基于多傳感器的便攜式局放檢測設備研究

常洪亮 謝路 田松林

摘要：本文設計開發了一種新型多傳感器的便攜式局放檢測設備，能夠實現地電波、超聲檢測方法，滿足不同配電設備的在線監測需求，為用戶提供全面的數據借鑒。

關鍵詞：局部放電;在線檢測;超聲波;地電波

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

0 引言

傳統局放檢測儀（包括超聲波、地電波等）是分體式的。工作人員需要將現場檢測數據手動錄入移動終端，記錄數據量較大，且錄入繁瑣，本文設計開發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為核心，通過硬件可實現信號采樣和信息存儲等功能，通過軟件可實現數據處理和故障診斷等作用，以滿足不同配電設備的在線監測需求，為用戶提供全面的信息數據。

1 多傳感器的便攜式局放檢測儀硬件電路設計

1.1 總體結構

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

便攜式局部放電在線檢測設備采用嵌入式系統，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。在外部設計上，檢測儀器界面采用液晶屏，其儀器開關具有自動切換功能，網絡信號通過數模轉換成濾波進行放大，再送至耳機。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進行拓展。

1.2 傳感器選型與設計

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），內部采用環氧樹脂材料，并配有磁鐵，這樣有便于在設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，應選擇聲發射類型的傳感器，頻率范圍為30～140kHz，同時利用壓電元件將設備機械振動轉換為電信號，并將它進行輸出。

1.3 音頻輸出電路設計

對于低頻超聲信號，應先將它放大，再采用D/A轉換器進行轉換，然后送入耳機，以方便測試人員進行監聽，在局部放電測試時，檢測人員可以聽到高強度的聲波傳出的聲音。先采用串行接口將數字信號傳至D/A，再半它轉換為模擬信號，利用濾波進行放大，再輸入耳機。D/A轉換器件主要通過芯片進行轉換，其主要支持16位的D/A轉換，并分為兩線運算放大器。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，再利用濾波電路進行信號模擬，再傳輸至耳機[2]。

2 多傳感器的便攜式局放檢測軟件系統設計

2.1 軟件總體架構

在使用便攜式局放檢測設備進行設備檢測時，其檢測軟件系統采用嵌入式系統，可實現放電信號的降噪和數據處理，其界面設計主要采用Linux操作系統、具有設備外部存儲功能。

2.2 邏輯電路設計

（1）信號降噪設計。在便攜式局放檢測設備測試現場時，時常會受到電磁波的干擾和影響，導致局部放電的高頻信號和TEV信號的脈沖上升時間發生變化，脈沖上升時間的變化范圍控制在1～10ns，同時，要加強脈沖等效頻率控制，一般控制在1MHz到20MHz范圍內。同時，在數據處理時，為了節省電路空間，應選用數字濾波器。局放檢測儀器采用沖擊響應濾波器，截止頻率為500kHz，可滿足不同場合使用需求。另外，還可以利用設計軟件的IP核功能，實現設備檢測簡化目標。且可以通過超聲信號中的耳機辨識設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行降噪。（2）數據處理設計。對于常規儀器的輸出方式，根據放電幅值可分為：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，應以0.2s為一個計算周期;當采樣值超過閾值時，就會觸發脈沖，并以1s為周期計算。在脈沖數設置時，利用AXI總線以不同的周期進行傳輸，再將部分清零進行重置。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，并利用數據流進行傳輸。而后者采用連續錄波方式，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據連續的4096點，短錄波16個非連續存儲空間記錄，并記錄了128點采樣數據。（3）界面設計。在便攜式局放檢測界面設計時，是通過采用Z嵌入式系統，對Linux系統進行搭載，利用編程的方式來實現數據可視化。并從PL部分獲取超聲信號的數據，并采用時序圖將它顯示出來。在錄波數據傳輸時，主要以數據流進行傳輸，先將它傳至PS部分，再經過脈沖波在液晶屏顯示出來，且將數據保存于存儲設備[3]。

3 結語

綜上所述，通過多功能局部放電在線檢測設備設計關鍵點及注意問題分析，其主要成果及優勢：（1）能夠通過掃描將檢測數據與資產系統臺賬打通。（2）采能夠將檢測結果通過藍牙、wifi等方式傳遞給移動終端，能夠滿足不同配電設備、不同用戶的檢測需求。（3）移動終端能夠將檢測結果自動關聯至設備臺賬，滿足實時性要求;能夠結合大數據分析算法，自動判斷設備是否存在局放，能夠滿足配電設備在線監測檢測要求。

參考文獻

[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測系統[J].電力自動化設備，2013（3）：162-165.

[2] 黃和燕，吳德貫，夏輝，等.GIL設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計[J].電氣自動化，2018（3）：105-108.