[发明专利]一种局部放电测量中局放脉冲所对应的工频相位检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及高压电力设备局部放电测量技术领域，尤其是涉及一种获取局部放电脉冲对应工频相位的检测电路及方法。

背景技术

大量故障统计表明，在一般电气设备故障中，50％以上都是由绝缘引起的。发生绝缘故障的原因主要是绝缘薄弱处的局部放电引起的绝缘老化和失效，并最终导致绝缘的击穿。局部放电(PD)是造成绝缘劣化的主要原因，也是绝缘劣化的主要征兆和表现形式。局部放电活动在绝缘材料内部产生物理现象和化学变化。局部放电活动能够导致声、电和光能的发射，这使得能够采用不同的方法来进行检测和分析局部放电活动的出现。

用不同的检测方法可以得到不同的PD特征。如今用于分析和评估局部放电的两种最常用的检测方法是基于相位分辨数据的统计检测法和基于时间分辨数据的波形检测法。当今大部分商业应用的PD检测器均采用相位分辨检测方法，也称相位统计法。

相位统计方法主要应用于相位分辨(相位-幅值-脉冲个数)数据模式。例如，统计分布如脉冲高度分布、平均脉冲高度分布、脉冲个数分布等已经被用来表示PD信息。一个工频电源电压的完整周期被分成360个窗口，每个窗口代表一个相位度数值。在所有窗的最大脉冲高度分布表示最大放电幅值作为相角的函数。同理，平均脉冲高度分布表示平均放电幅值作为相角的函数。脉冲数量分布(对应一定的时间间隔)表示放电的数量作为相角的函数。通过检查和区分这些不同的统计分布，统计参数(通常称为统计算子)如偏斜、峰度、峰数、互相关因素、对称性等进行比较。通过将这些分布和它们的算子进行合适的组合，能够发现PD方式的识别标志。这些识别标志已经被证明在识别未知放电的产生是非常有用的，已经成为当今PD识别的最主要方式。基于统计参数的PD识别技术已经在各种工业应用中使用，如XLPE电缆的PD识别、检测气隙放电、检测电晕放电和表面放电。

由此可以看出，相位统计检测与识别方法需要事先获得局部放电脉冲所对应的工频电源的具体相位，换句话说，每个局部放电脉冲总是发生于工频正弦波的某一个相位窗口，该相位窗口在局部放电测量过程中需要通过一定技术或手段获得。

局部放电测量设备中局放脉冲相位的获得通常有两种方法，即内触发和外触发。内触发通常用于手持式带电检测设备，一般由于电池供电而没有连接外接电源，而无法采用外触发。外触发用于便携式测量设备以及在线监测设备，一般连接有低压工频电源，从而可利用该正弦电源。内触发是为了相位统计法的需要而不得已采用的方法，一般通过软件实现，获得的相位值也不是真正的局放脉冲所对应相位值，但从统计概率角度来说可以帮助实现统计分析。外触发所获得的相位值要真实许多，一般通过硬件电路来实现。

发明内容

本发明的目的就是针对局部放电测量中局部放电脉冲所对应的相位提出一种检测电路，集成到局部放电测量设备的硬件中，在通过设备检测到局部放电脉冲幅值和个数的同时，也检测到该脉冲所对应的工频电源相位值。该检测电路通过整形把工频波形转换为矩形脉冲波形，并通过锁相环技术和脉冲计数技术实现要求精度的最小相位窗，从而提高了相位值获取的精度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种局部放电测量中局放脉冲所对应的工频相位检测电路，包括以下步骤：

1)设计电压变换电路，将电源电压降压为低电压；

2)设计有源低通滤波电路，抑制或消除电源信号中的高频干扰；

3)设计波形整形与转换电路，将正弦交流信号整形为规则的方波信号，并进一步将相位信息转换为连续的模拟电压，以供后续电路的采样和处理；

4)设计锁相倍频电路，将整形与转换电路输出的信号频率进行倍频锁相，用于后续计算器电路的输入；

5)设计计数器电路，对锁相倍频器的输出进行计数，从而对脉冲的计数值进行处理即可得到相位值。

所述电压变换电路包括电阻分压电路以及稳压电路。

所述有源低通滤波电路包括运算放大器及其外围器件。

所述波形整形与转换电路包括比较器、积分电路和缓冲电路。

所述锁相倍频电路包括锁相环电路、倍频电路以及外围器件。

所述计数器电路包括二进制计数电路、单稳态触发器以及外围器件。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过整形把工频波形转换为矩形脉冲波形，并通过锁相环技术和脉冲计数技术实现要求精度的最小相位窗，从而提高了相位值获取的精度。

(2)本发明采用硬件电路作为局部放电测量设备硬件的一部分，实现了局放脉冲相位值的同步测量。