基于多传感器的便携式局放检测设备研究

常洪亮 谢路 田松林

摘要：本文设计开发了一种新型多传感器的便携式局放检测设备，能够实现地电波、超声检测方法，满足不同配电设备的在线监测需求，为用户提供全面的数据借鉴。

关键词：局部放电;在线检测;超声波;地电波

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）07-0170-02

0 引言

传统局放检测仪（包括超声波、地电波等）是分体式的。工作人员需要将现场检测数据手动录入移动终端，记录数据量较大，且录入繁琐，本文设计开发了一种新型局部放电在线检测仪器，能够集地电波、超声波的检测方法。检测装置以嵌入式系统为核心，通过硬件可实现信号采样和信息存储等功能，通过软件可实现数据处理和故障诊断等作用，以满足不同配电设备的在线监测需求，为用户提供全面的信息数据。

1 多传感器的便携式局放检测仪硬件电路设计

1.1 总体结构

本文所述的便携式局部放电在线检测仪，在其硬件电路设计时，自身具有信号采样、信息存储和对外通信的功能，总体构架图1所示[1]。

便携式局部放电在线检测设备采用嵌入式系统，具有信号采样功能，采样通道分为低速采样通道和高速采样通道两种，其中前者可以采集多个超声信号，如AA超声和AE超声。后者可采集多个信号，包括高频电流信号和TEV信号。在外部设计上，检测仪器界面采用液晶屏，其仪器开关具有自动切换功能，网络信号通过数模转换成滤波进行放大，再送至耳机。在信息存储上，配置了多个存储器及USB接口，通信方式利用WIFI进行拓展。

1.2 传感器选型与设计

便携式局放检测仪器在信号采集上，分为超声信号采集和TEV信号采集。其中，TEV信号传感器材料采用了聚氯乙烯（PVC），内部采用环氧树脂材料，并配有磁铁，这样有便于在设备检测时与柜体表面贴合。超声传感器选用谐振式压电传感器，中心频率为40kHz，带宽为3kHz;在超声传感器选用时，应选择声发射类型的传感器，频率范围为30～140kHz，同时利用压电元件将设备机械振动转换为电信号，并将它进行输出。

1.3 音频输出电路设计

对于低频超声信号，应先将它放大，再采用D/A转换器进行转换，然后送入耳机，以方便测试人员进行监听，在局部放电测试时，检测人员可以听到高强度的声波传出的声音。先采用串行接口将数字信号传至D/A，再半它转换为模拟信号，利用滤波进行放大，再输入耳机。D/A转换器件主要通过芯片进行转换，其主要支持16位的D/A转换，并分为两线运算放大器。其中第一级放大器为信号跟随，第二级放大器为第一级的40倍，再利用滤波电路进行信号模拟，再传输至耳机[2]。

2 多传感器的便携式局放检测软件系统设计

2.1 软件总体架构

在使用便携式局放检测设备进行设备检测时，其检测软件系统采用嵌入式系统，可实现放电信号的降噪和数据处理，其界面设计主要采用Linux操作系统、具有设备外部存储功能。

2.2 逻辑电路设计

（1）信号降噪设计。在便携式局放检测设备测试现场时，时常会受到电磁波的干扰和影响，导致局部放电的高频信号和TEV信号的脉冲上升时间发生变化，脉冲上升时间的变化范围控制在1～10ns，同时，要加强脉冲等效频率控制，一般控制在1MHz到20MHz范围内。同时，在数据处理时，为了节省电路空间，应选用数字滤波器。局放检测仪器采用冲击响应滤波器，截止频率为500kHz，可满足不同场合使用需求。另外，还可以利用设计软件的IP核功能，实现设备检测简化目标。且可以通过超声信号中的耳机辨识设备局部放电超声信号，在抑制信号上，还可以利用卡尔曼滤波器进行降噪。（2）数据处理设计。对于常规仪器的输出方式，根据放电幅值可分为：一种是高频通道（100Msps），另一种是低频通道（400ksps）。其中，在计算高频通道最大值时，主要是以1s为一个计算周期，而在计算低频通道最小值时，应以0.2s为一个计算周期;当采样值超过阈值时，就会触发脉冲，并以1s为周期计算。在脉冲数设置时，利用AXI总线以不同的周期进行传输，再将部分清零进行重置。在检测装置录波过程中，将它分为两个模块，一个为高频通道录波模块，另一个为低频通道录波模块。其中，前者可实现长时间录波，且采样率低，所以将采用手动录波，存储空间宽度为16位，深度为4096，在录波信号传输时，通常采用先入先出方式，并利用数据流进行传输。而后者采用连续录波方式，并采用手动启动方式，录波长度分为长录波记录和短录波记录两种，其中长录波记录采样数据连续的4096点，短录波16个非连续存储空间记录，并记录了128点采样数据。（3）界面设计。在便携式局放检测界面设计时，是通过采用Z嵌入式系统，对Linux系统进行搭载，利用编程的方式来实现数据可视化。并从PL部分获取超声信号的数据，并采用时序图将它显示出来。在录波数据传输时，主要以数据流进行传输，先将它传至PS部分，再经过脉冲波在液晶屏显示出来，且将数据保存于存储设备[3]。

3 结语

综上所述，通过多功能局部放电在线检测设备设计关键点及注意问题分析，其主要成果及优势：（1）能够通过扫描将检测数据与资产系统台账打通。（2）采能够将检测结果通过蓝牙、wifi等方式傳递给移动终端，能够满足不同配电设备、不同用户的检测需求。（3）移动终端能够将检测结果自动关联至设备台账，满足实时性要求;能够结合大数据分析算法，自动判断设备是否存在局放，能够满足配电设备在线监测检测要求。

参考文献

[1] 甘德刚，刘凡，肖伟.融合超高频及脉冲电流法的局部放电监测系统[J].电力自动化设备，2013（3）：162-165.

[2] 黄和燕，吴德贯，夏辉，等.GIL设备超声波局放信号异常的诊断与分析[J].高压电器，2017（12）：241-246.

[3] 舒博，李嫣然，赵泓霖，等.一种用于电缆局放检测的高频电流传感器的设计[J].电气自动化，2018（3）：105-108.