基于多傳感器的便攜式局放檢測設(shè)備研究

常洪亮 謝路 田松林

摘要：本文設(shè)計開發(fā)了一種新型多傳感器的便攜式局放檢測設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)地電波、超聲檢測方法，滿足不同配電設(shè)備的在線監(jiān)測需求，為用戶提供全面的數(shù)據(jù)借鑒。

關(guān)鍵詞：局部放電;在線檢測;超聲波;地電波

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）07-0170-02

0 引言

傳統(tǒng)局放檢測儀（包括超聲波、地電波等）是分體式的。工作人員需要將現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)手動錄入移動終端，記錄數(shù)據(jù)量較大，且錄入繁瑣，本文設(shè)計開發(fā)了一種新型局部放電在線檢測儀器，能夠集地電波、超聲波的檢測方法。檢測裝置以嵌入式系統(tǒng)為核心，通過硬件可實現(xiàn)信號采樣和信息存儲等功能，通過軟件可實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和故障診斷等作用，以滿足不同配電設(shè)備的在線監(jiān)測需求，為用戶提供全面的信息數(shù)據(jù)。

1 多傳感器的便攜式局放檢測儀硬件電路設(shè)計

1.1 總體結(jié)構(gòu)

本文所述的便攜式局部放電在線檢測儀，在其硬件電路設(shè)計時，自身具有信號采樣、信息存儲和對外通信的功能，總體構(gòu)架圖1所示[1]。

便攜式局部放電在線檢測設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)，具有信號采樣功能，采樣通道分為低速采樣通道和高速采樣通道兩種，其中前者可以采集多個超聲信號，如AA超聲和AE超聲。后者可采集多個信號，包括高頻電流信號和TEV信號。在外部設(shè)計上，檢測儀器界面采用液晶屏，其儀器開關(guān)具有自動切換功能，網(wǎng)絡(luò)信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換成濾波進(jìn)行放大，再送至耳機(jī)。在信息存儲上，配置了多個存儲器及USB接口，通信方式利用WIFI進(jìn)行拓展。

1.2 傳感器選型與設(shè)計

便攜式局放檢測儀器在信號采集上，分為超聲信號采集和TEV信號采集。其中，TEV信號傳感器材料采用了聚氯乙烯（PVC），內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂材料，并配有磁鐵，這樣有便于在設(shè)備檢測時與柜體表面貼合。超聲傳感器選用諧振式壓電傳感器，中心頻率為40kHz，帶寬為3kHz;在超聲傳感器選用時，應(yīng)選擇聲發(fā)射類型的傳感器，頻率范圍為30～140kHz，同時利用壓電元件將設(shè)備機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電信號，并將它進(jìn)行輸出。

1.3 音頻輸出電路設(shè)計

對于低頻超聲信號，應(yīng)先將它放大，再采用D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后送入耳機(jī)，以方便測試人員進(jìn)行監(jiān)聽，在局部放電測試時，檢測人員可以聽到高強(qiáng)度的聲波傳出的聲音。先采用串行接口將數(shù)字信號傳至D/A，再半它轉(zhuǎn)換為模擬信號，利用濾波進(jìn)行放大，再輸入耳機(jī)。D/A轉(zhuǎn)換器件主要通過芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其主要支持16位的D/A轉(zhuǎn)換，并分為兩線運(yùn)算放大器。其中第一級放大器為信號跟隨，第二級放大器為第一級的40倍，再利用濾波電路進(jìn)行信號模擬，再傳輸至耳機(jī)[2]。

2 多傳感器的便攜式局放檢測軟件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 軟件總體架構(gòu)

在使用便攜式局放檢測設(shè)備進(jìn)行設(shè)備檢測時，其檢測軟件系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)，可實現(xiàn)放電信號的降噪和數(shù)據(jù)處理，其界面設(shè)計主要采用Linux操作系統(tǒng)、具有設(shè)備外部存儲功能。

2.2 邏輯電路設(shè)計

（1）信號降噪設(shè)計。在便攜式局放檢測設(shè)備測試現(xiàn)場時，時常會受到電磁波的干擾和影響，導(dǎo)致局部放電的高頻信號和TEV信號的脈沖上升時間發(fā)生變化，脈沖上升時間的變化范圍控制在1～10ns，同時，要加強(qiáng)脈沖等效頻率控制，一般控制在1MHz到20MHz范圍內(nèi)。同時，在數(shù)據(jù)處理時，為了節(jié)省電路空間，應(yīng)選用數(shù)字濾波器。局放檢測儀器采用沖擊響應(yīng)濾波器，截止頻率為500kHz，可滿足不同場合使用需求。另外，還可以利用設(shè)計軟件的IP核功能，實現(xiàn)設(shè)備檢測簡化目標(biāo)。且可以通過超聲信號中的耳機(jī)辨識設(shè)備局部放電超聲信號，在抑制信號上，還可以利用卡爾曼濾波器進(jìn)行降噪。（2）數(shù)據(jù)處理設(shè)計。對于常規(guī)儀器的輸出方式，根據(jù)放電幅值可分為：一種是高頻通道（100Msps），另一種是低頻通道（400ksps）。其中，在計算高頻通道最大值時，主要是以1s為一個計算周期，而在計算低頻通道最小值時，應(yīng)以0.2s為一個計算周期;當(dāng)采樣值超過閾值時，就會觸發(fā)脈沖，并以1s為周期計算。在脈沖數(shù)設(shè)置時，利用AXI總線以不同的周期進(jìn)行傳輸，再將部分清零進(jìn)行重置。在檢測裝置錄波過程中，將它分為兩個模塊，一個為高頻通道錄波模塊，另一個為低頻通道錄波模塊。其中，前者可實現(xiàn)長時間錄波，且采樣率低，所以將采用手動錄波，存儲空間寬度為16位，深度為4096，在錄波信號傳輸時，通常采用先入先出方式，并利用數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸。而后者采用連續(xù)錄波方式，并采用手動啟動方式，錄波長度分為長錄波記錄和短錄波記錄兩種，其中長錄波記錄采樣數(shù)據(jù)連續(xù)的4096點(diǎn)，短錄波16個非連續(xù)存儲空間記錄，并記錄了128點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)。（3）界面設(shè)計。在便攜式局放檢測界面設(shè)計時，是通過采用Z嵌入式系統(tǒng)，對Linux系統(tǒng)進(jìn)行搭載，利用編程的方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。并從PL部分獲取超聲信號的數(shù)據(jù)，并采用時序圖將它顯示出來。在錄波數(shù)據(jù)傳輸時，主要以數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸，先將它傳至PS部分，再經(jīng)過脈沖波在液晶屏顯示出來，且將數(shù)據(jù)保存于存儲設(shè)備[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，通過多功能局部放電在線檢測設(shè)備設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)及注意問題分析，其主要成果及優(yōu)勢：（1）能夠通過掃描將檢測數(shù)據(jù)與資產(chǎn)系統(tǒng)臺賬打通。（2）采能夠?qū)z測結(jié)果通過藍(lán)牙、wifi等方式傳遞給移動終端，能夠滿足不同配電設(shè)備、不同用戶的檢測需求。（3）移動終端能夠?qū)z測結(jié)果自動關(guān)聯(lián)至設(shè)備臺賬，滿足實時性要求;能夠結(jié)合大數(shù)據(jù)分析算法，自動判斷設(shè)備是否存在局放，能夠滿足配電設(shè)備在線監(jiān)測檢測要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 甘德剛，劉凡，肖偉.融合超高頻及脈沖電流法的局部放電監(jiān)測系統(tǒng)[J].電力自動化設(shè)備，2013（3）：162-165.

[2] 黃和燕，吳德貫，夏輝，等.GIL設(shè)備超聲波局放信號異常的診斷與分析[J].高壓電器，2017（12）：241-246.

[3] 舒博，李嫣然，趙泓霖，等.一種用于電纜局放檢測的高頻電流傳感器的設(shè)計[J].電氣自動化，2018（3）：105-108.