本實用新型涉及局部放電檢測、配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測領(lǐng)域，具體說的是基于脈沖電流法的內(nèi)嵌式局部放電在線監(jiān)測智能儀表。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)的絕大多數(shù)故障都伴生一個共同的現(xiàn)象：局部放電?？茖W(xué)局部放電檢測技術(shù)和有效的檢測手段對于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行異常，提高配網(wǎng)系統(tǒng)的供電可靠性和電力系統(tǒng)的經(jīng)濟、安全運行意義重大。

局部放電檢測方法按照實現(xiàn)的手段或者檢測所依據(jù)的基本原理進行分類，可分為直接法和間接法兩種。直接法的理論基礎(chǔ)是電路理論，典型的應(yīng)用是脈沖電流法；每一次局部放電都伴有一定數(shù)量的電荷通過電介質(zhì)，這個持續(xù)時間很短的電荷移動過程就以脈沖電流的形式呈現(xiàn)出來，通過一定的手段對這個脈沖型的電流就行檢測的技術(shù)成為直接法的脈沖電流檢測技術(shù)。間接法則主要通過檢測局部放電的伴生現(xiàn)象而實現(xiàn)對局部放電的檢測，如化學(xué)法、光學(xué)法、電磁法、聲波法、熱掃描或測溫法等。

目前的局部放電檢測手段如基于暫態(tài)地電壓、超聲波以及紅外熱成像掃描技術(shù)的檢測都是屬于間接法的局部放電檢測技術(shù)。間接法的檢測技術(shù)主要存在以下四個方面問題：

1、檢測靈敏度偏低。間接法的局部放電檢測是基于對局部放電伴生現(xiàn)象的研究而產(chǎn)生的一項檢測技術(shù)，所檢測信號屬于局部放電伴生信號，如依據(jù)Maxwell電磁理論，放電脈沖會產(chǎn)生高頻的電磁信號向外輻射信號，另外局部放電發(fā)生時，常伴有光、聲、熱等現(xiàn)象的發(fā)生；通過上述的輻射信號以光、聲、熱的檢測，來實現(xiàn)對局部放電的檢測、研究。然而這些伴生信號存在信號強度低或易受外界干擾等特點，從而導(dǎo)致檢測準確度和可參考性偏低。

2、國內(nèi)目前配電設(shè)備運維檢測方案為周期性巡檢，按照《交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備暫態(tài)地電壓局部放電帶電測試技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用導(dǎo)則（報批稿）》的規(guī)定，配網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)巡檢周期一般按照每年1~2次進行。在檢測周期中間出現(xiàn)的缺陷和間歇性放電事故無法及時被發(fā)現(xiàn)。因此，兩次巡檢活動中間某個時刻出現(xiàn)的絕緣缺陷往往會被疏漏。

3、現(xiàn)有的檢測設(shè)備由于所能檢測信號頻帶范圍的限制，導(dǎo)致狀態(tài)巡檢活動存在“盲區(qū)”。目前的暫態(tài)地電壓檢測技術(shù)的頻帶范圍通常設(shè)計為3MHz~100MHz，而超聲波檢測的頻帶則固定設(shè)計為40kHz。對于配網(wǎng)設(shè)備的放電缺陷來說，則極有可能出現(xiàn)放電頻譜位于100kHz~3MHz的情況，此中情況下，現(xiàn)有的檢測方案都有可能失效，致使100kHz~3MHz頻帶范圍內(nèi)的局部放電電壓信號檢測成為檢測“盲區(qū)”。

4、配網(wǎng)設(shè)備已廣泛采用全金屬封閉結(jié)構(gòu)，敞開式開關(guān)設(shè)備數(shù)量越來越少。柜體內(nèi)部產(chǎn)生的局部放電伴生信號，如電磁輻射信號、聲音信號等在向外傳輸?shù)倪^程中由于受到金屬柜體的屏蔽作用，很難傳輸出來，即使傳輸出來，也會被大大的削弱，現(xiàn)有的檢測設(shè)備在柜體外部對信號進行檢測時很難準確捕捉信號，造成檢測效果不理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前局部放電檢測中客觀存在的不足，本實用新型提供一種基于脈沖電流法的內(nèi)嵌式局部放電在線監(jiān)測智能儀表，其理論依據(jù)是經(jīng)典的電路理論，其技術(shù)指導(dǎo)是直接法的局部放電檢測技術(shù)。脈沖電流法局部放電檢測技術(shù)已經(jīng)很成熟，具有檢測靈敏度很高，容易進行放電量校準的優(yōu)點，當配合采用高頻檢測阻抗技術(shù)時還能準確再現(xiàn)局部放電脈沖波形。脈沖電流法屬于直接法局部放電檢測技術(shù)范疇，能夠獲取更加精準、可靠的檢測信號。本實用新型基于上述的特性和優(yōu)點而設(shè)計，以充分發(fā)揮狀態(tài)檢修技術(shù)在提高供電可靠性、優(yōu)化檢修策略、降低運維成本、挖掘設(shè)備潛在壽命等方面的作用。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，所采用的技術(shù)方案是：基于脈沖電流法的內(nèi)嵌式局部放電在線監(jiān)測智能儀表，由電源電路供電，智能儀表由射頻信號線連接在一次系統(tǒng)配電設(shè)備上，智能儀表包括：

阻抗匹配電路，接收射頻信號線采集的100kHz-5MHz電流信號，對采集到的電流信號耦合并進行分離，得到工頻電流和高頻局部放電脈沖電流，又將工頻電流和高頻局部放電脈沖電流經(jīng)過檢測阻抗變?yōu)榫植糠烹婋妷盒盘柡凸ゎl電壓信號；

信號調(diào)理電路，與阻抗匹配電路連接，其包括工頻信號調(diào)理電路和局部放電電壓信號調(diào)理電路，工頻信號調(diào)理電路包括工頻分壓電路和工頻跟隨器，工頻電壓信號經(jīng)工頻分壓電路降壓后送入到工頻跟隨器；局部放電電壓信號調(diào)理電路包括程控增益放大器、正反放大器、帶通濾波器、絕對值峰值檢波電路以及局放跟隨器，局部放電電壓信號經(jīng)程控增益放大器減小增益或增大增益后，依次經(jīng)過正反放大器、帶通濾波器、絕對值峰值檢波電路送入局放跟隨器；

CPU電路，與信號調(diào)理電路相連，實時監(jiān)測信號調(diào)理電路輸出的工頻電壓信號以及局部放電電壓信號，顯示監(jiān)測處理結(jié)果。

本實用新型所述的程控增益放大器當所檢測信號為小信號時，放大器提高增益倍數(shù)，保證放大電路的靈敏度；所檢測信號為大信號時，則放大器減小增益倍數(shù)，自適應(yīng)大信號，使得信號放大結(jié)果不會超出儀表整體設(shè)計的測量范圍。

本實用新型所述的正反放大器，包含一個同相放大器和一個反相放大器；同相放大器針對正向放電脈沖放大，輸出正向脈沖信號；反相器針對負放電脈沖放大，同樣輸出正向脈沖信號。

本實用新型所述的CPU電路包括足夠閃存程序存儲空間和豐富I/O口的微處理器，高速、遠程通訊接口，USB下載電路，A/D轉(zhuǎn)換模塊，LCD觸摸顯示，SD卡存儲。

本實用新型有益效果是：

1）首先，本實用新型以直接法的局部放電檢測技術(shù)為理論依據(jù)，采用脈沖電流法的局部放電檢測方法，利用電氣上的連接關(guān)系直接來檢測配電設(shè)備中或電力系統(tǒng)上產(chǎn)生的放電脈沖電流，從而提高檢測的靈敏度和可靠性。

2）其次，基于脈沖電流法的內(nèi)嵌式局部放電在線監(jiān)測智能儀表，其特點是，屬于在線監(jiān)測類裝置，內(nèi)置有阻抗匹配電路、信號調(diào)理電路、CPU電路和顯示CPU電路，安裝在配電設(shè)備上，可連續(xù)、實時對系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)測，然后對所檢測的信號進行計算、分析、處理、記錄和遠傳，以連續(xù)捕捉放電故障，發(fā)現(xiàn)配電設(shè)備放電規(guī)律，有效規(guī)避周期性巡檢活動中所帶來的漏檢問題，提高運維質(zhì)量。

3）另外，基于脈沖電流法的內(nèi)嵌式局部放電在線監(jiān)測智能儀表，其特點是，依據(jù)電路原理設(shè)計出檢測帶寬為100kHz-5MHz的信號檢測電路，可有效檢測100k-5MHz頻帶范圍內(nèi)的局部放電電壓信號；解決了現(xiàn)有的聲-電-熱聯(lián)合檢測技術(shù)存在的100kHz~3MHz檢測“盲區(qū)”問題。

4）基于脈沖電流法的內(nèi)嵌式局部放電在線監(jiān)測智能儀表，采用了內(nèi)嵌式安裝方式，利用射頻信號線將裝置接于電力系統(tǒng)中，通過導(dǎo)線的連接關(guān)系來接收信號，有效解決了配電設(shè)備的全金屬封閉結(jié)構(gòu)對信號檢測造成的困難；

5）提高了局部放電檢測的靈敏度，掃除了現(xiàn)有檢測設(shè)備的檢測“盲區(qū)”，規(guī)避了周期巡檢中的漏檢現(xiàn)象，克服了金屬封閉式配電設(shè)備帶來的信號檢測困難問題；具有數(shù)據(jù)分析、記錄和外傳等功能，可以組成系統(tǒng)搜集大數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計分析，為各類供電公司的經(jīng)濟性分析、風險評估和資產(chǎn)管理分析等科學(xué)運營手段提供數(shù)據(jù)依據(jù)，有利于建立專家系統(tǒng)，減小設(shè)備運維成本，降低投資風險，提高運營效益。

附圖說明

圖1為直接法局部放電檢測原理示意圖。

圖2為本實用新型的功能框圖。

圖3為本實用新型的阻抗匹配電路的原理框圖。

圖4為本實用新型的信號調(diào)理電路的原理框圖。

圖中：1、阻坑匹配電路，2、信號調(diào)理電路，21、工頻信號調(diào)理電路，22、局部放電電壓信號調(diào)理電路，211、工頻降壓電路，212、工頻跟隨器，221、程控增益放大器，222、正反放大器，223、帶通濾波器，224、絕對值峰值檢波電路，225、局放跟隨器，226、低通濾波器，3、CPU電路，4、CPU電路組成模塊，5、電源電路，51、開關(guān)電源模塊，52、低通濾波器。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，通過詳細說明一個較完整的實施實例，來對本實用新型做進一步闡釋。

基于脈沖電流法的內(nèi)嵌式局部放電在線監(jiān)測智能儀表，由電源電路供電，智能儀表由射頻信號線連接在一次系統(tǒng)配電設(shè)備上，智能儀表包括：

阻抗匹配電路，接收射頻信號線采集的100kHz-5MHz電流信號，對采集到的電流信號耦合并進行分離，得到工頻電流和高頻局部放電脈沖電流，又將工頻電流和高頻局部放電脈沖電流經(jīng)過檢測阻抗變?yōu)榫植糠烹婋妷盒盘柡凸ゎl電壓信號；

信號調(diào)理電路，與阻抗匹配電路連接，其包括工頻信號調(diào)理電路21和局部放電信號調(diào)理電路22，工頻信號調(diào)理電路21包括工頻分壓電路211和工頻跟隨器212，工頻電壓信號經(jīng)工頻分壓電路211降壓后送入到工頻跟隨器212；局部放電信號調(diào)理電路22包括程控增益放大器221、正反放大器222、帶通濾波器223、絕對值峰值檢波電路224以及局放跟隨器225，局部放電電壓信號經(jīng)程控增益放大器221減小增益或增大增益后，依次經(jīng)過正反放大器222、帶通濾波器223、絕對值峰值檢波電路224送入局放跟隨器225；

CPU電路，與信號調(diào)理電路相連，實時監(jiān)測信號調(diào)理電路輸出的工頻電壓信號以及局部放電電壓信號，顯示監(jiān)測處理結(jié)果。

其具體實施步驟如下：

第一步，一次系統(tǒng)的高壓電氣設(shè)備上有局部放電現(xiàn)象發(fā)生時，會發(fā)生電荷的遷移，在配電設(shè)備金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生一個脈沖型電流，圖1所示為直接法局部放電檢測原理示意圖。

第二步，圖2所示，基于脈沖電流法的內(nèi)嵌式局部放電在線監(jiān)測智能儀表，通過射頻信號線連接到一次系統(tǒng)的高壓電氣設(shè)備上，第一步的脈沖型電流將通過射頻信號線傳輸?shù)奖緦嵱眯滦脱b置中來，同時工頻電流也會由射頻線傳輸進來。

第三步，阻抗匹配電路接收到的電流信號經(jīng)過阻抗匹配電路其中的信號耦合電路將工頻電流和高頻局部放電脈沖電流耦合，并利用兩種信號的不同特征將兩者分離；阻抗匹配電路中耦合到的電流信號又經(jīng)過檢測阻抗的作用變?yōu)榫植糠烹婋妷盒盘柡凸ゎl電壓信號。

阻抗匹配電路和信號調(diào)理電路相連接。信號調(diào)理電路包含：工頻信號調(diào)理電路21和局部放電電壓信號調(diào)理電路22。

第四步，阻抗匹配電路所得到的工頻電壓信號被送到工頻信號調(diào)理電路21中的工頻降壓電路211，局部放電電壓信號被送到局部放電電壓信號調(diào)理電路22中的程控增益放大器221。

對于工頻信號：工頻降壓電路211將高電壓的工頻信號降壓處理后，變作可為放大器處理的信號，然后將上述信號送入到工頻跟隨器212。

對于局部放電電壓信號：程控增益放大器221將局部放電電壓信號放大適當?shù)谋稊?shù)；程控增益放大器221，當所檢測信號為小信號時，放大器221提高增益倍數(shù)，保證放大電路的靈敏度；所檢測信號為大信號時，則放大器221減小增益倍數(shù)，自適應(yīng)大信號，使得信號放大結(jié)果不會超出儀表整體設(shè)計的測量范圍。

程控增益放大器221與正反放大器222相連接。正反放大器222，包含一個同相放大器和一個反相放大器；同相放大器針對正向放電脈沖放大，輸出正向脈沖信號；反相器針對負放電脈沖放大，同樣輸出正向脈沖信號；

正反放大器222與帶通濾波器223相連接。帶通濾波器223根據(jù)局部放電電壓信號的頻率特性設(shè)計，使得具備局部放電特征的信號通過，濾除干擾和噪聲信號，對所測量的信號進行凈化處理。

帶通濾波器223與絕對值峰值檢波電路224相連接。絕對值峰值檢波電路224有兩組峰值檢波器，將持續(xù)時間極短的局部放電脈沖信號進行檢波處理，并最終取出兩路檢波電路的最大值。《局部放電測量GB/T 7354-2003》4.3.3章節(jié)指出，“特別推薦用指示儀器和記錄儀對重復(fù)出現(xiàn)的最大局放值進行定量”。所以廠商應(yīng)將測量“出現(xiàn)的最大局部放電值”作為局部放電檢測類產(chǎn)品的核心功能進行研發(fā)。通過檢波電路不但得到一個較大的放電信號，而且還對該高頻的放電信號進行了降頻處理，降低了對CPU的A/D采樣轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的性能要求。

絕對值峰值檢波電路224與局放跟隨器225相連接。局放跟隨器225起信號隔離的作用，用于消除數(shù)字采樣電路對信號調(diào)理電路的影響。

上述的信號調(diào)理電路2與CPU電路相連接。

上述的CPU電路，具有以下特征，主要包含：足夠閃存程序存儲空間和豐富I/O口的微處理器，高速、遠程通訊接口， USB下載電路，A/D轉(zhuǎn)換模塊，LCD觸摸顯示，SD卡存儲等。

第五步，信號采集，CPU電路的多路信號采集單元分別與信號調(diào)理電路的工頻信號調(diào)理電路輸出以及局部放電信號調(diào)理電路的輸出相連接；

CPU電路的信號采集單元，采用高性能嵌入式計算機系統(tǒng)構(gòu)建，利用高速、高精度AD轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對局部放電信號的捕捉、轉(zhuǎn)換，以及對工頻電壓的連續(xù)采集和判斷，并經(jīng)過遞歸特征參數(shù)提取、濾波等算法得到局部放電情況和工頻帶電結(jié)果，最后將所得的概率放電強度、平均放電強度、放電頻度等以及工頻帶電情況的結(jié)果實時顯示、記錄、遠傳或下載等；

上述的所有電路都由電源電路提供電源，電源電路5是由開關(guān)電源模塊51和低通濾波器52組成。

基于脈沖電流法的內(nèi)嵌式局部放電在線監(jiān)測智能儀表，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)傳送等功能，利用分層分布式的系統(tǒng)架構(gòu)，為電網(wǎng)企業(yè)的資產(chǎn)管理提供最大限度地支持。