氣體絕緣變電站局放在線監測用數字工頻相位傳感器的製作方法

2023-06-12 04:10:06

本實用新型涉及高壓電氣設備技術領域，具體涉及一種氣體絕緣變電站局放在線監測用數字工頻相位傳感器。

背景技術：

氣體絕緣變電站(GIS，Gas Insulated Substation)是一種運行可靠、維護工作量小、檢修周期長的高壓電氣設備，常採用密封式的罐體組合電氣結構，罐體內充入一定壓力的SF6氣體作為絕緣氣體。在強電磁作用下，氣體絕緣變電站會發生局部放電現象，通過局部放電時所產生的電、光等現象，可以定位局部放電的位置，並判斷放電的程度。

目前應用較廣泛的局部放電檢測方法有脈衝電流法、氣相色譜分析法和超高頻檢測法等。其中，脈衝電流法和氣相色譜分析法不便於在線檢測，而超高頻檢測法可以對氣體絕緣變電站局部放電進行帶電檢測和在線監測。

採用超高頻檢測法對氣體絕緣變電站局部放電進行檢測時，懸浮電位體放電、絕緣件內部氣隙放電、沿面放電及金屬尖端放電等，都與工頻相位具有一定的關聯性。準確獲取氣體絕緣變電站設備的工頻相位信號，有助於可靠檢測氣體絕緣變電站局部放電。

目前，氣體絕緣變電站局部放電檢測工頻相位通常是取自檢測電壓的互感器，存在二次系統安全隱患問題，當檢測電壓的互感器損壞時，會影響氣體絕緣變電站局部放電的正常工作。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種氣體絕緣變電站局放在線監測用數字工頻相位傳感器，該傳感器可以從強電磁幹擾環境中準確的檢測出GIS局部放電信號。

為解決上述技術問題，本實用新型公開的一種氣體絕緣變電站局放在線監測用數字工頻相位傳感器，其特徵在於：它包括工頻感應天線、信號採樣模塊、數字濾波器和鎖相放大器，其中，所述工頻感應天線的信號輸出端連接信號採樣模塊的信號輸入端，信號採樣模塊的信號輸出端連接數字濾波器的信號輸入端，數字濾波器的信號輸出端連接鎖相放大器的信號輸入端，鎖相放大器的信號輸出端連接鎖相放大器的輸出相位信號反饋端，所述工頻感應天線用於接收氣體絕緣變電站分相帶電體中的工頻信號。

本實用新型設計了由工頻感應天線、信號採樣模塊、數字濾波器和鎖相放大器組成的氣體絕緣變電站局放在線監測用數字工頻相位傳感器，該傳感器能對氣體絕緣變電站內部局部放電進行動態檢測、準確定位，將局部放電信號中工頻信號從強電磁幹擾信號中準確的檢測出來。具有檢測速度快、抗幹擾能力強等優點。

附圖說明

圖1是本實用新型的原理框圖；

圖2為本實用新型中鎖相放大器的原理框圖。

其中，1—工頻感應天線、2—信號採樣模塊、2.1—模數轉換器、2.2—運算放大器、3—數字濾波器、4—鎖相放大器、4.1—比例積分調節器、4.2—復頻域變量積分器。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明：

本實用新型的氣體絕緣變電站局放在線監測用數字工頻相位傳感器，如圖1和2所示，它包括工頻感應天線1、信號採樣模塊2、數字濾波器3和鎖相放大器4，其中，所述工頻感應天線1的信號輸出端連接信號採樣模塊2的信號輸入端，信號採樣模塊2的信號輸出端連接數字濾波器3的信號輸入端，數字濾波器3的信號輸出端連接鎖相放大器4的信號輸入端，鎖相放大器4的信號輸出端連接鎖相放大器4的輸出相位信號反饋端，所述工頻感應天線1用於接收氣體絕緣變電站分相帶電體中頻率為50HZ的工頻信號。

上述技術方案中，所述數字濾波器3為復矢量濾波器。復矢量濾波器的傳遞函數H(s)為：

其中，ωo是採樣模塊2輸出信號的工頻信號，ωc為復矢量濾波器的截止頻率；j為虛單位，s為復頻域變量。該復矢量濾波器可以從受強電磁幹擾的信號中提取工頻信號。優點是在採樣模塊2輸出信號的工頻信號ωo處，復矢量濾波器的增益為1，對應相移為0。

圖2為鎖相放大器4的原理圖，Vm和θ分別是所檢測到的工頻信號的幅值和相位，θ'為鎖相放大器4輸出的相位信號，比例積分調節器4.1的傳遞函數Gc(s)為：

其中，Kp是比例積分調節器4.1的比例係數，Ki為比例積分調節器4.1的積分係數。該鎖相方法可以精確的獲取所檢測到的工頻信號的相位。

上述技術方案中，所述鎖相放大器4的信號輸出端輸出0～5V的方波工頻信號。

上述技術方案中，數字濾波器3和鎖相放大器4用於將氣體絕緣變電站的局部放電信號中工頻信號的相位從噪聲中檢測出來。

上述技術方案中，所述信號採樣模塊2包括模數轉換器2.1和運算放大器2.2，所述工頻感應天線1的信號輸出端連接模數轉換器2.1的信號輸入端，模數轉換器2.1的信號輸出端連接運算放大器2.2的信號輸入端，運算放大器2.2的信號輸出端連接數字濾波器3的信號輸入端。

上述技術方案中，所述鎖相放大器4包括比例積分調節器4.1和復頻域變量積分器4.2，所述數字濾波器3的信號輸出端連接比例積分調節器4.1的信號輸入端，比例積分調節器4.1的信號輸出端連接復頻域變量積分器4.2的信號輸入端，復頻域變量積分器4.2的信號輸出端連接比例積分調節器4.1的輸出相位信號反饋端。

本實用新型工作過程為：工頻感應天線1接收氣體絕緣變電站分相帶電體中頻率為50HZ的工頻信號，並對其進行模數轉換和運算放大處理，放大後的信號輸送到數字濾波器3，數字濾波器3濾除天線1接收50HZ工頻信號中的噪聲，從中提取出50HZ的工頻信號，數字濾波器3提取工頻信號的幅值Vm和相位θ，工頻信號的相位θ與鎖相放大器4輸出信號的相位θ'相減得到誤差信號，誤差信號傳輸給比例積分調節器4.1進行處理，比例積分調節器4.1輸出工頻信號的頻率，工頻信號的頻率輸入到復頻域變量積分器4.2進行處理，復頻域變量積分器4.2輸出鎖相放大器4的相位信號θ'，鎖相放大器4的相位信號θ'即為本數字工頻相位傳感器檢測得到的工頻信號的相位。

本說明書未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。