一種特高頻局部放電檢測電路的製作方法

2023-09-12 17:08:50 1

本實用新型涉及一種特高頻局部放電檢測電路，屬於特高頻局部放電檢測領域。

背景技術：

電力設備絕緣體中絕緣強度和擊穿場強都很高，當局部放電在很小的範圍內發生時，擊穿過程很快，將產生很陡的脈衝電流，其上升時間小於1ns，並激發頻率高達數GHz的電磁波。特高頻局部放電檢測（Ultra-High-Frequency，簡稱UHF）法於20世紀80年代初期由英國中央電力局（CEGB）實驗室提出，其基本原理是通過特高頻傳感器對電力設備中局部放電時產生的特高頻電磁（300MHz≤f≤3GHz）信號進行檢測，從而獲得局部放電的相關信息，實現局部放電監測。由於現場的暈幹擾主要集中在300MHz頻段以下，因此特高頻法能有效地避開現場的電暈等幹擾，具有較高的靈敏度和抗幹擾能力，可實現局部放電帶電檢測、定位以及缺陷類型識別等優點。

目前，現有技術中特高頻局部放電檢測電路存在很多顯著的缺點，例如結構複雜，需要無失真地採集有用信號，數據量極大，數據處理難度很高，而遠距離傳送特高頻信號，其時延與信號畸形對測量的準確性和可靠性都會產生很大的影響。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供了一種設計簡單、安全穩定，且能夠精確檢測特高頻局部放電信號的特高頻局部放電檢測電路。

本實用新型所採用的技術方案如下：

一種特高頻局部放電檢測電路，其包括採集終端MCU和與採集終端MCU相通信的特高頻局放信號調理電路；所述特高頻局放信號調理電路包括特高頻天線、指數漸變式微帶平衡器、頻率響應負反饋的平衡放大器和比較電路；所述特高頻天線接入指數漸變式微帶平衡器，所述指數漸變式微帶平衡器的輸出經頻率響應負反饋的平衡放大器接入比較電路，所述比較電路的輸出接入採集終端MCU。

進一步的，所述比較電路包括場效應電晶體Q11-場效應電晶體Q19、電阻R10、電容C10和二極體D12；所述場效應電晶體Q11的源極與場效應電晶體Q12的源極連接，所述場效應電晶體Q13的源極與場效應電晶體Q14的源極連接，所述場效應電晶體Q11的漏極分別連接場效應電晶體Q13的源極和所述場效應電晶體Q14的源極，所述場效應電晶體Q15的柵極連接場效應電晶體Q16的柵極，所述場效應電晶體Q15的漏極連接場效應電晶體Q13的漏極，且所述場效應電晶體Q15的柵極接其漏極，所述場效應電晶體Q15的源極接地，所述場效應電晶體Q16的漏極連接場效應電晶體Q14的漏極，所述場效應電晶體Q16的源極接地，所述場效應電晶體Q19的柵極連接場效應電晶體Q14的漏極，所述場效應電晶體Q19的柵極分別連接場效應電晶體Q18的漏極和場效應電晶體Q16的漏極，所述場效應電晶體Q19的源極接地，所述場效應電晶體Q17的柵極分別連接場效應電晶體Q12的漏極和場效應電晶體Q19的漏極，所述場效應電晶體Q17的源極接地，所述場效應電晶體Q12的漏極依次經電容C10和電阻R10接地，所述二極體D12並聯在串聯後的電容C10和電阻R10兩端，所述二極體D12的負極接場效應電晶體Q12的漏極。

進一步的，本實用新型還包括寬頻脈衝電流傳感器和噪聲傳感器，所述寬頻脈衝電流傳感器卡裝於電力設備接地線上，所述寬頻脈衝電流傳感器和噪聲傳感器均接入採集終端MCU。

進一步的，所述特高頻天線為工作於650MHz-1920MHz的等角平面螺旋天線或阿基米德平面螺旋天線。

進一步的，頻率響應負反饋的所述平衡放大器通過電阻R10引入負反饋並將平衡放大器輸出埠的信號耦合回到其輸入埠並與其輸入信號反向疊加。

進一步的，頻率響應負反饋的所述平衡放大器的通帶頻率為650MHz -1920MHz。

進一步的，所述採集終端MCU每次採集至少一個工頻周期的局部放電信號。

本實用新型的有益效果如下：本實用新型的電路結構簡單，使用方便，安全可靠，本電路能夠極大地消除幹擾信號對檢測值的影響，尤其對於650MHz-1920MHz局部放電特高頻信號的檢測能顯著提升測量的準確度，能夠精確檢測特高頻局部放電信號。

特高頻天線連接有指數漸變式微帶平衡器，其能夠增強能量傳輸效果，指數漸變式微帶平衡器連接有頻率響應負反饋的平衡放大器，使得放大電路穩定，增益的平坦性較好。平衡放大器通過電阻引入負反饋將其輸出埠的信號耦合回到輸入埠並與其輸入信號反向疊加，抵消部分輸入信號即可以得到平坦的增益響應，可以很好地擴展頻寬。採集終端MCU保證每次採集至少一個工頻周期的局部放電信號，用於實現對特高頻信號的調理、採集和存儲控制，進行局部放電信號處理、運算和特徵參數提取，負責與上位機通訊，為進一步的模式識別和局放點定位做準備。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構原理框圖。

圖2為實施例中比較電路的電路原理圖。

具體實施方式

下面結合圖1-圖2和實施例對本實用新型做進一步的描述。

如圖1-圖2所示，本實施例包括採集終端MCU和與採集終端MCU相通信的特高頻局放信號調理電路；所述特高頻局放信號調理電路包括特高頻天線、指數漸變式微帶平衡器、頻率響應負反饋的平衡放大器和比較電路；所述特高頻天線接入指數漸變式微帶平衡器，所述指數漸變式微帶平衡器的輸出經頻率響應負反饋的平衡放大器接入比較電路，所述比較電路的輸出接入採集終端MCU。

進一步的，所述比較電路包括場效應電晶體Q11-場效應電晶體Q19、電阻R10、電容C10和二極體D12；所述場效應電晶體Q11的源極與場效應電晶體Q12的源極連接，所述場效應電晶體Q13的源極與場效應電晶體Q14的源極連接，所述場效應電晶體Q11的漏極分別連接場效應電晶體Q13的源極和所述場效應電晶體Q14的源極，所述場效應電晶體Q15的柵極連接場效應電晶體Q16的柵極，所述場效應電晶體Q15的漏極連接場效應電晶體Q13的漏極，且所述場效應電晶體Q15的柵極接其漏極，所述場效應電晶體Q15的源極接地，所述場效應電晶體Q16的漏極連接場效應電晶體Q14的漏極，所述場效應電晶體Q16的源極接地，所述場效應電晶體Q19的柵極連接場效應電晶體Q14的漏極，所述場效應電晶體Q19的柵極分別連接場效應電晶體Q18的漏極和場效應電晶體Q16的漏極，所述場效應電晶體Q19的源極接地，所述場效應電晶體Q17的柵極分別連接場效應電晶體Q12的漏極和場效應電晶體Q19的漏極，所述場效應電晶體Q17的源極接地，所述場效應電晶體Q12的漏極依次經電容C10和電阻R10接地，所述二極體D12並聯在串聯後的電容C10和電阻R10兩端，所述二極體D12的負極接場效應電晶體Q12的漏極。

優選地，本實施例還包括寬頻脈衝電流傳感器和噪聲傳感器，所述寬頻脈衝電流傳感器卡裝於電力設備接地線上，所述寬頻脈衝電流傳感器和噪聲傳感器均接入採集終端MCU。

優選地，所述特高頻天線為工作於650MHz-1920MHz的等角平面螺旋天線或阿基米德平面螺旋天線。

優選地，頻率響應負反饋的所述平衡放大器通過電阻R10引入負反饋並將平衡放大器輸出埠的信號耦合回到其輸入埠並與其輸入信號反向疊加。

優選地，頻率響應負反饋的所述平衡放大器的通帶頻率為650MHz -1920MHz。

優選地，所述採集終端MCU每次採集至少一個工頻周期的局部放電信號。

優選地，電力變壓器局部放電信號是高頻脈衝信號，且信號從局部放電源沿變壓器繞組傳播到特高頻傳感器的過程中會產生很大的衰減和振蕩，特高頻分量主要集中在信號的波頭部分，一般持續時間為幾十納秒到幾百納秒。特高頻局放信號調理電路使用能實現帶寬650MHz—1920MHz的局部放電特高頻信號檢測的特高頻傳感器，具有良好的頻率響應特性。

優選地，特高頻傳感器採用寬頻脈衝電流傳感器，卡裝於設備接地線上，所述電流傳感器從接地線上耦合電力設備內部局部放電產生的行波電流信號；所述噪聲傳感器耦合空間的各類UHF的幹擾信號。

優選地，所述電流傳感器耦合的信號經高頻低損耗同軸電纜饋至採集終端MCU，進行信號的AD變換、採集；所述噪聲傳感器耦合的空間UHF信號通過RF同軸電纜接至採集終端MCU內部的信號調理器，進行信號濾波、放大、檢波等調理。

優選地，檢波後的信號傳輸至採集終端MCU進行AD變換、採集，經過數位化採樣的原始數據通過USB接口上傳至上位機，上位機安裝有專用局部放電分析處理軟體，對採集終端上傳的數據進行進一步處理，主要包括信號相位、峰值統計、聚類分析、抗幹擾放電譜提取和生成。

優選地，本實施例還包括混頻器，利用混頻器對其進行混頻濾波，在不改變防電信號特徵條件下實現降頻變換，以採用較低採樣速率的A/D轉換器將其數位化後，分析處理提取放電信號相關特徵參數。

最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型實施例技術方案的精神和範圍。