用于檢測局部放電的外置傳感器系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，包括超聲波接收探頭、前置放大模塊、對數檢波模塊、電源供電模塊，通過選擇噪聲低、增益高的放大器AD620與大動態范圍、較高靈敏度的對數放大器AD8310，滿足了大動態范圍和小失真的要求，且解決了發生局部放電時，從局放源產生的超聲波在傳播到超聲波接收探頭的過程中會發生衰減和吸收，在不同介質的相接面還會發生反射等多種損耗，超聲波探頭接收到的超聲波信號極其微弱的問題。與傳統檢測相比，該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統的檢測靈敏度達-89dBm，完全能滿足局放檢測中傳感器靈敏度的要求。
【專利說明】用于檢測局部放電的外置傳感器系統
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種用于檢測局部放電的外置傳感器系統。
【背景技術】
[0002]電力系統的可靠性和穩定性是各用電部門對電力行業的最基本要求。局部放電是氣體絕緣組合開關設備GIS和變壓器等常見電氣設備絕緣劣化的征兆和表現形式，局部放電又會引起絕緣性能的進一步劣化，甚至最終可能會引起絕緣擊穿，造成嚴重的后果。因此，對電力設備進行局部放電檢測能及時發現設備的絕緣狀況，并對存在的絕緣隱患進行及時的維修排查，能降低維修成本，保證電力設備的正常運行。
[0003]局部放電檢測的關鍵技術是研制高靈敏度的傳感器，而傳感器方式有內置和外置傳感器兩類。內置傳感器主要有圓盤行和錐形的。內置傳感器具有比較高的傳感效率，同時也有利于抗外界各種干擾。但是內置傳感器一般不能在電力系統的正常運行下進行測試，而外置傳感器一般能在電力系統運行的情況下測試局放，并能進行在線監測。由于外置傳感器比內置傳感器結構復雜，在工程使用中較為滿意的還不多見。因此，研制一種高靈敏度的局放檢測外置傳感器有重要的現實意義。
[0004]上述問題是在局部放電的檢測過程中應當予以考慮并解決的問題。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種用于檢測局部放電的外置傳感器系統解決現有技術中存在的內置傳感器不能在電力系統的正常運行下進行測試，而目前的外置傳感器比內置傳感器結構復雜，在工程使用中的使用不理想的問題。
[0006]本發明的技術解決方案是:
一種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，包括前置放大模塊、對數檢波模塊、用于為前置放大模塊和對數檢波模塊提供電壓的電源供電模塊，所述前置放大模塊包括放大器AD620，所述放大器AD620的引腳I通過調節電阻Rg連接放大器AD620的引腳8，所述放大器AD620的引腳2通過電容Cl連接有超聲波接收探頭，所述放大器AD620的引腳2通過電阻Rl接地，所述放大器AD620的引腳3通過電容C2連接超聲波接收探頭，所述放大器AD620的引腳3通過電阻R2接地，所述放大器AD620的引腳4通過電感L2連接有電源供電模塊的負極，所述放大器AD620的引腳4通過鉭電容C5接地，所述放大器AD620的引腳4通過電容C5接地，所述放大器AD620的引腳5接地，所述放大器AD620的引腳6通過電容C7連接對數檢波模塊，所述放大器AD620的引腳7通過電感LI連接電源供電模塊的正極，所述放大器AD620的引腳7通過電容C3接地，所述放大器AD620的引腳7通過鉭電容C4接地。
[0007]優選地，所述對數檢波模塊包括對數放大器AD8310，所述對數放大器AD8310的引腳I通過電容C9連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳2通過連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳3通過電容C22連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳4通過電阻R22連接輸送端，所述對數放大器AD8310的引腳5依次通過電阻R4、電感L3接地，所述對數放大器AD8310的引腳5通過電容C24連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳5依次通過電阻R4、鉭電容C20連接電源供電模塊的負極，所述鉭電容C20并聯有電容C21，所述對數放大器AD8310的引腳6通過電容C23連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳6通過電阻R21連接對數放大器AD8310的引腳4，所述對數放大器AD8310的引腳7通過電容C25連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳8通過電容CS連接前置放大模塊，所述對數放大器AD8310的引腳I通過電感L4連接對數放大器AD8310的引腳8，所述電容C8通過電阻R3連接電容C9。
[0008]優選地，所述調節電阻Rg的阻值為205-220 Q。
[0009]優選地，所述超聲波接收探頭包括外殼、金屬絲網罩、錐形共振盤、壓電晶片和引線端子，所述金屬絲網罩、錐形共振盤、壓電晶片均設于所述外殼內，所述金屬絲網罩設于外殼的頂部，所述錐形共振盤設于壓電晶片上，所述壓電晶片連接引線端子。
[0010]優選地，所述電源供電模塊包括電源芯片P1、第一穩壓管78L05和第二穩壓管78L05，所述電源芯片Pl的管腳I依次通過保險絲F1、二極管D6連接第一穩壓管78L05的引腳3，所述電源芯片Pl的管腳2連接第一穩壓管78L05的引腳2和第二穩壓管78L05的引腳2，所述第一穩壓管78L05的引腳2通過瞬態抑制二極管TVSl連接二極管D6的正極，所述二極管D6的負極連接第一穩壓管78L05的引腳3，所述第一穩壓管78L05的引腳2通過電容ClOl連接第一穩壓管78L05的引腳3，所述電容ClOl并聯有鉭電容C102，所述第一穩壓管78L05的引腳I連接有第二穩壓管78L05的引腳3，所述第一穩壓管78L05的引腳I通過電容C103連接第二穩壓管78L05的引腳I，所述電容C103并聯有鉭電容C104，所述第二穩壓管78L05的引腳2通過電容C201連接第二穩壓管78L05的引腳3，所述電容C201并聯有鉭電容C202，所述第二穩壓管78L05的引腳I接地，所述第二穩壓管78L05的引腳I通過電容C203連接第二穩壓管78L05的引腳2，所述電容C203并聯有鉭電容C204。
[0011]優選地，所述前置放大模塊與對數檢波模塊間連接有用于接收電磁波的天線。
[0012]本發明一種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，包括超聲波接收探頭、前置放大模塊、對數檢波模塊、電源供電模塊，并使用示波器等作為脈沖輸出顯示。通過選擇噪聲低、增益高的放大器AD620與大動態范圍、較高靈敏度的對數放大器AD8310，滿足了大動態范圍和小失真的要求，且解決了發生局部放電時，從局放源產生的超聲波在傳播到超聲波接收探頭的過程中會發生衰減和吸收，在不同介質的相接面還會發生反射等多種損耗，超聲波探頭接收到的超聲波信號極其微弱的問題。電源供電電路只要為傳感器電路中使用的前置放大器和檢波器提供穩定的電壓，并要滿足每個芯片對供電電壓的要求。
[0013]在前置放大模塊中，放大器AD620的引腳2和引腳3兩個輸入端分別用0.1MF的無極性電容交流耦合輸入，兩個耦合電容分別和兩個一端接地的IOOkQ的電阻組成高通濾波器，以便降低環境中的低頻干擾。放大器AD620的引腳7和引腳4分別為正、負電源供電端，供電電壓范圍為±2.3V?±18V。放大器AD620的引腳7和引腳4均通過連接一個貼片封裝0.1MF的陶瓷電容和一個貼片封裝IOMF的有極性鉭電容，并通過一個磁珠與電源連接。放大器AD620的引腳5為基準引腳，為了保證芯片能正常工作接地。
[0014]在對數檢波模塊中，由電阻R3、電容C8、電容C9和對數放大器AD8310的輸入阻抗共同組成輸入端口網絡。對數放大器AD8310的引腳5連接電源供電端，采用一個0.1MF的無極電容C21和一個IOMF的有極鉭電容C20并聯形成電源濾波，并與一個磁珠和電阻R4串聯接入。對數放大器AD8310的引腳2接地，在對數放大器AD8310的引腳4和引腳6腳間連接對數斜率調節電阻R21。該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，基于噪聲低、增益高的放大器AD620和大動態范圍的對數檢波放大器AD8310的超聲波傳感器電路，具有高靈敏度和可用電池供電的特點。與傳統檢測相比，該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統的檢測靈敏度達_89dBm，完全能滿足局放檢測中傳感器靈敏度的要求。
[0015]該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，檢測是非侵入式的，而放電點通常在設備的內部，傳感器一般是緊貼設備外殼。超聲波從放電源到傳感器要經過介質傳播，聲波在傳播中發生衰減，頻率越大，衰減越嚴重。超聲波傳感器的檢測范圍在很大程度上取決于其使用的波長和頻率。波長越長，頻率越小，檢測距離越大。結合聲波的特性，選擇中心頻率約為40kHz的超聲波探頭接收到的信號作為檢測信號，選擇中心頻率為40kHz的超聲波接收探頭，放大器AD620的引腳I與引腳8間連接的增益調節電阻Rg的阻值選擇為205-220 Q，優選為210Q，保證了頻率在40kHz左右的信號被放大而能滿足局放檢測的要求。
[0016]該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，所述前置放大模塊與對數檢波模塊間連接有用于接收電磁波的天線，能夠同時提取局放聲、電信號并獲得聲、電信號時間差，而且在平面內的定位誤差較小，用于局部放電檢測和定位。
[0017]本發明的有益效果是:本發明一種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，檢測不受電氣干擾，具有可實現在線檢測的優勢。由于聲波傳播速度較小，有利于獲取相對準確的時間差，便于局放定位，同時也可以提高定位精確度。基于噪聲低、增益高的放大器AD620和大動態范圍的對數檢波放大器AD8310的超聲波傳感器電路，具有高靈敏度和可用電池供電的特點。與傳統檢測相比，該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統的檢測靈敏度達-89dBm，完全能滿足局放檢測中傳感器靈敏度的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發明實施例的結構示意圖；
圖2是本發明實施例中超聲波接收探頭的結構示意圖；
圖3是本發明實施例中電源供電電路的結構示意圖。
[0019]其中:1-超聲波接收探頭，2-外殼，3-金屬絲網罩，4-錐形共振盤，5-壓電晶片，6-引線端子。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
[0021]如圖1所示，本實施例提供一種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，包括前置放大模塊、對數檢波模塊、用于為前置放大模塊和對數檢波模塊提供電壓的電源供電模塊，所述前置放大模塊包括放大器AD620，所述放大器AD620的引腳I通過調節電阻Rg連接放大器AD620的引腳8，所述放大器AD620的引腳2通過電容Cl連接有超聲波接收探頭1，所述放大器AD620的引腳2通過電阻Rl接地，所述放大器AD620的引腳3通過電容C2連接超聲波接收探頭1，所述放大器AD620的引腳3通過電阻R2接地，所述放大器AD620的引腳4通過電感L2連接有電源供電模塊的負極，所述放大器AD620的引腳4通過鉭電容C5接地，所述放大器AD620的引腳4通過電容C5接地，所述放大器AD620的引腳5接地，所述放大器AD620的引腳6通過電容C7連接對數檢波模塊，所述放大器AD620的引腳7通過電感LI連接電源供電模塊的正極，所述放大器AD620的引腳7通過電容C3接地，所述放大器AD620的引腳7通過鉭電容C4接地。所述前置放大模塊與對數檢波模塊間連接有用于接收電磁波的天線。所述調節電阻Rg的阻值為205-220 Q。
[0022]所述對數檢波模塊包括對數放大器AD8310，所述對數放大器AD8310的引腳I通過電容C9連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳2通過連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳3通過電容C22連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳4通過電阻R22連接輸送端，所述對數放大器AD8310的引腳5依次通過電阻R4、電感L3接地，所述對數放大器AD8310的引腳5通過電容C24連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳5依次通過電阻R4、鉭電容C20連接電源供電模塊的負極，所述鉭電容C20并聯有電容C21，所述對數放大器AD8310的引腳6通過電容C23連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳6通過電阻R21連接對數放大器AD8310的引腳4，所述對數放大器AD8310的引腳7通過電容C25連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳8通過電容CS連接前置放大模塊，所述對數放大器AD8310的引腳I通過電感L4連接對數放大器AD8310的引腳8，所述電容C8通過電阻R3連接電容C9。
[0023]如圖2所示，所述超聲波接收探頭I包括外殼2、金屬絲網罩3、錐形共振盤4、壓電晶片5和引線端子6，所述金屬絲網罩3、錐形共振盤4、壓電晶片5均設于所述外殼2內，所述金屬絲網罩3設于外殼2的頂部，所述錐形共振盤4設于壓電晶片5上，所述壓電晶片5連接引線端子6。如圖3所示，所述電源供電模塊包括電源芯片P1、第一穩壓管78L05和第二穩壓管78L05，所述電源芯片Pl的管腳I依次通過保險絲F1、二極管D6連接第一穩壓管78L05的引腳3，所述電源芯片Pl的管腳2連接第一穩壓管78L05的引腳2和第二穩壓管78L05的引腳2，所述第一穩壓管78L05的引腳2通過瞬態抑制二極管TVSl連接二極管D6的正極，所述二極管D6的負極連接第一穩壓管78L05的引腳3，所述第一穩壓管78L05的引腳2通過電容ClOl連接第一穩壓管78L05的引腳3，所述電容ClOl并聯有鉭電容C102，所述第一穩壓管78L05的引腳I連接有第二穩壓管78L05的引腳3，所述第一穩壓管78L05的引腳I通過電容C103連接第二穩壓管78L05的引腳I，所述電容C103并聯有鉭電容C104，所述第二穩壓管78L05的引腳2通過電容C201連接第二穩壓管78L05的引腳3，所述電容C201并聯有鉭電容C202，所述第二穩壓管78L05的引腳I接地，所述第二穩壓管78L05的引腳I通過電容C203連接第二穩壓管78L05的引腳2，所述電容C203并聯有鉭電容C204。
[0024]本實施例一種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，包括超聲波接收探頭1、前置放大模塊、對數檢波模塊、電源供電模塊，并使用示波器等作為脈沖輸出顯示。通過選擇噪聲低、增益高的放大器AD620與大動態范圍、較高靈敏度的對數放大器AD8310，滿足了大動態范圍和小失真的要求，且解決了發生局部放電時，從局放源產生的超聲波在傳播到超聲波接收探頭I的過程中會發生衰減和吸收，在不同介質的相接面還會發生反射等多種損耗，超聲波探頭接收到的超聲波信號極其微弱的問題。電源供電電路只要為傳感器電路中使用的前置放大器和檢波器提供穩定的電壓，并要滿足每個芯片對供電電壓的要求。[0025]在前置放大模塊中，放大器AD620的引腳2和引腳3兩個輸入端分別用0.1MF的無極性電容交流耦合輸入，兩個耦合電容分別和兩個一端接地的IOOkQ的電阻組成高通濾波器，以便降低環境中的低頻干擾。放大器AD620的引腳7和引腳4分別為正、負電源供電端，供電電壓范圍為±2.3V?±18V。放大器AD620的引腳7和引腳4均通過連接一個貼片封裝0.1MF的陶瓷電容和一個貼片封裝IOMF的有極性鉭電容，并通過一個磁珠與電源連接。放大器AD620的引腳5為基準引腳，為了保證芯片能正常工作接地。
[0026]在對數檢波模塊中，由電阻R3、電容C8、電容C9和對數放大器AD8310的輸入阻抗共同組成輸入端口網絡。對數放大器AD8310的引腳5連接電源供電端，采用一個0.1MF的無極電容C21和一個IOMF的有極鉭電容C20并聯形成電源濾波，并與一個磁珠和電阻R4串聯接入。對數放大器AD8310的引腳2接地，在對數放大器AD8310的引腳4和引腳6腳間連接對數斜率調節電阻R21。該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，基于噪聲低、增益高的放大器AD620和大動態范圍的對數檢波放大器AD8310的超聲波傳感器電路，具有高靈敏度和可用電池供電的特點。與傳統檢測相比，該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統的檢測靈敏度達_89dBm，完全能滿足局放檢測中傳感器靈敏度的要求。
[0027]該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，檢測是非侵入式的，而放電點通常在設備的內部，傳感器一般是緊貼設備外殼2。超聲波從放電源到傳感器要經過介質傳播，聲波在傳播中發生衰減，頻率越大，衰減越嚴重。超聲波傳感器的檢測范圍在很大程度上取決于其使用的波長和頻率。波長越長，頻率越小，檢測距離越大。結合聲波的特性，選擇中心頻率約為40kHz的超聲波探頭接收到的信號作為檢測信號，選擇中心頻率為40kHz的超聲波接收探頭1，放大器AD620的引腳I與引腳8間連接的增益調節電阻Rg的阻值選擇為205-220 Q，優選為210Q，保證了頻率在40kHz左右的信號被放大而能滿足局放檢測的要求。
[0028]該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，所述前置放大模塊與對數檢波模塊間連接有用于接收電磁波的天線，能夠同時提取局放聲、電信號并獲得聲、電信號時間差，而且在平面內的定位誤差較小，用于局部放電檢測和定位。
[0029]本實施例的有益效果是:本實施例一種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，檢測不受電氣干擾，具有可實現在線檢測的優勢。由于聲波傳播速度較小，有利于獲取相對準確的時間差，便于局放定位，同時也可以提高定位精確度。基于噪聲低、增益高的放大器AD620和大動態范圍的對數檢波放大器AD8310的超聲波傳感器電路，具有高靈敏度和可用電池供電的特點。與傳統檢測相比，該種用于檢測局部放電的外置傳感器系統的檢測靈敏度達-89dBm，完全能滿足局放檢測中傳感器靈敏度的要求。
【權利要求】
1.一種用于檢測局部放電的外置傳感器系統，其特征在于:包括前置放大模塊、對數檢波模塊、用于為前置放大模塊和對數檢波模塊提供電壓的電源供電模塊， 所述前置放大模塊包括放大器AD620，所述放大器AD620的引腳I通過調節電阻Rg連接放大器AD620的引腳8，所述放大器AD620的引腳2通過電容Cl連接有超聲波接收探頭(I)，所述放大器AD620的引腳2通過電阻Rl接地，所述放大器AD620的引腳3通過電容C2連接超聲波接收探頭(1)，所述放大器AD620的引腳3通過電阻R2接地，所述放大器AD620的引腳4通過電感L2連接有電源供電模塊的負極，所述放大器AD620的引腳4通過鉭電容C5接地，所述放大器AD620的引腳4通過電容C5接地，所述放大器AD620的引腳5接地，所述放大器AD620的引腳6通過電容C7連接對數檢波模塊，所述放大器AD620的引腳7通過電感LI連接電源供電模塊的正極，所述放大器AD620的引腳7通過電容C3接地，所述放大器AD620的引腳7通過鉭電容C4接地。
2.如權利要求1所述的用于檢測局部放電的外置傳感器系統，其特征在于:所述對數檢波模塊包括對數放大器AD8310，所述對數放大器AD8310的引腳I通過電容C9連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳2通過連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳3通過電容C22連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳4通過電阻R22連接輸送端，所述對數放大器AD8310的引腳5依次通過電阻R4、電感L3接地，所述對數放大器AD8310的引腳5通過電容C24連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳5依次通過電阻R4、鉭電容C20連接電源供電模塊的負極，所述鉭電容C20并聯有電容C21，所述對數放大器AD8310的引腳6通過電容C23連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳6通過電阻R21連接對數放大器AD8310的引腳4，所述對數放大器AD8310的引腳7通過電容C25連接電源供電模塊的負極，所述對數放大器AD8310的引腳8通過電 容C8連接前置放大模塊，所述對數放大器AD8310的引腳I通過電感L4連接對數放大器AD8310的引腳8，所述電容C8通過電阻R3連接電容C9。
3.如權利要求1所述的用于檢測局部放電的外置傳感器系統，其特征在于:所述調節電阻Rg的阻值為205-220 Q。
4.如權利要求1-3任一項所述的用于檢測局部放電的外置傳感器系統，其特征在于:所述超聲波接收探頭(I)包括外殼(2)、金屬絲網罩(3)、錐形共振盤(4)、壓電晶片(5)和引線端子(6)，所述金屬絲網罩(3)、錐形共振盤(4)、壓電晶片(5)均設于所述外殼(2)內，所述金屬絲網罩(3)設于外殼(2)的頂部，所述錐形共振盤(4)設于壓電晶片(5)上，所述壓電晶片(5)連接引線端子(6)。
5.如權利要求1-3任一項所述的用于檢測局部放電的外置傳感器系統，其特征在于:所述電源供電模塊包括電源芯片P1、第一穩壓管78L05和第二穩壓管78L05，所述電源芯片Pl的管腳I依次通過保險絲F1、二極管D6連接第一穩壓管78L05的引腳3，所述電源芯片Pl的管腳2連接第一穩壓管78L05的引腳2和第二穩壓管78L05的引腳2，所述第一穩壓管78L05的引腳2通過瞬態抑制二極管TVSl連接二極管D6的正極，所述二極管D6的負極連接第一穩壓管78L05的引腳3，所述第一穩壓管78L05的引腳2通過電容ClOl連接第一穩壓管78L05的引腳3，所述電容ClOl并聯有鉭電容C102，所述第一穩壓管78L05的引腳I連接有第二穩壓管78L05的引腳3，所述第一穩壓管78L05的引腳I通過電容C103連接第二穩壓管78L05的引腳1，所述電容C103并聯有鉭電容C104，所述第二穩壓管78L05的引腳2通過電容C201連接第二穩壓管78L05的引腳3，所述電容C201并聯有鉭電容C202，所述第二穩壓管78L05的引腳I接地，所述第二穩壓管78L05的引腳I通過電容C203連接第二穩壓管78L05的引腳2，所述電容C203并聯有鉭電容C204。
6.如權利要求1-3任一項所述的用于檢測局部放電的外置傳感器系統，其特征在于:所述前置放大模塊與對數檢波模塊間連接有用于接收電磁波的天線。
【文檔編號】G01R31/14GK103616625SQ201310362730
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】唐云, 沈慶, 呂志剛, 許衛紅, 張俊, 肖紅誼 申請人:國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司大豐市供電公司