常洪亮 謝路 田松林

摘要：本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型多傳感器的便攜式局放檢測(cè)設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)地電波、超聲檢測(cè)方法，滿(mǎn)足不同配電設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)需求，為用戶(hù)提供全面的數(shù)據(jù)借鑒。

關(guān)鍵詞：局部放電;在線(xiàn)檢測(cè);超聲波;地電波

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）07-0170-02

0 引言

傳統(tǒng)局放檢測(cè)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(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)手動(dòng)錄入移動(dòng)終端，記錄數(shù)據(jù)量較大，且錄入繁瑣，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型局部放電在線(xiàn)檢測(cè)儀器，能夠集地電波、超聲波的檢測(cè)方法。檢測(cè)裝置以嵌入式系統(tǒng)為核心，通過(guò)硬件可實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣和信息存儲(chǔ)等功能，通過(guò)軟件可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和故障診斷等作用，以滿(mǎn)足不同配電設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)需求，為用戶(hù)提供全面的信息數(shù)據(jù)。

1 多傳感器的便攜式局放檢測(cè)儀硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

本文所述的便攜式局部放電在線(xiàn)檢測(cè)儀，在其硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，自身具有信號(hào)采樣、信息存儲(chǔ)和對(duì)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(xiàn)檢測(cè)設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)，具有信號(hào)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(gè)超聲信號(hào)，如AA超聲和AE超聲。后者可采集多個(gè)信號(hào)，包括高頻電流信號(hào)和TEV信號(hào)。在外部設(shè)計(jì)上，檢測(cè)儀器界面采用液晶屏，其儀器開(kāi)關(guān)具有自動(dòng)切換功能，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過(guò)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(chǔ)上，配置了多個(gè)存儲(chǔ)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(jì)

便攜式局放檢測(cè)儀器在信號(hào)采集上，分為超聲信號(hào)采集和TEV信號(hào)采集。其中，TEV信號(hào)傳感器材料采用了聚氯乙烯（PVC），內(nèi)部采用環(huán)氧樹(shù)脂材料，并配有磁鐵，這樣有便于在設(shè)備檢測(cè)時(shí)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(shí)，應(yīng)選擇聲發(fā)射類(lèi)型的傳感器，頻率范圍為30～140kHz，同時(shí)利用壓電元件將設(shè)備機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將它進(jìn)行輸出。

1.3 音頻輸出電路設(shè)計(jì)

對(duì)于低頻超聲信號(hào)，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(cè)試人員進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，在局部放電測(cè)試時(shí)，檢測(cè)人員可以聽(tīng)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(hào)傳至D/A，再半它轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，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(guò)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(xiàn)運(yùn)算放大器。其中第一級(jí)放大器為信號(hào)跟隨，第二級(jí)放大器為第一級(jí)的40倍，再利用濾波電路進(jìn)行信號(hào)模擬，再傳輸至耳機(jī)[2]。

2 多傳感器的便攜式局放檢測(cè)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 軟件總體架構(gòu)

在使用便攜式局放檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行設(shè)備檢測(cè)時(shí)，其檢測(cè)軟件系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)放電信號(hào)的降噪和數(shù)據(jù)處理，其界面設(shè)計(jì)主要采用Linux操作系統(tǒng)、具有設(shè)備外部存儲(chǔ)功能。

2.2 邏輯電路設(shè)計(jì)

（1）信號(hào)降噪設(shè)計(jì)。在便攜式局放檢測(cè)設(shè)備測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，時(shí)常會(huì)受到電磁波的干擾和影響，導(dǎo)致局部放電的高頻信號(hào)和TEV信號(hào)的脈沖上升時(shí)間發(fā)生變化，脈沖上升時(shí)間的變化范圍控制在1～10ns，同時(shí)，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(shí)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，為了節(jié)省電路空間，應(yīng)選用數(shù)字濾波器。局放檢測(cè)儀器采用沖擊響應(yīng)濾波器，截止頻率為500kHz，可滿(mǎn)足不同場(chǎng)合使用需求。另外，還可以利用設(shè)計(jì)軟件的IP核功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢測(cè)簡(jiǎn)化目標(biāo)。且可以通過(guò)超聲信號(hào)中的耳機(jī)辨識(shí)設(shè)備局部放電超聲信號(hào)，在抑制信號(hào)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(jì)。對(duì)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(jì)算高頻通道最大值時(shí)，主要是以1s為一個(gè)計(jì)算周期，而在計(jì)算低頻通道最小值時(shí)，應(yīng)以0.2s為一個(gè)計(jì)算周期;當(dāng)采樣值超過(guò)閾值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)脈沖，并以1s為周期計(jì)算。在脈沖數(shù)設(shè)置時(shí)，利用AXI總線(xiàn)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(cè)裝置錄波過(guò)程中，將它分為兩個(gè)模塊，一個(gè)為高頻通道錄波模塊，另一個(gè)為低頻通道錄波模塊。其中，前者可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間錄波，且采樣率低，所以將采用手動(dòng)錄波，存儲(chǔ)空間寬度為16位，深度為4096，在錄波信號(hào)傳輸時(shí)，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(dòng)啟動(dòng)方式，錄波長(zhǎng)度分為長(zhǎng)錄波記錄和短錄波記錄兩種，其中長(zhǎng)錄波記錄采樣數(shù)據(jù)連續(xù)的4096點(diǎn)，短錄波16個(gè)非連續(xù)存儲(chǔ)空間記錄，并記錄了128點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)。（3）界面設(shè)計(jì)。在便攜式局放檢測(cè)界面設(shè)計(jì)時(shí)，是通過(guò)采用Z嵌入式系統(tǒng)，對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行搭載，利用編程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。并從PL部分獲取超聲信號(hào)的數(shù)據(jù)，并采用時(shí)序圖將它顯示出來(lái)。在錄波數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，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(guò)脈沖波在液晶屏顯示出來(lái)，且將數(shù)據(jù)保存于存儲(chǔ)設(shè)備[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)多功能局部放電在線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)及注意問(wèn)題分析，其主要成果及優(yōu)勢(shì)：（1）能夠通過(guò)掃描將檢測(cè)數(shù)據(jù)與資產(chǎn)系統(tǒng)臺(tái)賬打通。（2）采能夠?qū)z測(cè)結(jié)果通過(guò)藍(lán)牙、wifi等方式傳遞給移動(dòng)終端，能夠滿(mǎn)足不同配電設(shè)備、不同用戶(hù)的檢測(cè)需求。（3）移動(dòng)終端能夠?qū)z測(cè)結(jié)果自動(dòng)關(guān)聯(lián)至設(shè)備臺(tái)賬，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求;能夠結(jié)合大數(shù)據(jù)分析算法，自動(dòng)判斷設(shè)備是否存在局放，能夠滿(mǎn)足配電設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)[J].電力自動(dòng)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(hào)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(cè)的高頻電流傳感器的設(shè)計(jì)[J].電氣自動(dòng)化，2018（3）：105-108.