一種用于定位電纜局部放電信號的裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于定位電纜局部放電信號的裝置，包括感應探頭、數據采集單元、信號電平調整單元、信號強度判斷及轉換單元和控制顯示單元；其中，感應探頭獲得的超聲波信號在數據采集單元中轉換成脈沖信號放大及過濾為采集信號，在信號電平調整單元進行調整后，通過信號強度判斷及轉換單元判斷信號電平是否位于電平區間內，是，則轉為數字信號輸出，否，則輸出電平；控制顯示單元得到電平時，控制信號電平調整單元重新設置采集信號電平，得到數字信號時，將數字信號的特征值與噪聲特征值進行對比，則將不匹配的所屬頻段信號作為電纜局放信號顯示或輸出。實施本發明，基于超聲波測試，能夠快速、便捷的定位電纜局部放電信號。
【專利說明】—種用于定位電纜局部放電信號的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統監測【技術領域】，尤其涉及一種用于定位電纜局部放電信號的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著城市電網的不斷發展和改造升級的需要，電力電纜線路的使用量正逐年上升，特別是高壓電力電纜已獲得了廣泛的應用，且敷設量逐年遞增。
[0003]當前，電力電纜線路在生產、運輸及安裝過程中難免出現一些缺陷或因長期運行導致的絕緣老化所引起的缺陷，使得電力電纜線路安裝后且在長時間運行中容易發生電纜局部放電現象，如果這種電纜局部放電現象長期的積累，可能造成嚴重的安全隱患，從而出現重大經濟損失。因此需要準確并及時掌握電纜線路的運行狀態，對局部放電信號進行常規性的在線監測或定期巡檢，都可以最大限度的避免事故發生。目前，缺乏一種使用方便且測試精確的設備，用于在對電纜局部放電信號影響太大的環境下時，可以從復雜的信號中找到真正的電纜局部放電信號。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題在于提供一種用于定位電纜局部放電信號的裝置及方法，其基于超聲波測試法，能夠在對電纜局部放電信號影響太大的環境下，快速、便捷的定位電纜局部放電信號。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了 一種用于定位電纜局部放電信號的裝置，包括感應探頭、數據采集單元、信號電平調整單元、信號強度判斷及轉換單元和控制顯示單元；其中，
所述感應探頭，其輸出端與所述數據采集單元的輸入端相連，用于感應電纜線路上的超聲波信號；
所述數據采集單元，其輸出端與所述信號電平調整單元的第一端相連，用于將所述感應到的超聲波信號轉換成脈沖信號后經過放大及濾波處理，得到采集信號；其中，所述脈沖信號和采集信號均為模擬信號；
所述信號電平調整單元，其第二端與所述信號強度判斷及轉換單元的輸入端相連，第三端與所述控制顯示單元的第一端相連，用于將所述得到的采集信號的電平根據預設的電平縮放系數進行調整后，得到調整信號；其中，所述調整信號為模擬信號；
所述信號強度判斷及轉換單元，其輸出端與所述控制顯示單元的第二端相連，用于判斷所述得到的調整信號的電平是否位于預設的電平區間內，如果是，則將所述得到的調整信號轉換成數字信號后作為狀態值輸出；如果否，則不進行轉換，僅將所述得到的調整信號的電平作為狀態值輸出；
所述控制顯示單元，用于獲得所述輸出的狀態值并判斷，當所述狀態值為所述調整信號的電平時，驅動所述信號電平調整單元重新設置所述預設的電平縮放系數；當所述狀態值為所述數字信號時，將所述數字信號根據預設的算法進行分析和處理后得到所述數字信號的特征值，并判斷所述得到的特征值是否與預設的噪聲特征庫中任一噪聲信號特征值均匹配，如果否，則確定所述數字信號中特征值與所述任一噪聲信號特征值均不匹配所屬頻段內的信號為電纜局部放電信號，并將所述電纜局部放電信號顯示或輸出。
[0006]其中，當所述得到的調整信號的電平小于所述預設的電平區間的最小值時，所述控制顯示單元發出控制信號驅動所述信號電平調整單元提高所述預設的電平縮放系數；當所述得到的調整信號的電平大于所述預設的電平區間的最大值時，所述控制顯示單元發出控制信號驅動所述信號電平調整單元縮小所述預設的電平縮放系數。
[0007]其中，所述數據采集單元包括前置放大模塊和帶通濾波模塊；其中，
所述前置放大模塊包括信號轉換器和放大器；其中，所述信號轉換器的輸入端與所述感應探頭相連，輸出端與所述放大器的輸入端相連，用于將所述獲得的超聲波信號轉換成脈沖信號；所述放大器的輸出端與所述帶通濾波模塊的輸入端相連，用于將所述脈沖信號進行放大，得到放大信號；
所述帶通濾波模塊，其輸出端與所述信號電平調整單元的第一端相連，用于將所述得到的放大信號進行過濾處理后，得到所述采集信號。
[0008]其中，所述前置放大模塊還包括設置于所述信號轉換器和所述放大器之間的高頻變壓器，所述高頻變壓器用于將所述信號轉換器輸出的脈沖信號轉換成差分信號，并將所述差分信號輸入所述放大器放大。
[0009]其中，所述采集信號的頻率處于IOKHz至300KHZ之間。
[0010]其中，所述信號強度判斷及轉換單元包括一 12位運算精度的數模轉換器，所述數模轉換器的最高轉換速度為512KHz。
[0011]其中，所述控制顯示單元還包括用于信號輸出的第三端。
[0012]本發明實施例還提供了 一種用于定位電纜局部放電信號的方法，其在前述的裝置中實現，所述方法包括:
a、感應電纜線路上的超聲波信號，并將所述感應到的超聲波信號轉換成脈沖信號后經過放大及濾波處理，得到采集信號；其中，所述脈沖信號和所述采集信號均為模擬信號；
b、所述得到的采集信號的電平根據預設的電平縮放系數進行調整后，得到調整信號；其中，所述調整信號為模擬信號；
C、判斷所述得到的調整信號的電平是否位于預設的電平區間內，如果是，則將所述得到的調整信號轉換成數字信號后作為狀態值輸出；如果否，則不進行轉換，僅將所述調整信號的電平作為狀態值輸出；
d、獲得所述輸出的狀態值并判斷，當所述狀態值為所述調整信號的電平時，重新設置所述預設的電平縮放系數后，返回步驟b ;或
當所述狀態值為所述數字信號時，將所述數字信號根據預設的算法進行分析和處理后得到所述數字信號的特征值，并判斷所述得到的特征值是否與預設的噪聲特征庫中任一噪聲信號特征值均匹配，如果否，則確定所述數字信號中特征值與所述任一噪聲信號特征值均不匹配所屬頻段內的信號為電纜局部放電信號，并將所述電纜局部放電信號顯示或輸出。
[0013]其中，所述步驟d中“當所述狀態值為所述調整信號的電平時，重新設置所述預設的電平縮放系數”的具體步驟包括:
當所述調整信號的電平小于所述預設的電平區間的最小值時，提高所述預設的電平縮放系數；
當所述調整信號的電平大于所述預設的電平區間的最大值時，縮小所述預設的電平縮放系數。
[0014]其中，所述采集信號的頻率處于IOKHz至300KHZ之間。
[0015]實施本發明實施例，具有如下有益效果:
1、在本發明實施例中，由于出于精密性考慮或安全性考慮，設備柜被貼上封條或鎖住，裝置通過基于超聲波測試法來確定電纜局部放電信號，其具有高安全性、可靠性且攜帶方便；
2、在本發明實施例中，裝置通過控制顯示單元實現快速判斷采集信號的強弱，且根據該信號強弱通過控制顯示單元控制調整信號電平調整單元中的電平縮放系統并在該控制顯示單元進行數值處理，實現快速判斷局部放電信號的有無，其具有采集信號還原度高，能夠在對電纜局部放電信號影響太大的環境下,快速、便捷的定位電纜局部放電信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發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，在不付出創造性勞動性的前提下，根據這些附圖獲得其他的附圖仍屬于本發明的范疇。
[0017]圖1為本發明實施例一提供的用于定位電纜局部放電信號的裝置的連接示意圖； 圖2為圖1中數據采集單元的一連接示意圖；
圖3為圖1中數據采集單元的又一連接示意圖；
圖4為本發明實施例二提供的用于定位電纜局部放電信號的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0019]如圖1所示，本發明實施例一中，提出一種用于定位電纜局部放電信號的裝置，適用于設備柜被貼上封條或鎖住，且處于帶電狀態，通過基于超聲波測試法來采集電纜線路上釋放的信號，該裝置包括感應探頭、數據采集單元、信號電平調整單元、信號強度判斷及轉換單元和控制顯示單元；其中，
感應探頭，其輸出端與數據采集單元的輸入端相連，用于感應電纜線路上的超聲波信
號;
數據采集單元，其輸出端與信號電平調整單元的第一端al相連，用于將感應到的超聲波信號轉換成脈沖信號后經過放大及濾波處理，得到采集信號；
信號電平調整單元，其第二端a2與信號強度判斷及轉換單元的輸入端相連，第三端a3與控制顯示單元的第一端bl相連，用于將得到的采集信號的電平根據預設的電平縮放系數進行調整后，得到調整信號；其中，脈沖信號、采集信號和調整信號為模擬信號；
信號強度判斷及轉換單元，其輸出端與控制顯示單元的第二端b2相連，用于判斷得到的調整信號的電平是否位于預設的電平區間內，如果是，則將得到的調整信號轉換成數字信號后作為狀態值輸出；如果否，則不進行轉換，僅將得到的調整信號的電平作為狀態值輸出；該信號強度判斷及轉換單元包括一個12位運算精度的數模轉換器，該數模轉換器的最高轉換速度為512KHz (赫茲)；
控制顯示單元，用于獲得輸出的狀態值并判斷，當狀態值為調整信號的電平時，驅動信號電平調整單元重新設置前述中預設的電平縮放系數；當狀態值為數字信號時，將數字信號根據預設的算法進行分析和處理后得到數字信號的特征值，并判斷得到的數字信號的特征值是否與預設的噪聲特征庫中任一噪聲信號特征值均匹配，如果否，則確定該數字信號中特征值與任一噪聲信號特征值均不匹配所屬頻段內的信號為電纜局部放電信號，并將該電纜局部放電信號顯示或輸出，即將得到的數字信號的特征值與預設的噪聲特征庫中每一噪聲信號特征值進行對比，如果得到的特征值與每一個噪聲信號特征值均不匹配時，則確定該數字信號中特征值與任一噪聲信號特征值均不匹配所屬頻段內的信號為電纜局部放電信號，并將該電纜局部放電信號顯示或輸出。當然，為了進一步通過外接設備來處理控制顯示單元中的信號或顯示控制顯示單元中信號波形，該控制顯示單元還包括用于將電纜局部放電信號或其它信號輸出的第三端b3，該第三端b3與外接設備相連。
[0020]應當說明的是，在控制顯示單元沒有驅動信號電平調整單元重新設置前述中預設的電平縮放系數之前，該預設的電平縮放系數為1，即不改變采集信號首次通過信號電平調整單元時該采集信號的電平。
[0021]而當得到的調整信號的電平小于前述中預設的電平區間的最小值時，控制顯示單元發出控制信號驅動信號電平調整單元提高前述中預設的電平縮放系數，當得到的調整信號的電平大于前述中預設的電平區間的最大值時，控制顯示單元發出控制信號驅動信號電平調整單元縮小前述中預設的電平縮放系數；此時，采集信號的電平也相應的改變，得到與首次通過的采集信號的電平不相等的調整信號，該調整信號會再次進入信號強度判斷及轉換單元中判斷及調整，直至該調整信號的電平處于信號強度判斷及轉換單元中預設的電平區間內為止，此時，將電平處于電平區間內的調整信號轉換成數字信號輸出給控制顯示單元，且通過在控制顯示單元中對數字信號進行離散傅里葉變換等方式數值處理后跟每一個噪聲信號特征值進行對比，從而確定該數字信號中特征值與任一噪聲信號特征值均不匹配所屬頻段內的信號為電纜局部放電信號，并將該電纜局部放電信號顯示或輸出。
[0022]更進一步的，如圖2和圖3所示，數據采集單元包括前置放大模塊和帶通濾波模塊;其中，
前置放大模塊包括信號轉換器和放大器；其中，信號轉換器的輸入端與感應探頭相連，輸出端與放大器的輸入端相連，用于將獲得的超聲波信號轉換成脈沖信號；放大器的輸出端與帶通濾波模塊的輸入端相連，用于將脈沖信號進行放大，得到放大信號；
帶通濾波模塊，其輸出端與信號電平調整單元的第一端相連，用于將得到的放大信號進行過濾處理后，得到采集信號；該帶通濾波模塊選用分立器件的電感和電容組成，主要是保留IOKHz至300KHz之間頻段內的信號，即得到的采集信號的頻率處于IOKHz至300KHz之間。[0023]為了提高抗干擾能力，便于后續信號的放大和過濾處理，前置放大模塊還包括設置于信號轉換器和放大器之間的高頻變壓器，該高頻變壓器用于將信號轉換器輸出的脈沖信號轉換成差分信號，并將差分信號輸入放大器放大。
[0024]本發明實施例一中用于定位電纜局部放電信號的裝置的工作原理為:首先，開啟裝置，利用感應探頭獲得電纜線路上的超聲波信號，將該超聲波信號轉換成脈沖信號(甚至于差分信號)進行放大過濾處理后，得到的采集信號進入信號電平調整單元，由于采集信號第一次通過，因此縮放電平系數為1，使得集信號電平不變。
[0025]接著，信號強度判斷及轉換單元將會對該采集信號的電平進行判斷，一旦該采集信號的電平不在預設的電平區間內，就拒絕該采集信號轉換成數字信號，并通過控制顯示單元提高信號電平調整單元中的縮放電平系數(或縮小信號電平調整單元中的縮放電平系數)從而來調整該采集信號的電平，即得到調整信號，直到該調整信號的電平在預設的電平區間為止，并將最終得到的調整信號轉換成數字信號輸出給控制顯示單元。
[0026]之后，控制顯示單元將數字信號根據預設的算法進行分析和處理后得到數字信號的特征值，并將得到的特征值與預設的噪聲特征庫中每一個噪聲信號特征值進行對比，如果得到的特征值與每一噪聲信號特征值均不匹配時，則確定該數字信號中特征值與任一噪聲信號特征值均不匹配所屬頻段內的信號為電纜局部放電信號，并將該電纜局部放電信號顯示或輸出給外接設備。
[0027]如圖4所示，本發明實施例二中，提出一種用于定位電纜局部放電信號的方法，所述方法包括:
步驟S101、感應電纜線路上的超聲波信號，并將所述感應到的超聲波信號轉換成脈沖信號后經過放大及濾波處理，得到采集信號；其中，所述脈沖信號和所述采集信號均為模擬信號；所述采集信號的頻率處于IOKHz至300KHZ之間；
步驟S102、所述得到的采集信號的電平根據預設的電平縮放系數進行調整后，得到調整信號；其中，所述調整信號為模擬信號；
步驟S103、判斷所述得到的調整信號的電平是否位于預設的電平區間內，如果是，則將所述得到的調整信號轉換成數字信號后作為狀態值輸出；如果否，則不進行轉換，僅將所述調整信號的電平作為狀態值輸出；
步驟S104、獲得所述輸出的狀態值并判斷，當所述狀態值為所述調整信號的電平時，重新設置所述預設的電平縮放系數后，返回步驟S102 ;或
當所述狀態值為所述數字信號時，將所述數字信號根據預設的算法進行分析和處理后得到所述數字信號的特征值，并判斷所述得到的特征值是否與預設的噪聲特征庫中任一噪聲信號特征值均匹配，如果否，則確定所述數字信號中特征值與所述任一噪聲信號特征值均不匹配所屬頻段內的信號為電纜局部放電信號，并將所述電纜局部放電信號顯示或輸出。
[0028]在步驟S104中“當所述狀態值為所述調整信號的電平時，重新設置所述預設的電平縮放系數”的具體步驟包括:
步驟S201、當所述調整信號的電平小于所述預設的電平區間的最小值時，提高所述預設的電平縮放系數；
步驟S202、當所述調整信號的電平大于所述預設的電平區間的最大值時，縮小所述預設的電平縮放系數。
[0029]實施本發明實施例，具有如下有益效果:
1、在本發明實施例中，由于出于精密性考慮或安全性考慮，設備柜被貼上封條或鎖住，裝置通過基于超聲波信號的測試方法來確定電纜局部放電信號，其具有高安全性、可靠性且攜帶方便；
2、在本發明實施例中，裝置通過控制顯示單元實現快速判斷采集信號的強弱，且根據該信號強弱通過控制顯示單元控制調整信號電平調整單元中的電平縮放系統并在該控制顯示單元進行數值處理，實現快速判斷局部放電信號的有無，其具有采集信號還原度高，能夠在對電纜局部放電信號影響太大的環境下,快速、便捷的定位電纜局部放電信號。
[0030]本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，所述的存儲介質，如R0M/RAM、磁盤、光盤等。
[0031]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于定位電纜局部放電信號的裝置，其特征在于，包括感應探頭、數據采集單元、信號電平調整單元、信號強度判斷及轉換單元和控制顯示單元；其中， 所述感應探頭，其輸出端與所述數據采集單元的輸入端相連，用于感應電纜線路上的超聲波信號； 所述數據采集單元，其輸出端與所述信號電平調整單元的第一端相連，用于將所述感應到的超聲波信號轉換成脈沖信號后經過放大及濾波處理，得到采集信號；其中，所述脈沖信號和采集信號均為模擬信號； 所述信號電平調整單元，其第二端與所述信號強度判斷及轉換單元的輸入端相連，第三端與所述控制顯示單元的第一端相連，用于將所述得到的采集信號的電平根據預設的電平縮放系數進行調整后，得到調整信號；其中，所述調整信號為模擬信號； 所述信號強度判斷及轉換單元，其輸出端與所述控制顯示單元的第二端相連，用于判斷所述得到的調整信號的電平是否位于預設的電平區間內，如果是，則將所述得到的調整信號轉換成數字信號后作為狀態值輸出；如果否，則不進行轉換，僅將所述得到的調整信號的電平作為狀態值輸出； 所述控制顯示單元，用于獲得所述輸出的狀態值并判斷，當所述狀態值為所述調整信號的電平時，驅動所述信號電平調整單元重新設置所述預設的電平縮放系數；當所述狀態值為所述數字信號時，將所述數字信號根據預設的算法進行分析和處理后得到所述數字信號的特征值，并判斷所述得到的特征值是否與預設的噪聲特征庫中任一噪聲信號特征值均匹配，如果否，則確定所述數字信號中特征值與所述任一噪聲信號特征值均不匹配所屬頻段內的信號為電纜局部放電信號，且將所述電纜局部放電信號顯示或輸出。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，當所述得到的調整信號的電平小于所述預設的電平區間的最小值時，所述控制顯示單元發出控制信號驅動所述信號電平調整單元提高所述預設的電平縮放系數；當所述得到的調整信號的電平大于所述預設的電平區間的最大值時，所述控制顯示單元發出控制信號驅動所述信號電平調整單元縮小所述預設的電平縮放系數。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述數據采集單元包括前置放大模塊和帶通濾波模塊；其中， 所述前置放大模塊包括信號轉換器和放大器；其中，所述信號轉換器的輸入端與所述感應探頭相連，輸出端與所述放大器的輸入端相連，用于將所述獲得的超聲波信號轉換成脈沖信號；所述放大器的輸出端與所述帶通濾波模塊的輸入端相連，用于將所述脈沖信號進行放大，得到放大信號； 所述帶通濾波模塊，其輸出端與所述信號電平調整單元的第一端相連，用于將所述得到的放大信號進行過濾處理后，得到所述采集信號。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述前置放大模塊還包括設置于所述信號轉換器和所述放大器之間的高頻變壓器，所述高頻變壓器用于將所述信號轉換器輸出的脈沖信號轉換成差分信號，并將所述差分信號輸入所述放大器放大。
5.如權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述采集信號的頻率處于10KHz 至 300KHz 之間。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述信號強度判斷及轉換單元包括一12位運算精度的數模轉換器，所述數模轉換器的最高轉換速度為512KHz。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述控制顯示單元還包括用于信號輸出的A-Ap——-上山
8.一種用于定位電纜局部放電信號的方法，其特征在于，其在如權利要求1至7中任一項所述的裝置中實現，所述方法包括: a、感應電纜線路上的超聲波信號，并將所述感應到的超聲波信號轉換成脈沖信號后經過放大及濾波處理，得到采集信號；其中，所述脈沖信號和所述采集信號均為模擬信號； b、所述得到的采集信號的電平根據預設的電平縮放系數進行調整后，得到調整信號；其中，所述調整信號為模擬信號； C、判斷所述得到的調整信號的電平是否位于預設的電平區間內，如果是，則將所述得到的調整信號轉換成數字信號后作為狀態值輸出；如果否，則不進行轉換，僅將所述調整信號的電平作為狀態值輸出； d、獲得所述輸出的狀態值并判斷，當所述狀態值為所述調整信號的電平時，重新設置所述預設的電平縮放系數后，返回步驟b ;或 當所述狀態值為所述數字信號時，將所述數字信號根據預設的算法進行分析和處理后得到所述數字信 號的特征值，并判斷所述得到的特征值是否與預設的噪聲特征庫中任一噪聲信號特征值均匹配，如果否，則確定所述數字信號中特征值與所述任一噪聲信號特征值均不匹配所屬頻段內的信號為電纜局部放電信號，且將所述電纜局部放電信號顯示或輸出。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟d中“當所述狀態值為所述調整信號的電平時，重新設置所述預設的電平縮放系數”的具體步驟包括: 當所述調整信號的電平小于所述預設的電平區間的最小值時，提高所述預設的電平縮放系數； 當所述調整信號的電平大于所述預設的電平區間的最大值時，縮小所述預設的電平縮放系數。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述采集信號的頻率處于IOKHz至300KHz之間。
【文檔編號】G01R31/12GK104007373SQ201410233812
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】朱正國, 姚森敬, 黃超, 王武 申請人:深圳供電局有限公司, 廣州友智電氣技術有限公司
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