专利名称：智能特高频局部放电传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气测量技术领域，特别涉及一种智能特高频局部放电传感器。
背景技术：
目前国家智能电网状态监测技术要求实现变电站全站综合性的状态监测，大量的传感器和用于状态监测的IEC61850规约转换器设备集成到一个统一的监测平台下，这就需要实现不同厂家产品的可互换性、兼容性。现有传统的传感器技术客观上无法满足智能变电站建设的要求，主要问题有系统架构复杂，可靠性差；可互换性和兼容性不高，难以满足传感器之间、传感器和系统之间的交互性要求。局部放电是指高电压绝缘领域的一种现象，绝缘的一部分因为电场集中而引发放电，但放电不贯穿整个绝缘，出现局部放电时产生特高频信号，通过监测300MHz至3000MHz 的特高频电磁波信号，就可以得到绝缘的局部放电情况。目前，特高频(UHF)局部放电在线检测技术广泛应用于电力变压器、电力电缆、电力开关等高压电气设备的局部放电的检测与监测，是变电站状态监测的重要组成部分，现有的特高频局部放电传感器，普遍采用的有两种方式第一种实现方式，完全采用传统模式的传感器，仅具有传感功能，也就是只具有能量形态转换功能。对应的信号调理(如模拟滤波、放大、变换)、数字化转换(A/D)、数字滤波、数字变换等均是独立于传感换能部件的分立组件，从模块设计上不管是功能还是封装是分离的状态。这种方式的主要缺点主要有1、功能单一，仅能实现信号探测功能；2、系统构成复杂，构建检测系统成本高；3、不具备通讯功能，无法构建大型分布式系统。作为上述第一种实现方式的改进，近年来出现了特高频局部放电传感器的第二种实现方式，在这种实现方式中，特高频局部放电传感器带有微处理器，从而将传统模拟传感器与微处理器相结合，集成了信号调理(如模拟滤波、放大、变换)、数字化转换(A/D)、数字滤波、数字信号处理以及通讯接口。但是在这种实现方式中，传感器输出端的接口形式、通讯方式均采用自有协议，不同类型的传感器之间、传感器和系统之间不具有交互性，通用性和兼容性差。现有技术中存在特高频局部放电传感器通用性和兼容性差的问题，对此，现有技术中还没有提出有效的解决方案。

发明内容
本发明的主要目的是提供一种智能特高频局部放电传感器，以解决现有技术中特高频局部放电传感器通用性和兼容性差的问题。本发明提供的智能特高频局部放电传感器包括传感单元，用于获取特高频信号， 并将特高频信号调理为预定形式的脉冲信号；采样单元，与传感单元连接，用于将脉冲信号转换为数字信号；处理单元，与采样单元连接，用于获取数字信号中的脉冲参数的信息，并利用脉冲参数的信息生成局部放电相位PRPD谱图数据，然后将PRPD谱图数据转换为预设数据格式；存储单元，与处理单元连接，用于保存预设数据格式的所述PRro谱图数据；网络适配单元，与处理单元和存储单元连接，用于通过以太网方式输出存储单元中保存的预设的数据格式的PRPD谱图的数据。进一步地,传感单元包括接收天线和调理电路，其中，接收天线，用于获取特高频信号；调理电路包括放大器和检波器，其中，放大器，与接收天线连接，用于对获取的特高频信号进行放大处理；检波器，连接所述放大器，用于将放大处理后的特高频信号调理为峰值不变的预定脉宽的宽脉冲。进一步地,本发明提供的智能特高频局部放电传感器包括多路传感单元,其中一路为特高频噪声传感单元，其余为信号传感单元。 进一步地，采样单元包括多路采样通道，采样通道的路数不小于传感单元的路数； 处理单元，还用于获取多路采样通道的数字信号中的脉冲参数的信息并滤除噪声，根据滤除噪声后的脉冲参数的信息生成多路PRPD谱图数据，然后将多路PRPD谱图数据转换为预设数据格式；存储单元还用于保存预设数据格式的多路PRPD谱图数据。进一步地，处理单元还用于发出控制高速门电路的控制信号；特高频放电传感器还包括高速门电路和定向耦合器，其中，高速门电路，与处理单元连接，用于在控制信号的控制下产生标定方波脉冲；定向耦合器，用于产生两路与高速门电路产生的标定方波脉冲相同的脉冲，并将脉冲分别传送给接收天线和调理电路；接收天线还用于根据标定方波脉冲产生反射脉冲；调理电路还用于对反射脉冲和标定脉冲进行处理之后发送给采样单元； 采样单元还用于将调理电路处理之后的反射脉冲和标定脉冲转换为数字信号；处理单元还用于根据数字信号判断接收天线和调理电路是否工作正常。进一步地，本发明提供的智能特高频局部放电传感器还包括电源和电源检测模块，其中，电源，用于向特高频局部放电传感器供电；电源检测模块，用于定时检测电源工作状态，检测到电源工作异常的状态时，输出电源复位信号或输出报警信号。进一步地，处理单元还用于将PRro谱图数据转换为预设的传感器电子数据表格 TEDS格式；存储单元，还用于按照TEDS格式保存PRPD谱图数据。进一步地，TEDS格式符合IEEE1451标准的规定。进一步地，网络适配单元的网络协议栈为轻型IP协议栈。根据本发明的技术方案，智能特高频局部放电传感器包括传感单元，用于获取特高频信号，并将特高频信号调理为预定形式的脉冲信号；采样单元，与传感单元连接，用于将脉冲信号转换为数字信号；处理单元，与采样单元连接，用于获取数字信号中的脉冲参数的信息，并利用脉冲参数的信息生成局部放电相位PRPD谱图数据，然后将PRPD谱图数据转换为预设数据格式；存储单元，与处理单元连接，用于保存预设数据格式的PRH)谱图数据； 网络适配单元，与处理单元和存储单元连接，用于通过以太网方式输出存储单元中保存的预设数据格式的PRPD谱图数据。采用本发明提供的技术方案通过统一的预设数据形式和以太网输出方式，提高了传感器的通用性和兼容性，从而节省了监测系统的维护成本，为变电站综合智能监测构建高性能的大规模分布式系统提供了技术支撑。电源和模拟硬件的自检功能提高了传感器的工作可靠性。


说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I是根据本发明实施例的智能特高频局部放电传感器的示意图；图2是根据本发明实施例的智能特高频局部放电传感器的传感单元的示意图；图3是根据本发明实施例的智能特高频局部放电传感器的处理单元放电信号采集处理的流程图；图4是根据本发明实施例的智能特高频局部放电传感器的模拟硬件自检的示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。图I是根据本发明实施例的智能特高频局部放电传感器的示意图，如图I所示， 该智能特高频局部放电传感器主要包括传感单元11、采样单元12、处理单元13、存储单元 14、和网络适配单元15，其中，传感单元11，用于获取特高频信号，并将特高频信号调理为预定形式的脉冲信号；采样单元12，与传感单元11连接，用于将脉冲信号转换为数字信号； 处理单元13，与采样单元12连接，用于获取数字信号中的脉冲参数的信息，并利用脉冲参数的信息生成局部放电相位(PRPD)谱图数据，然后将PRH)谱图数据转换为预设数据格式； 存储单元14，与处理单元13连接，用于按照预设数据格式保存PRH)谱图数据；网络适配单元15，与处理单元13和存储单元14连接，用于通过以太网方式输出存储单元14中保存的预设数据格式的PRPD谱图数据。图2是根据本发明实施例的智能特高频局部放电传感器的传感单元示意图，如图 2所示，传感单元11可以包括接收天线21和调理电路23，其中，接收天线21，用于获取特高频信号；调理电路包括放大器231和检波器233，其中，放大器231，连接接收天线21，用于对获取的特高频信号进行放大处理；检波器233用于将放大处理后的特高频信号调理为峰值不变的预定脉宽的宽脉冲。接收天线21可以采用现有的特高频接收天线，采用平面等角螺旋形式。信号调理宽带UHF放大器231和检波器233组成调理电路23的参数可以选定为带宽为300M 2GHz，放大增益为40dB，动态输入范围为-70 13dBm。检波器233在保持原始射频脉冲信号峰值的情况下将放大处理后的特高频信号调理为预定脉宽的宽脉冲， 脉宽可以设定为100微秒左右，以降低采样单元12的采样频率。采样单元12对经过调理的模拟信号进行数字化取样，可以优选采用的ADI的 16位、8通道、同步采样、双极性输入的模拟数字转换器AD7606，设计采样率可以设定为 200kbps。采样单元通过一个串行口和处理单元连接，转换后的数据通过直接内存存取 (DMA)方式直接读取，可以有效节省处理单元13的硬件资源。为实现快速的采集，可以将转换后的数据缓存至动态随机存储器(SDRAM)，以保证采集精度。处理单元13中的处理器芯片可以优选使用嵌入式微处理器ADSPBF518DSP的处理器芯片，完成局部放电特高频检波信号的同步采集控制、局部放电信号的分析处理，包括局放脉冲参数如幅值、放电相位提取、以及放电PRPD图谱数据的生成，并将处理完成的PRPD 图谱数据转换为预定的数据格式，存储在存储单元14中。ADSPBF518DSP处理器具有高达400MHz (800MMACS)的时钟速率，内置116kB的RAM。同时系统采用了 16位64MB的SDRAM， 为数据的缓存提供了深度，同时也为局放信号处理程序的运行提供了空间。存储单元14，与处理单元13连接，用于保存预设数据格式的PRPD谱图数据，存储单元优选SPI Flash芯片，与处理单元13以SPI接口形式连接。网络适配单元15，与处理单元13和存储单元14连接，用于通过以太网方式输出存储单元14中保存的预设的数据形式的PRPD谱图的数据。处理单元13选用ADSPBF518DSP 芯片时，网络适配单元15的网络芯片可以直接与ADSPBF518DSP的eMAC接口连接而省略专门的传感器独立接口(TH)电路。网络适配单元15的网络芯片可以优选采用RTL8201。 RTL8201是一个单端口的物理层收发器，只有一个媒体独立接口 /串行网络接口(MII/SNI) 接口，通过网络变压器YL18-2050S或YT37-1107S接RJ45来实现全部的10/100M以太网物理层功能，包括物理层编码子层(PCS)、物理层介质连接设备(PMA)、双绞线物理媒介相关子层(TP-PMD) UOBase-Tx编解码和双绞线媒介访问单元(TPMAU)。以上传感单元11、采样单元12、处理单元13、存储单元14、和网络适配单元15，除天线外，均可以集成在同一块高频电路板上，该高频电路接收天线的输入可以采用SMAF端子，网络适配单元的信号输出端口可以采用RJ45接口，也可以采用光纤网口的接口形式。本实施例提供的智能特高频局部放电传感器可以包括多路传感单元11，其中一路为特高频噪声传感单元，其余为局部放电的特高频信号传感单元。采样单元也可以包括多路采样通道，采样通道的路数不小于传感单元的路数，如采用AD7606的采样芯片，则最多可外接8路传感单元，一路默认为特高频噪声通道，其余 7路为监测局部放电特高频信号的信号通道；处理单元13，还用于获取多路采样通道的数字信号中的脉冲参数的信息并滤除噪声，根据滤除噪声后的脉冲参数的信息生成多路PRPD 谱图的数据，然后将多路PRH)谱图数据转换为预设的数据形式；存储单元14用于按照预设的数据形式保存多路PRPD谱图数据。具体滤除噪声产生的步骤可以为各通道提取的脉冲与噪声通道提取的脉冲进行比较，凡是与噪声通道的脉冲同步的即判定为空间环境的干扰并予以去除。图3是根据本发明实施例的智能特高频局部放电传感器的处理单元放电信号采集处理的流程图；如图3所示，采样单元11通过检测工频相位触发信号的上升沿来启动多个通道同步AD转换，每次采集时间不低于Is。为防止内存溢出，采集20ms后开始数据处理线程，将各通道数据进行脉冲提取，记录峰值和时间；各通道提取的脉冲与噪声通道进行同步比较，凡是与噪声通道的脉冲同步的即判定为空间环境的干扰并予以去除；然后进行相位归一化，提取PRPD谱图特征量，与上一周波的数据进行统计叠加，采集满Is后进行存储并通过网络输出统计谱图数据。图4是根据本发明实施例的智能特高频局部放电传感器的模拟硬件自检的示意图；如图4所示，处理单元13还用于发出控制高速门电路43的控制信号；本实施例提供的智能特高频局部放电传感器还包括高速门电路43和定向耦合器41，其中，高速门电路43， 与处理单元13连接，用于在控制信号的控制下产生标定方波脉冲；定向耦合器41，用于产生两路与高速门电路43产生的标定方波脉冲相同的脉冲，并将脉冲分别传送给接收天线 21和调理电路23 ;接收天线21还用于根据标定方波脉冲生成反射脉冲；调理电路23还用于对反射脉冲和标定脉冲进行处理之后发送给采样单元12 ;采样单元12还用于将调理电路232处理之后的反射脉冲和标定脉冲转换为数字信号；处理单元13还用于根据数字信号判断接收天线21和调理电路23是否工作正常。接收天线21的阻抗为Z1，调理电路和走线的阻抗为Z2,高速门电路43在处理单元 13的控制下发出陡方波脉冲后，处理单元13将收到2个标定脉冲，一个为经调理电路后的陡方波脉冲，脉冲幅度为V1 ;第二个为经接收天线反射的又经过调理电路的脉冲，脉冲幅度
为V2，如果调理电路功能正常，则V1应为一个恒定的值；v2的幅度应大约为A，如果
V1或V2下降幅度超过一定幅度，处理单元13就可以判断智能特高频局部放电传感器模拟电路增益下降，从而输出故障报警信号。本实施例提供的智能特高频局部放电传感器还可以包括电源和电源检测模块 (图中未示出)，其中，电源，用于向特智能高频局部放电传感器供电；电源检测模块，用于定时检测电源工作状态，检测到电源工作异常的状态时，输出电源复位信号或输出报警信号。电源工作异常的状态包括电压过高或过低，电流过大，电源工作温度过高等，出现以上异常后，电源检测模块会发出电源复位信号，重启电源，重启后电源异常未消除的，电源检测模块可以输出报警信号并关闭电源。本实施例的智能特高频局部放电传感器具有程序看门狗和通讯自检功能保证工作可靠性。程序看门狗是通过主程序循环中加入一个运行标志，每循环一次该标志更新一次，如果该标志超过一定时间不更新，则表明程序正常，否则表明程序跑飞、溢出或进入死循环，则复位程序。通讯自检是通过通讯检测通讯连接是否正常，以及通讯应答响应是否正
堂
巾o处理单元13还可以用于将PRH)谱图数据转换为预设的传感器电子数据表格 (TEDS)形式；存储单元14，还可以用于按照TEDS的形式保存PRPD谱图数据。TEDS对智能特高频局部放电传感器的模型进行了定义，包括了智能特高频局部放电传感器的特性、通道采样率、数据记录长度等。表I是本实例的智能特高频局部放电传感器的TEDS。如表I 所示，TEDS对智能特高频局部放电传感器的模型进行了定义，包括了智能特高频局部放电传感器的特性、通道采样率、通信速率等。表I
权利要求
1.一种智能特高频局部放电传感器,其特征在于,包括传感单元，用于获取特高频信号，并将所述特高频信号调理为预定形式的脉冲信号； 采样单元，与所述传感单元连接，用于将所述脉冲信号转换为数字信号；处理单元，与所述采样单元连接，用于获取所述数字信号中的脉冲参数的信息，并利用所述脉冲参数的信息生成局部放电相位PRPD谱图数据，然后将所述PRPD谱图数据转换为预设数据格式；存储单元，与所述处理单元连接，用于保存所述预设数据格式的所述PRPD谱图数据； 网络适配单元，与所述处理单元和所述存储单元连接，用于通过以太网方式输出所述存储单元中保存的预设数据格式的所述PRPD谱图数据。
2.根据权利要求I所述的智能特高频局部放电传感器，其特征在于，所述传感单元包括接收天线和调理电路，其中，所述接收天线，用于获取所述特高频信号；所述调理电路，包括放大器和检波器，其中，所述放大器，与所述接收天线连接，用于对获取的所述特高频信号进行放大处理；所述检波器，与所述放大器连接，用于将放大处理后的特高频信号调理为峰值不变的预定脉宽的宽脉冲。
3.根据权利要求2所述的智能特高频局部放电传感器，其特征在于，包括多路所述传感单元，其中一路为特高频噪声传感单元，其余为信号传感单元。
4.根据权利要求3所述的特高频局部放电传感器，其特征在于，所述采样单元包括多路采样通道，所述采样通道的路数不小于所述传感单元的路数； 所述处理单元，还用于获取所述多路采样通道的数字信号中的脉冲参数的信息并滤除噪声，根据滤除噪声后的脉冲参数的信息生成多路PRPD谱图数据，然后将所述多路PRPD谱图数据转换为预设的数据格式；所述存储单元还用于保存所述预设数据格式的所述多路PRPD谱图数据。
5.根据权利要求2所述的智能特高频放电传感器，其特征在于，所述处理单元还用于发出控制高速门电路的控制信号；所述特高频放电传感器还包括高速门电路和定向耦合器，其中，所述高速门电路，与所述处理单元连接，用于在所述控制信号的控制下产生标定方波脉冲；所述定向耦合器，与所述高速门电路连接和所述传感单元连接，用于产生两路与所述高速门电路产生的标定方波脉冲相同的脉冲，并将所述脉冲分别传送给所述接收天线和所述调理电路；所述接收天线还用于根据所述标定方波脉冲形成反射脉冲；所述调理电路还用于对所述反射脉冲和所述标定脉冲进行处理之后发送给所述采样单元；所述采样单元还用于将所述调理电路处理之后的所述反射脉冲和所述标定脉冲转换为数字信号；所述处理单元还用于根据所述数字信号判断所述接收天线和所述调理电路是否工作正常。
6.根据权利要求I所述的智能特高频局部放电传感器，其特征在于，还包括电源和电源检测模块，其中，所述电源，用于向所述智能特高频局部放电传感器供电；所述电源检测模块，与所述电源和所述处理单元连接，用于定时检测电源工作状态，检测到电源工作异常的状态时，输出电源复位信号或输出报警信号。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的智能特高频局部放电传感器，其特征在于， 所述处理单元还用于将所述PRPD谱图数据转换为预设的传感器电子数据表格TEDS格式；所述存储单元还用于按照所述TEDS格式保存所述PRPD谱图数据。
8.根据权利要求7所述的智能特高频局部放电传感器，其特征在于，所述TEDS格式符合IEEE1451标准的规定。
9.根据权利要求I至6中任一项所述的智能特高频局部放电传感器，其特征在于，所述网络适配单元的网络协议栈为轻型IP协议栈。
全文摘要
本发明提供了一种智能特高频局部放电传感器，用以解决现有技术中特高频局部放电传感器通用性和兼容性差的问题。该传感器包括传感单元，用于获取特高频信号，并将特高频信号调理为预定形式的脉冲信号；处理单元，用于利用脉冲参数的信息生成局部放电相位PRPD谱图数据，然后转换为预设数据格式；存储单元，用于保存预设数据格式的PRPD谱图数据；网络适配单元，用于通过以太网方式输出预设数据格式的PRPD谱图数据。采用本发明的技术方案，采用统一的预设数据形式和以太网输出方式，提高了传感器的通用性和兼容性，从而节省了监测系统的维护成本，为变电站综合智能监测构建高性能的大规模分布式系统提供了技术支撑。
文档编号G01R31/12GK102608502SQ201210052309
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者华正浩, 唐志国, 宋宝磊, 常文治, 张连根, 李成榕, 王彩雄 申请人:华北电力大学