局部放電。所述局部放電檢測屏150可以包括現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(field programmable gate arrays，簡稱FPGA)158?，F(xiàn)場可編程門陣列158是經(jīng)由可編程邏輯塊的陣列(an array ofprogrammable logic blocks)和分層次的可重構(gòu)互連(a hierarchy ofreconfigurable interconnects)而配置的集成電路，所述分層次的可重構(gòu)互連允許可編程邏輯塊的陣列“連接在一起(wired together)”。例如，所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158可以配置為包括補(bǔ)償啟發(fā)方法(compensation heuristic)，其可以在所述反射波形內(nèi)調(diào)整局部放電值。大體上，所述補(bǔ)償啟發(fā)方法可以載入至另外的主單元的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，使得能夠?qū)ρa(bǔ)償進(jìn)行設(shè)置(舉例來說，使得所述局部放電信號能夠標(biāo)準(zhǔn)化)以測試所述裝置110。所述局部放電檢測屏150還可以包括形成分壓器的一個或者一個以上電阻器(舉例來說，電阻分壓器)、一個或者一個以上的運(yùn)算放大器(operational amplifier)、微控制器以及將這些項(xiàng)目相互連接至彼此的總線。

現(xiàn)在將對照圖2描述所述局部放電檢測屏150。在圖2中，所述局部放電檢測屏150的高壓電阻分壓器220接收輸入信號，比如反射波形。根據(jù)接收的反射波形，所述高壓電阻分壓器220將所述反射波形降低至對于所述局部放電檢測屏150的所有低壓構(gòu)件均可用和安全的電壓水平。所述電壓水平(舉例來說，衰減水平)還可以由通過所述局部放電檢測屏150的繼電器控制的增益級(gain stage)確定(舉例來說，所述局部放電檢測屏150可以包括四個衰減所述反射波形的增益級)。例如，所述局部放電檢測屏150配置成識別所述反射信號對于所述局部放電檢測屏150的低壓構(gòu)件來說是否為過大的信號，并自動地在所述增益級之間切換以基于該識別進(jìn)一步地衰減所述反射信號。

接下來，所述局部放電檢測屏150的運(yùn)算放大器230(舉例來說，單位增益運(yùn)算放大器：unity gain operation amplifier)作為緩沖器并將所述反射波形與所述局部放電檢測屏150的其他部分隔離。接著，所述運(yùn)算放大器230可以向所述反射波形提供上限(upper limit)，例如通過將帶寬限制至235MHz。

所述反射波形隨后傳遞到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路240進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路240包括模數(shù)驅(qū)動電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，后兩者共同將所述反射波形處理為所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158可接收的數(shù)字信號。注意到，在模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣之前，晶體振蕩器245設(shè)定所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路240的采樣頻率。為了設(shè)定所述采樣頻率，所述晶體振蕩器245通過利用振蕩晶體的機(jī)械諧振(mechanical resonance)使得所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路240能夠按照該晶體的諧振頻率重建數(shù)字形式的所述反射波形。注意到在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣之前沒有執(zhí)行濾波操作。例如，晶體振蕩器245對高達(dá)235兆赫茲的所有頻率進(jìn)行訓(xùn)練。同樣，注意，在這個階段，所述局部放電檢測屏150不能區(qū)分幅值以外的頻率信息，因?yàn)槟慰固仡l率(Nyquist frequency)以上的信號混疊(signal aliasing)，也就是說，可以根據(jù)所述采樣頻率在頻譜中設(shè)置所述頻率的上限，如采樣頻率的一半。

一旦所述反射波形通過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路240轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述數(shù)字信號被傳遞至所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158。所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158可以包括執(zhí)行所述補(bǔ)償啟發(fā)方法的虛擬元件(virtual component)，如濾波器250、微控制器255、比較器260、計(jì)數(shù)器270。所述數(shù)字信號可以在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路240和所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158之間通過總線(如12位總線)傳遞。

注意到，傳遞到所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158的所述數(shù)字信號依賴于多個對于在裝置110上執(zhí)行的特定測試獨(dú)特的因素。所述多個因素為在不同的條件下為相同的波形產(chǎn)生不同的信號幅值的一組不同增益和未知因素。所述多個因素的例子包括執(zhí)行的測試的最大電壓、高壓衰減阻抗(high voltage attenuation impedance，例如：對于12kV或以下的測試為100kΩ，對于15kV的測試為200kΩ)、所述分壓器的低壓階段增益(所述增益通過所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158根據(jù)從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的溢出信號設(shè)置)、所述局部放電檢測屏150的部件間的任何不一致等。

所述數(shù)字信號傳遞至所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158時(shí)具有噪音。接下來，所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158的所述濾波器250隔離具有噪音的數(shù)字信號的高頻信息，從而這些高頻信息可以經(jīng)過所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158進(jìn)行進(jìn)一步的分析。例如，所述過電壓沖擊具有100毫微秒的脈沖前沿時(shí)間(rise time)，范圍在20MHz至235MHz之間的無線電頻率構(gòu)件可以經(jīng)過所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158進(jìn)行進(jìn)一步的分析。另外，通過利用具有截止頻率為20MHz的數(shù)字的100極的有限沖擊響應(yīng)高通濾波器(finite impulse response highpass filter)，如濾波器250，任何范圍在20MHz以下的波形都完全地排除。

濾波之后，所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158可以利用從所述微控制器255的輸入端來標(biāo)準(zhǔn)化從所述濾波器250接收的數(shù)字信號。所述輸入端可以為補(bǔ)償輸入因子(compensation inputmultiplier，也被稱為補(bǔ)償值)，其在所述局部放電檢測屏150的校準(zhǔn)操作中是由用戶定義的。在校準(zhǔn)操作過程中補(bǔ)償值因子的定義或者設(shè)置確保所述局部放電的毫伏值在多個主單元中看起來是一樣的。所述校準(zhǔn)操作，大體上，包括制造所述主單元155過程中，在所述局部放電屏150的微控制器中設(shè)置所述補(bǔ)償值。

所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158可以進(jìn)一步利用所述比較器260檢查所述數(shù)字信號的等級，這種檢查基于所述微控制器255的所述補(bǔ)償輸入因子結(jié)合所述濾波器250的被隔離的高頻信息。所述比較器260配置成通過將每個等級與閾值輸入(threshold input)進(jìn)行比較來檢查所述數(shù)字信號的等級。當(dāng)所述比較器260確定所述數(shù)字信號的等級超過了所述輸入臨值，所述比較器260向所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158的所述計(jì)數(shù)器270發(fā)送信號，促使所述計(jì)數(shù)器270增加計(jì)數(shù)。每個增加計(jì)數(shù)對應(yīng)于在從所述濾波器250接收的數(shù)字信號內(nèi)檢測到布局放電。所述計(jì)數(shù)器的值為標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)量，其傳遞至所述局部放電檢測屏150的微控制器255。

所述微控制器255向主控制器提供所述計(jì)數(shù)值(舉例來說，所述標(biāo)準(zhǔn)化局部放電信號)用于顯示。所述主控制器為包括顯示器、處理器、存儲器的計(jì)算裝置，其配置為接收并顯示所述標(biāo)準(zhǔn)化的局部放電信號。以這種方式，所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158可以向不同的主控制器單元提供所述局部放電信號，所述不同的主控制其單元為接收到的所述局部放電信息顯示相同的數(shù)值，不管是何種控制器單元類型。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，提供了所述高壓電阻分壓器220和所述運(yùn)算放大器230，兩者使得阻抗拾波方法能夠?qū)崿F(xiàn)。大體上，通過高壓電阻分壓器220和所述運(yùn)算放大器230執(zhí)行的所述阻抗采樣方法參與檢測所述裝置110(舉例來說，線圈/定子)中由高壓過電壓沖擊(舉例來說，上面描述的沖擊過電壓)激勵的局部放電。

注意到同期的檢測方法在分析之前通過模擬濾波移除所述沖擊過電壓排除了大量信號信息(因而阻止了所述沖擊過電壓的完整頻譜進(jìn)入所述局部放電檢測屏150)。相比之下，阻抗拾波方法使得所述沖擊過電壓計(jì)入所述局部放電檢測屏150，因?yàn)橥ㄟ^所述局部放電檢測屏150執(zhí)行的數(shù)字濾波可以以比模擬濾波更高的精度移除所述沖擊過電壓。接下來，所述局部放電檢測屏150可以捕捉到所述沖擊過電壓的完整頻率。

在圖3中，所述高壓電阻分壓器220利用第一電阻310和第二電阻320執(zhí)行阻抗拾波操作。

所述第一電阻310為所述高壓電阻分壓器220的高壓側(cè)，能夠基于主單元115的類型在結(jié)構(gòu)方面有差異。例如，在高壓，15kV主單元中，所述電阻310可以包括兩個串聯(lián)的100kΩ無電感電阻器(從而提供共計(jì)200kΩ的阻抗)。作為一種選擇，在低壓主單元中，如4kV、6kV、或12kV應(yīng)用，所述第一電阻310可以包括100kΩ的無電感電阻。

所述第二電阻320為所述高壓電阻分壓器220的低壓側(cè)，其可以包括連接至接地端330的低值增益電阻(lowvalue gain resistor)。所述運(yùn)算放大器230包括設(shè)置為接地端350的緩沖寬帶運(yùn)算放大器(buffering wide bandwidth operational amplifier)340。

在反射電壓沖擊(舉例來說，反射波形)中檢測所述局部放電在衰減之前的短時(shí)間內(nèi)可達(dá)15kV的峰值。衰減通過第一電阻310和低值增益電阻(舉例來說，所述第二電阻320)保持最大+/-1V的輸入信號至緩沖寬帶運(yùn)算放大器340(如上面描述的，為了信號分析，其隨后被數(shù)字化并傳遞至所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列158)。

通過利用高壓精確電阻，上面的利用阻抗衰減概念的實(shí)施例的技術(shù)效果和益處包括廉價(jià)和更高效地檢測局部放電信號，使完整的頻譜能夠通過高壓精確電阻以將完整的信號降至對數(shù)字化和分析易管理的電壓水平(舉例來說，利用所述阻抗衰減概念使得相對于同期的采樣方法來說更廣的頻率段通過)。進(jìn)一步地，通過利用所述阻抗衰減概念，上面實(shí)施例的技術(shù)效果和益處包括使得所述局部放電檢測屏能直接與所述過電壓盤一起集成與相同的主單元中，使得過電壓波形和所述局部放電波形(舉例來說，沖擊過電壓和反射波形)可以由相同的主單元進(jìn)行分析和比較

上面描述的實(shí)施例的技術(shù)效果和益處還包括降低制造成本，因?yàn)樗龈邏壕_電阻是一種廉價(jià)的構(gòu)件，其對于測試的裝置來說需要更少的安裝和準(zhǔn)備工作。此外，所述高壓精確電阻不會被方向性地影響或者受信號接收問題影響，其能實(shí)現(xiàn)為更靈活和多樣化分析的數(shù)字處理參數(shù)的快速配置(舉例來說，由于處理和無濾波或被改變的輸入信號的數(shù)字性質(zhì)，特征頻譜分析更具可配置性。)。

本發(fā)明可以是為系統(tǒng)、方法、和/或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括其中具有使處理器執(zhí)行本發(fā)明的方面的用于計(jì)算機(jī)可讀程序指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)(或媒體)。所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)可以是能夠保持和存儲由執(zhí)行裝置使用的指令的有形設(shè)備。

此處使用的術(shù)語是僅為了描述特定的實(shí)施方式而非意在限制本發(fā)明。本文的單數(shù)形式“一個”、“所述”或“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非文中清楚地指出它意。還要進(jìn)一步的理解，本說明書中使用的術(shù)語“包括”指的是存在陳述的特征、整體、步驟、操作、構(gòu)件、和/或部件，但是不排除存在或者附加其他的特征、整體、步驟、操作、構(gòu)件、和/或部件。

盡管本發(fā)明僅結(jié)合一定數(shù)量的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)容易理解本發(fā)明并不局限于這些公開的實(shí)施例。準(zhǔn)確的說，本發(fā)明可以進(jìn)行修改以包括任意數(shù)量的此處沒有描述的變形、修改、替換、或者等同設(shè)置，但是其對應(yīng)于本發(fā)明的精神和范圍。