高频局部放电信号检测系统及方法与流程

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种高频局部放电信号检测系统及方法。

背景技术：

电力设备运行过程中，局部电场畸变和局部场强集中会导致局部放电现象。局部放电所产生的局部发热、带电粒子的撞击、化学活性生成物及射线等，会对电力设备的绝缘性能产生严重的危害。

高频局部放电检测是指在3mhz-30mhz频段对局部放电产生的脉冲电流信号进行采集和分析、处理的过程。高频局部放电检测系统，由信号采集单元完成初始放电信号的采集、并将采集到的初始放电信号转换为数字信号，再由信号处理单元对数字信号进行处理、分析、展示等。通常，为使信号采集单元能够捕捉到微小的放电信号，在信号采集单元设置低噪声放大器(lna)，通过低噪声放大器滤除信号中的大部分噪声，从而捕捉到这些微小的放电信号。而对于大幅度的放电信号，由于其会导致lna饱和，因此会丢失大幅度的放电信号。

可见，上述信号采集单元的动态范围较小，其无法同时检测出微小的放电信号和大幅度的放电信号。

技术实现要素：

本申请提供一种高频局部放电信号检测系统、控制方法和检测方法，以解决现有检测系统中信号采集单元的动态范围较小，无法同时检测出微小的放电信号和大幅度的放电信号的问题。

第一方面，本申请提供一种高频局部放电信号检测系统，包括：控制器、第一通路、第二通路、通路切换器及a/d转换器；

所述控制器，与所述通路切换器连接，用于判断待检测信号幅度大小；在判定所述待检测信号的幅度大于预设值时，控制所述通路切换器接通到所述第一通路，以通过所述第一通路将所述待检测信号直接输送到所述a/d转换器；在判定所述待检测信号的幅度不大于预设值时，控制所述通路切换器接通到所述第二通路，以将所述待检测信号输送到所述第二通路，并将经所述第二通路处理后的信号输送到所述a/d转换器；

所述第二通路，用于对所述待检测信号进行低噪声放大处理；

所述控制器，还与所述a/d转换器的输出端连接，还用于根据a/d转换器输出的信号，检测局部放电信号。

第二方面，本申请还提供一种高频局部放电信号检测方法，所述方法包括：

获取待检测信号，并判断待检测信号的幅度大小；

若所述待检测信号幅度大于预设值，将所述待检测信号输送至第一通路，通过所述第一通路将所述待检测信号直接输送至a/d转换器；

若所述待检测信号幅度不大于预设值，将所述待检测信号输送至第二通路，通过所述第二通路对待检测信号进行低噪声放大处理，并将处理后的信号输送至a/d转换器；

根据所述a/d转换器输出的信号，检测局部放电信号。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种高频局部放电信号检测系统及方法，该系统首先通过高频电流传感器完成对初始电流信号的接收，并通过第一可调滤波器对初始电流信号进行第一级滤波处理，从而滤除大部分干扰信号和噪声信号；其次根据a/d转换器的输出信号控制启用第一通路或者第二通路，具体的，在a/d转换器的输出信号的幅度大小高于预设阈值时，启用第一通路，即将第一可调滤波器的输出信号直接输出至a/d转换器，避免由于低噪声放大导致的饱和，从而不能检测大幅度的放电信号，在a/d转换器的输出信号的幅度大小不高于预设阈值时，启用第二通路，即通过第二通路所包含的器件对第一可调滤波器的输出信号进行低噪声放大处理，从而保证对微小信号的捕捉。可见，本申请实施例提供的高频局部放电信号检测系统具有较大的动态范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请示例性示出的一种高频局部放电信号检测系统；

图2为本申请示例性示出的一种高频局部放电信号检测系统示意图；

图3为本申请示例性示出的可调滤波器结构示意图；

图4为图3所示可调滤波器的一种仿真曲线示意图；

图5为本申请根据示例性实施例示出的一种高频局部放电信号检测方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本申请示例性示出的一种高频局部放电信号检测系统，如图1所示，该检测系统包括：高频电流传感器、信号采集单元、工频相位单元和信号处理分析单元。该检测系统工作时，高频电流传感器完成对局部放电信号的接收，工频相位单元获取工频参考相位；信号采集单元将局部放电信号和工频相位的模拟信号进行调理并转换成数字信号，信号处理分析单元完成对数字信号的处理、分析、展示及人机交互等。

低噪声放大器，是指噪声系数很低的放大器，其用于在放大微弱信号的同时提高输出的信噪比。在检测高频局部放电信号的应用中，为使高频局部放电信号检测系统的信号采集单元能够捕捉到微弱的放电信号，在信号采集单元设置低噪声放大器(lna)，从而通过低噪声放大器捕捉到这些微小的放电信号。

然而，低噪声放大器(lna)虽然有利于对微小的放电信号的捕捉，但由于大幅度的放电信号会导致lna饱，因此会不能检测大幅度的放电信号。可见，现有高频局部放电信号检测系统中信号采集单元的动态范围较小，其无法同时检测出微小的放电信号和大幅度的放电信号。

为解决上述问题，本申请提供一种高频局部放电信号检测系统，该检测系统既能检测到微小的放电信号，也不会丢失大幅度的放电信号，动态范围较大。图2为本申请根据示例性实施例示出的一种高频局部放电信号检测系统的组成框图，如图2所示，本申请提供的高频局部放电信号检测系统可以包括：高频电流传感器210、第一可调滤波器220、第一通路切换器230、第一通路240、第二通路250、第二通路切换器260、a/d转换器270和控制器280。

其中，第一通路切换器230和第二通路切换器260可以统称为通路切换器。控制器280可以为fpga(fieldprogrammablegatearray,现场可编程逻辑门阵列)。

参阅图2，高频电流传感器210的输出端与第一可调滤波器220的输入端连接，第一可调滤波器220的输出端与第一通路切换器230的输入端连接。第一通路切换器230包括两个输出端，其中一个输出端连接第一通路240的一端，另一个输出端连接第二通路250。第二通路切换器260包括两个输入端，其中一个输入端连接第一通路240的另一端，另一个输入端连接第二通路250的另一端。第二通路切换器260的输出端与a/d转换器270的输入端连接，a/d转换器270的输出端与控制器280连接，同时，控制器280还分别与第一可调滤波器220、第一通路切换器230及第二通路切换器260连接。

由图2可以看出，本申请提供的高频局部放电信号检测系统中，第一可调滤波器220、第一通路切换器230、第一通路240、第二通路250及第二通路切换器260构成一个lna处理单元，该lna处理单元包含两条信号通路，即第一通路240和第二通路250。首先，高频电流传感器210将接收到的初始局部放电信号输出至第一可调滤波器220，由第一可调滤波器220对初始信号进行第一级滤波处理，得到待检测信号，从而极大的限制干扰信号和噪声信号；然后，控制器280根据待检测信号的幅度大小，控制通路切换器切换到不同的通路，即第一通路240或者第二通路250，在通路切换器将第一可调滤波器220连通的不同的通路时，待检测信号将经过不同的处理；最后，控制器280根据a/d转换器270的输出信号，检测局部放电信号，从而根据检测结果进行报警。

具体的，当待检测信号的幅度超过预定值时，说明信号中包含大幅度的信号，此时，控制器280通过控制第一通路切换器230和第二通路切换器260，将第一通路240与第一可调滤波器220连通，进而待检测信号将经过第一通路240直接被输出至a/d转换器270，实现大幅度放电信号的lnabypass，提高lna处理单元动态范围的上限；当待检测信号的幅度未超过预定值时，说明信号中主要包含中等幅度和微小的信号，此时，控制器280通过控制第一通路切换器230和第二通路切换器260，将第二通路250与第一可调滤波器220连通，进而待检测信号将经过第二通路250被输出至a/d转换器270，通过第二通路250对输入信号进行低噪声放大处理，以捕捉到其中的微小的信号，保证lna处理单元动态范围的下限。

在一些实施例中，控制器280在确认经由第二通路处理并由所述a/d转换器输出的信号为饱和状态时，控制所述切换电路切换到第一通路，将所述待测检测信号通过所述第一通路输送到a/d转换器，以供用户查看并确认真实信号情况。

由上述内容可以看出，本申请提供的高频局部放电信号检测系统具有lnabypass功能，既不会丢失大幅度的电流信号，也可以捕捉到微小的电流信号，具有较大的动态范围。

如图2所示，第二通路250包括第二可调滤波器252。检测系统中还包括d/a转换器290(图2未示出，可参阅图3)，其中，d/a转换器与第一可调滤波器及第二可调滤波器连接，控制器280通过d/a转换器与第一可调滤波器及第二可调滤波器连接，从而，控制器可以通过调节d/a转换器的电压，调节第一可调滤波器和/或第二可调滤波器的中心频率。例如，当控制器280在a/d转换器的输出信号中检测到频点干扰时，通过调节d/a转换器的电压，调节第一可调滤波器和/或第二可调滤波器的中心频率，滤除频点干扰。

在图2所示示例中，控制器280对第一可调滤波器220和第二可调滤波器252联动控制，即控制器280通过同一个d/a转换器与第一可调滤波器及第二可调滤波器连接。应当理解，在本申请的其他实施例中，控制器280分别对第一可调滤波器220和第二可调滤波器252进行单独控制，即控制器280通过两个d/a转换器分别与第一可调滤波器及第二可调滤波器连接，从而，在需要调节第一可调滤波器的中心频率时，调节与第一可调滤波器连接的d/a转换器的电压，在需要调节第二可调滤波器的中心频率时，则调节与第二可调滤波器连接的d/a转换器的电压。

继续参阅图2，第二通路250除包括第二可调滤波器以外，还包括依次串接的第一放大器251、第二放大器253、第一低通滤波器254、第三放大器255和第二低通滤波器256。其中，第一放大器251的输入端与第一通路切换器230一个输出端连接，以接收第一可调滤波器220的输出信号，并对该输出信号进行第一级放大处理；第二可调滤波器252的输入端与第一放大器251的输出端连接，以接收经第一级放大处理后的信号，并对该信号进行第二级滤波处理；第二放大器253的输入端与第二可调滤波器252的输出端连接，以接收经第二级滤波处理后的信号，并对该信号进行的第二级放大处理；第一低通滤波器254的输入端与第二放大器253的输出端连接，以接收经第二级放大处理后的信号，并对该信号进行第一低通滤波处理；第三放大器255的输入端与第一低通滤波器254的输出端连接，以接收经第一低通滤波处理后的信号，并对该信号进行第三级放大处理；第二低通滤波器256的输入端与第三放大器255的输出端连接，以接收经第三放大处理后的信号，并对该信号进行第二低通滤波处理；第二低通滤波器256的输出端与第二通路切换器260的一个输入端连接，以将第二低通滤波处理后的信号输出至a/d转换器270。

本申请实施例中，第一放大器251、第二放大器253和第三放大器255均采用射频放大器中的低噪声放大器。

在一些实施例中，本申请涉及的可调滤波器可以包括：设在信号输入侧的多个电感器、第一可变电容器、第二可变电容器、设在信号输出侧的多个电感器和电感切换开关；控制器280与电感切换开关连接，通过控制电感切换开关，可以实现对信号输入侧的电感器和/或信号输出侧的电感器进行切换，以调节可调滤波器的中心频率；此外，控制器还通过d/a转换器与第一可变电容器及第二可变电容器连接，通过调节d/a转换器的电压，调节第一可变电容器及第二可变电容器的电容，以调节第一可调滤波器和/或第二可调滤波器的中心频率。其中，第一可变电容器和第二可变电容器均可采用压控可变电容器。

在更为具体的实施例中，电感切换开关包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；信号输入侧的多个电感器的两端分别与第一开关的多个输出端和第二开关的多个输入端连接，第一开关的输入端与第一通路切换器的一个输出端连接，第二开关的输出端与第一可变电容器连接；第一可变电容器的输出端与第二可变电容器的输入端连接；信号输出侧的多个电感器的两端分别与第三开关的多个输出端和第四开关的多个输入端连接，第三开关的输入端与第二可变电容器的输出端连接。

图3为本申请根据示例性实施例示出的一种可调滤波器的组成框图，在该示例中，在信号输入侧设置三个可供切换的电感器，分别为第一电感器302、第二电感器303和第三电感器304；在信号输出侧设置三个可供切换的电感器，分别为第四电感器308、第五电感器309和第六电感器310；电感切换开关则均采用sp3t开关，分别为第一sp3t开关301、第二sp3t开关305、第三sp3t开关311和第四sp3t开关312。

如图3所示，第一电感器302、第二电感器303和第三电感器304的输入端分别与第一sp3t开关301的三个输出端连接，输出端分别与第二sp3t开关305的三个输入端连接；第一可变电容器306的输入端与第二sp3t开关305的输出端连接，从而连接到第一电感器302、第二电感器303或者第三电感器304；第二可变电容器307输入端与第一可变电容器306的输出端连接，第二可变电容器307和第一可变电容器306之间的线路固定电容接地或者固定电感接地；第四电感器308、第五电感器309和第六电感器310的输入端分别与第三sp3t开关311的三个输出端连接，输出端分别与第四sp3t开关312的三个输入端连接。

控制器280通过d/a转换器290与第一可变电容器307及第一可变电容器306连接，从而根据a/d转换器270的输出信号调整第一可变电容器307及第一可变电容器306的输入电压，以改变第二可变电容器307及第一可变电容器306的电容量。控制器280分别与第一sp3t开关301、第二sp3t开关305、第三sp3t开关311及第四sp3t开关312连接，通过控制第一sp3t开关301和第二sp3t开关305将第一电感器302、第二电感器303和第三电感器304中的一个接入到信号处理通路中，通过控制第三sp3t开关311和第四sp3t开关312将第四电感器308、第五电感器309和第六电感器310中的一个接入到信号处理通路中。

基于本申请提供的可调滤波器的结构设计，控制器280根据收到的adc信号判断是否出现频点干扰，如果判断出在某个频点有干扰，可以调节可调滤波器中的dac电压，即d/a转换器290的电压，从而调节可调滤波器的中心频率，以滤除频点的干扰。

例如，图4示出了可调滤波器的实际仿真结果，可以看出，在施加0v电压时，其电容值cc01是32pf，中心频率约为20mhz，此时下边带的6db点对应的频率约为16.5mhz，上边带的6db点对应的频率约为22.5mhz。当施加3v电压时，其电容值是16pf，中心频率约为27mhz，此时下边带的6db点对应的频率约为29.59mhz，上边带的6db点对应的频率约为24.5mhz。例如，如果在20mhz处有一个干扰信号，那么当对压控可变电容施加0v电压时，此时可调滤波器的中心频率就在20mhz处，是无法滤除此干扰信号的。那么就可以将压控可变电容的施加电压调到3v，此时其电容值是16pf，且滤波器的中心频率已经调到27mhz，此时，由图4可知，可以对20mhz处的信号产生约21db的衰减。如果两个可调滤波器的特性设计的是一样的，两个可调滤波器就可以对20mhz处的干扰产生两次21db的衰减，即衰减42db，就可以有效滤除带内的任何干扰。

应当理解，图3仅是本申请可调滤波器的一种示例性组成，本领域技术人员可以根据图3所示示例，在不付出创造性劳动的情况下得到本申请可调滤波器的其他示例，均属于本申请的保护范围。例如，设在信号输入侧的电感器数量不仅限于3个，还可以是2个或4个，同理，设在信号输出侧的电感器数量不仅限于3个且不限于与信号输入侧的电感器数量相同，还可以是其他数量。相应的，用于将信号输入侧及信号输出侧的任意一个电感器接入到信号处理通路中的开关也不仅限于采用sp3t开关。

需要说明的是，第二可变电容器307及第一可变电容器306可以是相同型号的可变电容，也可以是不同型号的可变电容。施加在第二可变电容器307及第一可变电容器306上的电压可以是同一电压，也可以是单独控制的不同的电压。

由上述实施例可知，本申请涉及的可调滤波器，结构简单，易于实现。可以通过切换信号输入侧和信号输出侧的电感器，及改变第二可变电容器307及第一可变电容器306的电容，来调整滤波器的中心频率，易于控制，其中心频率在3mhz-30mhz之间可调。

应当理解，经过大量的实验和测试，可以得到中心频率与电感器方案及电容电压参数的对应关系，电感器方案即信号输入侧所选择的电感器与信号输出侧所选择的电感器的组合方案，电容电压参数即第一可变电容对应的参数和第二可变电容对应的参数。

由以上实施例可以看出，本申请实施例提供的高频局部放电信号检测系统，该系统可以根据待检测信号的幅度大小控制启用第一通路或者第二通路，在待检测信号幅度高于预设值时，启用第一通路，从而将待检测信号直接输出至a/d转换器，避免丢失大幅度的放电信号，在待检测信号幅度不高于预设值时，启用第二通路，即通过第二通路对待检测信号进行低噪声放大处理，从而保证对微小信号的捕捉。可见，本申请实施例提供的高频局部放电信号检测系统具有较大的动态范围。

本申请实施例还提供一种高频局部放电信号的检测方法，应用于本申请实施例提供的高频局部放电信号检测系统，例如，用于执行该方法的程序可以被配置在控制器280中，从而，控制器280该方法对应的程序以执行该方法。图5为本申请根据示例性实施例示出的用于检测高频局部放电信号的控制方法流程图，如图5所示，该方法可以包括：

步骤510，获取待检测信号。

步骤520，判断待检测信号的幅度是否高于预设值。

参阅图2，高频电流传感器接收初始信号，并将初始信号传送到第一可调滤波器，第一可调滤波器对初始局部放电信号进行第一级滤波处理，得到待检测信号。

步骤530，若所述待检测信号幅度大于预设值，将所述待检测信号输送至第一通路，通过所述第一通路将所述待检测信号直接输送至a/d转换器。

步骤540，若所述待检测信号幅度不大于预设值，将所述待检测信号输送至第二通路，通过所述第二通路对待检测信号进行低噪声放大处理，并将处理后的信号输送至a/d转换器。

步骤550，根据所述a/d转换器输出的信号，检测局部放电信号。

此外，当第二通路输出的信号经a/d转换器处理后达到饱和状态，将待检测信号经输送至第一通路，通过第一通路直接输送至a/d转换器。

可见，本申请所提供的高频局部放电信号检测方法，通过对大幅度的信号bypasslna，因此，既不会丢失大幅度的放电信号，也可以捕捉到微小的放电信号。

如图2所示，第二通路包括第二可调滤波器，第一可调滤波器及第二通路中的第二可调滤波器连接有d/a转换器，且第二可调滤波器和第一可调滤波器的中心频率是电压可调的。在检测高频局部放电信号的过程中，当a/d转换器输出信号出现频点干扰时，通过调节连接的d/a转换器的电压，调节第一可调滤波器和/或第二可调滤波器的中心频率，滤除频点干扰。

需要说明的是，在方法实施例中提及的第二通路对待检测信号的低噪声放大处理过程，及第二通路的结构设计，以及第一可调滤波器和第二可调滤波器的结构的涉及，均可参见前述检测系统实施例，此处不再赘述。

还需说明的是，本申请实施例提供的频局部放电信号检测方法，可以包括系统实施例中控制器280被配置执行的部分或者全部步骤，还可以包括系统中任意器件对信号的处理步骤，此处不予赘述。

具体实现中，本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的高频局部放电信号检测方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-onlymemory，简称：rom)或随机存储记忆体(英文：randomaccessmemory，简称：ram)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。