一種基于超聲波傳感器陣列的局部放電定位系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于局部放電定位技術領域，具體涉及一種基于超聲波傳感器陣列的局部放電定位系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]局部放電是指絕緣結構中由于電場分布不均勻、局部電場過高而導致的絕緣介質中局部范圍內的放電或擊穿現(xiàn)象，它可能產生在固體絕緣孔隙中、液體絕緣氣泡中或不同介質特性的絕緣層間，如果電場強度高于介質所具有的特定值，也可能發(fā)生在液體或固體絕緣中。局部放電逐漸發(fā)展，通過對其周圍絕緣介質不斷侵蝕，最終導致整個絕緣系統(tǒng)的失效，所以局部放電是造成絕緣劣化的主要原因，同時它也是絕緣劣化的重要征兆和表現(xiàn)形式，與絕緣材料的劣化和擊穿過程密切相關，能有效地反映電力設備內部絕緣的故障，尤其對突發(fā)性故障的早期發(fā)現(xiàn)比介質損耗測量、油中氣體含量分析等方法要有效得多。
[0003]現(xiàn)有的監(jiān)測手段包括以電磁輻射為監(jiān)測對象的電測法和和以聲、光、氣等為監(jiān)測對象的非電測法。國際國內對局部放電都制定了相應的測量標準，建立了多種表征參數(shù)來評定它對絕緣的損害，如視在放電電荷量、放電能量、放電次數(shù)及分布等。但這些反映電氣設備絕緣狀況的測量參數(shù)，受局部放電點所處設備內的位置影響很大，僅依靠這些測量參數(shù)還難以準確判斷設備的絕緣狀況并制定維修策略。只有在已知局部放電位置的條件下，設備絕緣的總體評估才具有更高的可信度和實際價值，因此對于電力變壓器，研宄快速準確的、并能在線實行的局部放電定位方法具有重要的科學意義和實際價值。對實際故障的統(tǒng)計分析表明，絕緣故障是影響變壓器正常運行的主要原因。目前I1kV及以上等級的大型電力變壓器仍主要采用油紙絕緣結構，絕緣故障常常起源于局部放電造成的油紙絕緣老化，油紙絕緣是電力變壓器的薄弱環(huán)節(jié)，而局部放電又是造成絕緣故障的重要原因之一。
[0004]隨著人們對局部放電研宄的深入，各種定位方法層出不窮，具體的算法和實現(xiàn)技術上有很多研宄報道，實踐上也發(fā)揮了相應的作用，但總的說來效果并不理想。應用較多的、但不總是成功的局部放電定位方法有:電氣法、超聲波法和二者的組合即電氣一超聲波法。這些方法都能檢測變壓器中嚴重的缺陷，然而它們的靈敏度強烈地受局部放電缺陷在絕緣系統(tǒng)中所處位置的影響。對于一個持續(xù)的局部放電源，油中氣體分析法也能作為一種替代，來指示絕緣系統(tǒng)中嚴重缺陷的存在。
[0005]脈沖電流法是通過檢測阻抗來檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵芯接地線以及繞組中局部放電引起的脈沖電流，獲得一些局部放電的基本量。它是研宄最早、應用最廣泛的一種檢測方法，IEC對此制定了專門的標準。該方法的優(yōu)點:靈敏度高，可以定量測量局部放電的特征參數(shù)，還可以與聲信號一起通過電一聲定位方法確定局部放電的位置等。缺點:檢測靈敏度隨著試品電容增加而下降，有時會出現(xiàn)靈敏度下降到無法進行檢測的地步:還由于測試頻率低、頻帶窄，一般設置頻帶小于1MHz，這樣得到的信息量較少，受電磁干擾嚴重。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明目的之一在于提供一種靈敏度高，抗電磁干擾能力強的基于超聲波傳感器陣列的局部放電定位系統(tǒng)，
[0007]本發(fā)明提供的一種基于超聲波傳感器陣列的局部放電定位系統(tǒng)，包括變壓器邊界元模型、輻射聲場分析聲壓計算模塊、聲壓數(shù)據(jù)庫、聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊、超聲波傳感器陣列模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和工控機；
[0008]所述變壓器邊界元模型通過所述輻射聲場分析聲壓計算模塊連接所述聲壓數(shù)據(jù)庫，所述超聲波傳感器陣列模塊通過所述信號處理模塊連接所述數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊連接所述數(shù)據(jù)存儲模塊，所述數(shù)據(jù)存儲模塊連接所述工控機，所述工控機和聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊連接所述聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊；所述超聲波傳感器陣列模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和工控機依次通過CAN總線進行連接。
[0009]所述變壓器邊界元模型和輻射聲場分析聲壓計算模塊用來構建所述聲壓數(shù)據(jù)庫。
[0010]所述聲壓數(shù)據(jù)庫用于存儲任何位置的點聲源放電情況下所述超聲波傳感器陣列模塊上每個陣元上檢測得到的聲壓數(shù)據(jù)。
[0011]所述超聲波傳感器陣列模塊用于檢測微弱的局部放電超聲波頻段的信號。
[0012]所述信號處理模塊用于將所述超聲波傳感器陣列模塊檢測到的所述微弱的局部放電超聲波頻段的信號經放大、濾波和偏移處理轉換為適宜于所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的信號。
[0013]所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集經過所述信號處理模塊處理過的所述局部放電超聲波頻段的信號。
[0014]所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的信號。
[0015]所述工控機用于發(fā)送提取數(shù)據(jù)指令。
[0016]所述聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊用于將所述超聲波傳感器陣列模塊檢測到的局部放電超聲波頻段的信號聲壓和所述聲壓數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)進行比對，得出放電點的空間幾何位置。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明檢測靈敏度高，抗電磁干擾能力強，方便地定位，可以在線檢測與離線檢測。
【附圖說明】
[0018]圖1所示為本發(fā)明基于超聲波傳感器陣列的局部放電定位系統(tǒng)結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下文將結合具體實施例詳細描述本發(fā)明。應當注意的是，下述實施例中描述的技術特征或者技術特征的組合不應當被認為是孤立的，它們可以被相互組合從而達到更好的技術效果。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于超聲波傳感器陣列的局部放電定位系統(tǒng)包括變壓器邊界元模型1、輻射聲場分析聲壓計算模塊2、聲壓數(shù)據(jù)庫3、聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊9、超聲波傳感器陣列模塊4、信號處理模塊5、數(shù)據(jù)采集模塊6、數(shù)據(jù)存儲模塊7和工控機8 ;[0021 ] 所述變壓器邊界元模型I通過所述輻射聲場分析聲壓計算模塊2連接所述聲壓數(shù)據(jù)庫3，所述超聲波傳感器陣列模塊4通過所述信號處理模塊5連接所述數(shù)據(jù)采集模塊6，所述數(shù)據(jù)采集模塊6連接所述數(shù)據(jù)存儲模塊7，所述數(shù)據(jù)采集模塊6連接所述工控機8，所述工控機8和聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊9連接所述聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊9。
[0022]變壓器邊界元模型I和輻射聲場分析聲壓計算模塊2用來構建聲壓數(shù)據(jù)庫3。將電力設備的局部放電點作為超聲波發(fā)射源，檢測任何位置的點聲源各種放電量情況下在超聲波傳感器陣列模塊4上每個陣元上的聲壓數(shù)據(jù)，通過檢測得到的聲壓數(shù)據(jù)建立一個精確的聲壓數(shù)據(jù)庫3。
[0023]超聲波傳感器陣列模塊4用于檢測微弱的局部放電超聲波頻段的信號，信號處理模塊5用于將超聲波傳感器陣列模塊4檢測到的微弱的局部放電超聲波頻段的信號經放大、濾波和偏移等處理轉換為適宜于數(shù)據(jù)采集模塊6采集的信號，由于檢測的局部放電超聲波頻段的信號十分微弱，甚至低至微伏級，因此需要選擇盡可能靈敏的超聲波傳感器和高倍的放大電路，高倍的放大電路需要考慮低噪音處理的問題，以免損失整個通道的信噪比。同時，因為超聲波傳感器壓電晶體的輸出阻抗比較高，帶負載能力差，要求信號處理模塊5中前置放大器電路有較大的輸入阻抗。
[0024]數(shù)據(jù)采集模塊6用于采集處理后的局部放電超聲波頻段的信號，并將采集到的數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)存儲模塊7。數(shù)據(jù)采集模塊6內部集成ADC采集單元，由于ADC采集單元的輸入范圍是0-3V，為了實現(xiàn)正確采樣，并保證信號在幅值上不超過3V，必須對信號進行偏移和限制。局部放電的超聲波頻段的信號頻率在20kHz-100kHz之間，因此最大采樣率需在200k以上。數(shù)據(jù)采集模塊6內部集成了高速12位的ADC，具有12.SMSPS的高速轉換率，能夠滿足對局部放電超聲波頻段信號采集速度的要求。
[0025]數(shù)據(jù)采集模塊6將采集到的信號保存到數(shù)據(jù)存儲模塊7，等到工控機8來發(fā)送提取數(shù)據(jù)指令。當收到工控機8發(fā)來的提取數(shù)據(jù)指令后，將采集數(shù)據(jù)分包按協(xié)議傳輸給工控機8，工控機8將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊9，聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊9將超聲波傳感器陣列模塊4檢測到的局部放電超聲波頻段的信號聲壓和聲壓數(shù)據(jù)庫3里的數(shù)據(jù)進行比對，得出放電點的空間幾何位置，從而實現(xiàn)局部放電的精確定位。
[0026]超聲波傳感器陣列模塊4、信號處理模塊5、數(shù)據(jù)采集模塊6、數(shù)據(jù)存儲模塊7和工控機8依次通過CAN總線進行連接。CAN總線通訊技術是實現(xiàn)分布式監(jiān)測系統(tǒng)的基礎，工控機8向下通過CAN總線與現(xiàn)場各超聲波傳感器連接，現(xiàn)場各超聲波傳感器通過CAN總線報送監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0027]本發(fā)明檢測靈敏度高，抗電磁干擾能力強，能夠方便地進行局部放電定位，可以在線檢測與離線檢測。
[0028]本文雖然已經給出了本發(fā)明的一些實施例，但是本領域的技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實施例進行改變。上述實施例只是示例性的，不應以本文的實施例作為本發(fā)明權利范圍的限定。
【主權項】
1.一種基于超聲波傳感器陣列的局部放電定位系統(tǒng)，其特征在于，包括變壓器邊界元模型、輻射聲場分析聲壓計算模塊、聲壓數(shù)據(jù)庫、聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊、超聲波傳感器陣列模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和工控機； 所述變壓器邊界元模型通過所述輻射聲場分析聲壓計算模塊連接所述聲壓數(shù)據(jù)庫，所述超聲波傳感器陣列模塊通過所述信號處理模塊連接所述數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊連接所述數(shù)據(jù)存儲模塊，所述數(shù)據(jù)存儲模塊連接所述工控機，所述工控機和聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊連接所述聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊；所述超聲波傳感器陣列模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和工控機依次通過CAN總線進行連接； 所述變壓器邊界元模型和輻射聲場分析聲壓計算模塊用來構建所述聲壓數(shù)據(jù)庫；所述聲壓數(shù)據(jù)庫用于存儲任何位置的點聲源放電情況下所述超聲波傳感器陣列模塊上每個陣元上檢測得到的聲壓數(shù)據(jù)； 所述超聲波傳感器陣列模塊用于檢測微弱的局部放電超聲波頻段的信號； 所述信號處理模塊用于將所述超聲波傳感器陣列模塊檢測到的所述微弱的局部放電超聲波頻段的信號經放大、濾波和偏移處理轉換為適宜于所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的信號；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集經過所述信號處理模塊處理過的所述局部放電超聲波頻段的信號； 所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的信號； 所述工控機用于發(fā)送提取數(shù)據(jù)指令； 所述聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊用于將所述超聲波傳感器陣列模塊檢測到的局部放電超聲波頻段的信號聲壓和所述聲壓數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)進行比對，得出放電點的空間幾何位置。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于超聲波傳感器陣列的局部放電定位系統(tǒng)，包括變壓器邊界元模型、輻射聲場分析聲壓計算模塊、聲壓數(shù)據(jù)庫、聲壓數(shù)據(jù)庫對比模塊、超聲波傳感器陣列模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和工控機。本發(fā)明檢測靈敏度高，抗電磁干擾能力強，方便地定位，可以在線檢測與離線檢測。
【IPC分類】G01R31-12
【公開號】CN104849635
【申請?zhí)枴緾N201510263399
【發(fā)明人】陳晨, 袁雪珺
【申請人】三峽大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月21日