一種局部放電典型干擾模擬裝置的制作方法

本實用新型屬于氣體絕緣組合開關設備（GIS）、變壓器等高壓電力設備局部放電在線監測技術領域，具體涉及一種模擬變電站典型電磁干擾進而實現對局部放電監測的局部放電典型干擾模擬裝置，用于對高壓電力設備的抗干擾性能進行科學量化的考核。

背景技術：

局部放電在線檢測和帶電檢測是GIS等高壓電力設備實施狀態檢修、保障其安全可靠性運行的重要技術手段，如今已經在我國電網大量推廣應用。隨著局放在線監測和帶電檢測裝置在變電站運行現場的應用，一些關鍵技術問題也逐漸顯現。誤報、漏報是已有局放監測系統普遍暴露的嚴重問題，權威統計發現90%以上的報警為誤報，究其根源即在于當前局部放電檢測裝置的干擾辨識能力和抗干擾水平，遠不能適應變電現場復雜的電磁干擾環境。

眾所周知，變電站屬于強電磁干擾環境，各類無線電通訊、雷達脈沖、電力電子設備整流換向脈沖、母線上的電暈、各類高壓設備出線套管端部及表面的各類放電、設備接地網上的各類干擾脈沖等等，均對局放在線監測和帶電檢測裝置的可靠運行和正確診斷造成了不利影響。電磁干擾問題已成為長期困擾局部放電狀態檢測技術推廣應用的關鍵技術瓶頸，現場運行經驗表明當前局部放電檢測裝置的干擾辨識能力和抗干擾水平，遠不能適應變電現場復雜的電磁干擾環境。

抗干擾長期以來一直是局部放電檢測特別是在線監測技術的核心，自上世紀80年代以來，國內外學者在局放抗干擾方面做了很多研究，發展了軟硬件濾波技術、極性鑒別和差動平衡檢測回路、相位開窗技術、小波分析和自適應濾波技術、脈沖聚類分離技術及噪聲傳感器等多種技術手段。國內外針對局放檢測抗干擾技術的研究較多，但針對變電站現場電磁干擾信號的來源、特征，變電站環境及運行工況對電磁干擾信號的影響等方面系統化研究工作未見報道，針對局部放電監測裝置的抗電磁干擾性能開展標準化測試，是從根本上提高局放檢測產品質量的措施，也是局部放電狀態監測技術進一步發展完善的必然需求。

隨著國家經濟的發展，電力可靠性越來越受到全社會的重視，迫切需要開展電力設備局部放電狀態檢測關鍵技術的研究，在局部放電檢測的靈敏度、抗干擾技術及故障診斷方面取得突破性的進展，真正使得局部放電現場應用技術完善起來。對局部放電狀態檢測裝置進行抗干擾性能評價，可用于局放監測裝置的型式試驗及入網監測，能夠從根本上提升局放檢測產品的入網質量，保障局放狀態監測系統的誤報、漏報率，提升電網可靠性水平，由此帶來的經濟效益和社會效益十分顯著，具有重要的理論和工程價值。目前國內外的研究中，關于變電站局部放電檢測中電磁干擾的系統化研究還處于空白階段，而評價帶電檢測設備和在線監測設備的干擾辨識能力和抗干擾水平的干擾模擬裝置、系統也無人涉足，已經成為一項亟待解決的關鍵技術問題。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種將窄帶的通訊類干擾和寬帶的脈沖型干擾分開真實模擬變電站現場電磁環境，能夠提高高壓電力設備的抗干擾性能的科學量化的準確度，典型干擾模擬結果準確可靠、結構簡單、成本較低的局部放電典型干擾模擬裝置。

為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為：

一種局部放電典型干擾模擬裝置，包括控制單元、信號發生單元和信號發射單元，所述信號發生單元包括雷達信號發生模塊、手機通訊信號發生模塊和可控信號發生模塊，所述雷達信號發生模塊、手機通訊信號發生模塊和可控信號發生模塊的控制端分別與控制單元相連，所述雷達信號發生模塊、手機通訊信號發生模塊和可控信號發生模塊的信號輸出端分別與信號發射單元相連。

優選地，所述信號發射單元包括分路器和輻射天線，所述雷達信號發生模塊、手機通訊信號發生模塊和可控信號發生模塊的信號輸出端分別通過分路器與輻射天線相連。

優選地，所述雷達信號發生模塊包括第一電源模塊、第一通訊模塊、第一微處理器、雷達信號芯片、第一D/A轉換電路、第一運算放大器、第一接口電路、第一內存模塊和晶振，所述第一電源模塊的輸出端分別與第一通訊模塊、第一微處理器、雷達信號芯片、第一D/A轉換電路、第一運算放大器、第一接口電路、第一內存模塊、晶振相連，所述第一微處理器通過第一通訊模塊和控制單元相連，所述第一微處理器的信號輸出端依次和雷達信號芯片、第一D/A轉換電路、第一運算放大器、第一接口電路相連，所述第一接口電路的輸出端和信號發射單元相連，所述第一內存模塊、晶振與第一微處理器相連。

優選地，所述第一通訊模塊為光電轉換器。

優選地，所述第一接口電路為N型接口電路。

優選地，所述手機通訊信號發生模塊包括第二電源模塊、第二通訊模塊、手機核心電路板、第二D/A轉換電路和第二接口電路，所述第二電源模塊分別與第二通訊模塊、手機核心電路板、第二D/A轉換電路、第二接口電路相連，所述手機核心電路板通過第二通訊模塊和控制單元相連，所述手機核心電路板的信號輸出端依次和第二D/A轉換電路、第二接口電路相連，所述第二接口電路的輸出端和信號發射單元相連。

優選地，所述可控信號發生模塊包括可控信號發生器和功率放大器，所述可控信號發生器的控制端和控制單元相連，所述可控信號發生器的信號輸出端和功率放大器相連，所述功率放大器的輸出端和信號發射單元相連。

優選地，所述可控信號發生器包括第三通訊模塊、第二微處理器、第三D/A轉換電路、第二運算放大器、混頻器、第三運算放大器、第三電源模塊和外圍電路，所述第二微處理器通過第三通訊模塊和控制單元相連，所述第二微處理器的信號輸出端通過第三D/A轉換電路分別和第二運算放大器、混頻器的一個輸入端相連，所述混頻器的另一個輸入端為調制頻率輸入端，所述混頻器的輸出端和第三運算放大器相連，所述第二運算放大器、第三運算放大器的輸出端分別和信號發射單元相連，所述外圍電路和第二微處理器相連，所述第三電源模塊分別與第三通訊模塊、第二微處理器、第三D/A轉換電路、第二運算放大器、混頻器、第三運算放大器、外圍電路相連。

優選地，所述外圍電路包括只讀存儲器模塊、時鐘模塊、顯示模塊、按鍵電路、擴展存儲卡模塊和第二內存模塊，所述只讀存儲器模塊、時鐘模塊、顯示模塊、按鍵電路、擴展存儲卡模塊、第二內存模塊分別和第二微處理器相連。

本實用新型具有下述優點：本實用新型局部放電典型干擾模擬裝置的結構主要分為兩大部分，一是控制單元、信號發生單元，二是信號發射單元，信號發生單元包括雷達信號發生模塊、手機通訊信號發生模塊和可控信號發生模塊，雷達信號發生模塊、手機通訊信號發生模塊和可控信號發生模塊的控制端分別與控制單元相連，雷達信號發生模塊、手機通訊信號發生模塊和可控信號發生模塊的信號輸出端分別與信號發射單元相連，能夠模擬變電站局部放電檢測中存在的典型電磁干擾信號：移動通訊信號、雷達信號、典型缺陷放電干擾信號，通過變電站現場測試獲取了各種干擾信號的數據，經分析能得到信號的時域、頻域、統計特征，如上升沿、下降沿、頻譜分布、幅值、均值、各種統計譜圖等，結合特征信息，通過控制單元和信號發生單元實現干擾信號的模擬，并通過信號發射單元將信號發射出去，將窄帶的通訊類干擾和寬帶的脈沖型干擾分開真實模擬變電站現場電磁環境，能夠提高高壓電力設備的抗干擾性能的科學量化的準確度，具有典型干擾模擬結果準確可靠、結構簡單、成本較低的優點。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的框架結構示意圖。

圖2為本實用新型實施例的原理結構示意圖。

圖3為本實用新型實施例中雷達信號發生模塊的原理結構示意圖。

圖4為本實用新型實施例中手機通訊信號發生模塊的原理結構示意圖。

圖5為本實用新型實施例中可控信號發生模塊的原理結構示意圖。

圖6為本實用新型實施例中可控信號發生器的原理結構示意圖。

圖7為本實用新型實施例的工作流程示意圖。

圖8為本實用新型實施例得到的通訊干擾信號波形示意圖。

圖9為本實用新型實施例得到的沿面類放電干擾信號波形示意圖。

圖10為本實用新型實施例得到的電暈類放電干擾信號波形示意圖。

圖11為本實用新型實施例得到的懸浮類放電干擾信號波形示意圖。

圖12為本實用新型實施例得到的照明電源干擾信號波形示意圖。

圖13為本實用新型實施例得到的整流脈沖干擾信號波形示意圖。

圖例說明：1、控制單元；2、信號發生單元；21、雷達信號發生模塊；211、第一電源模塊；212、第一通訊模塊；213、第一微處理器；214、雷達信號芯片；215、第一D/A轉換電路；216、第一運算放大器；217、第一接口電路；218、第一內存模塊；219、晶振；22、手機通訊信號發生模塊；221、第二電源模塊；222、第二通訊模塊；223、手機核心電路板；224、第二D/A轉換電路；225、第二接口電路；23、可控信號發生模塊；231、可控信號發生器；232、功率放大器；233、第三通訊模塊；234、第二微處理器；235、第三D/A轉換電路；236、第二運算放大器；237、混頻器；238、第三運算放大器；239、第三電源模塊；3、信號發射單元；31、分路器；32、輻射天線。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本實施例的局部放電典型干擾模擬裝置包括控制單元1、信號發生單元2和信號發射單元3，信號發生單元2包括雷達信號發生模塊21、手機通訊信號發生模塊22和可控信號發生模塊23，雷達信號發生模塊21、手機通訊信號發生模塊22和可控信號發生模塊23的控制端分別與控制單元1相連，雷達信號發生模塊21、手機通訊信號發生模塊22和可控信號發生模塊23的信號輸出端分別與信號發射單元3相連。本實施例的局部放電典型干擾模擬裝置的結構主要分為兩大部分，一是控制單元1、信號發生單元2，二是信號發射單元3，信號發生單元2包括雷達信號發生模塊21、手機通訊信號發生模塊22和可控信號發生模塊23，雷達信號發生模塊21、手機通訊信號發生模塊22和可控信號發生模塊23的控制端分別與控制單元1相連，雷達信號發生模塊21、手機通訊信號發生模塊22和可控信號發生模塊23的信號輸出端分別與信號發射單元3相連，能夠模擬變電站局部放電檢測中存在的典型電磁干擾信號：移動通訊信號、雷達信號、典型缺陷放電干擾信號，通過變電站現場測試獲取了各種干擾信號的數據，經分析能得到信號的時域、頻域、統計特征，如上升沿、下降沿、頻譜分布、幅值、均值、各種統計譜圖等，結合特征信息，通過控制單元1和信號發生單元2實現干擾信號的模擬，并通過信號發射單元3將信號發射出去，將窄帶的通訊類干擾和寬帶的脈沖型干擾分開真實模擬變電站現場電磁環境，能夠提高高壓電力設備的抗干擾性能的科學量化的準確度，具有典型干擾模擬結果準確可靠、結構簡單、成本較低的優點。參見圖2，本實施例的局部放電典型干擾模擬裝置在使用時需要置于屏蔽室內，以防止外部干擾信號對局部放電典型干擾模擬的結果產生影響。

本實施例中，控制單元1具體采用PC電腦實現，通過圖形化編程軟件Labview開發出相應的控制程序，PC電腦通過以太網通訊控制雷達信號發生模塊21、手機通訊信號發生模塊22和可控信號發生模塊23三個信號發生裝置，之后三個信號發生裝置通過射頻電纜接入到信號發射單元3將信號發射出去，實現信號的模擬。控制單元1是整個局部放電典型干擾模擬裝置的中樞，通過網口或串口與雷達信號發生模塊21、手機通訊信號發生模塊22和可控信號發生模塊23三個信號發生裝置實現通信，控制整個局部放電典型干擾模擬裝置的工作。本實施例中，控制單元1通過現場測試的各種典型電磁干擾的數據，建立起干擾信號庫。上位機程序能夠調用干擾庫中的包括單脈沖和序列脈沖的數據，分析得到信號的相應特征如幅值、頻率、頻譜、各類統計譜圖等，發出相應的控制指令調節信號發生單元信號的生成。

如圖3所示，雷達信號發生模塊21包括第一電源模塊211、第一通訊模塊212、第一微處理器213、雷達信號芯片214、第一D/A轉換電路215、第一運算放大器216、第一接口電路217、第一內存模塊218（DDRAM）和晶振219，第一電源模塊211的輸出端分別與第一通訊模塊212、第一微處理器213、雷達信號芯片214、第一D/A轉換電路215、第一運算放大器216、第一接口電路217、第一內存模塊218、晶振219相連，第一微處理器213通過第一通訊模塊212和控制單元1相連，第一微處理器213的信號輸出端依次和雷達信號芯片214、第一D/A轉換電路215、第一運算放大器216、第一接口電路217相連，第一接口電路217的輸出端和信號發射單元3相連，第一內存模塊218、晶振219與第一微處理器213相連。雷達信號發生模塊21采用電子電路的方式，以第一微處理器213、能夠產生雷達信號的雷達信號芯片214作為主體部分，其外圍電路有第一D/A轉換電路215、第一接口電路217實現與控制單元1聯系的第一通訊模塊212、第一內存模塊218和晶振219，以及給各個模塊、芯片供電的第一電源模塊211，將各個組件焊接在一塊電路板上并加以封裝成一小型雷達發射機，該發射機能夠產生UHF檢測頻帶內的雷達信號，幅值可調。本實施例中，第一通訊模塊212為光電轉換器；本實施例中，第一接口電路217為N型接口電路。

如圖4所示，手機通訊信號發生模塊22包括第二電源模塊221、第二通訊模塊222、手機核心電路板223、第二D/A轉換電路224和第二接口電路225，第二電源模塊221分別與第二通訊模塊222、手機核心電路板223、第二D/A轉換電路224、第二接口電路225相連，手機核心電路板223通過第二通訊模塊222和控制單元1相連，手機核心電路板223的信號輸出端依次和第二D/A轉換電路224、第二接口電路225相連，第二接口電路225的輸出端和信號發射單元3相連。通訊信號主要來自于手機通訊基站的輻射，分為不同廠家的2G、3G、4G不同通訊制式。手機通訊信號發生模塊22能夠通過更換不同制式手機卡的方式產生我國手機通訊頻帶內的所有通訊信號，根據現場測試統計的變電站通訊信號的幅值范圍設置通訊信號的最大量程，對于手機通訊信號發生模塊22，本實施例采用了手機核心電路板223，在手機核心電路板223的外部放置所需的外圍電路，除手機核心電路板223外其他外圍電路部件和雷達信號發生模塊21基本相同。

變電站中高壓導體上的電暈放電、各類高壓設備出線套管端部及表面的各類放電、設備接地網上的各類干擾脈沖等等都是與局部放電信號極為相似的脈沖型信號，最難識別，對局放檢測干擾也最大，是考核現場監測設備正常工作與否最重要的部分。如圖5所示，可控信號發生模塊23包括可控信號發生器231和功率放大器232，可控信號發生器231的控制端和控制單元1相連，可控信號發生器231的信號輸出端和功率放大器232相連，功率放大器232的輸出端和信號發射單元3相連。本實施例采用可控信號發生器231和功率放大器232的方式來實現，具體的實現方式為：通過控制單元1讀取現場采集回來的幾種典型干擾的單脈沖和序列脈沖數據，分析得到信號的上升沿、脈寬、下降沿、脈沖時間間隔、幅值等特征并送入到可控信號發生器231，調節控制相應信號的輸出，再經過功率放大器232輸出。

如圖6所示，可控信號發生器231包括第三通訊模塊233、第二微處理器234、第三D/A轉換電路235、第二運算放大器236、混頻器237、第三運算放大器238、第三電源模塊239和外圍電路，第二微處理器234通過第三通訊模塊233和控制單元1相連，第二微處理器234的信號輸出端通過第三D/A轉換電路235分別和第二運算放大器236、混頻器237的一個輸入端相連，混頻器237的另一個輸入端為調制頻率輸入端，混頻器237的輸出端和第三運算放大器238相連，第二運算放大器236、第三運算放大器238的輸出端分別和信號發射單元3相連，外圍電路和第二微處理器234相連，第三電源模塊239分別與第三通訊模塊233、第二微處理器234、第三D/A轉換電路235、第二運算放大器236、混頻器237、第三運算放大器238、外圍電路相連。可控信號發生器231含波形編輯生成功能，根據控制單元1傳輸的信號的各種特征和實際的波形數據運算得到我們所需要的任意波形，內置一定數量的非易失性存儲器（擴展存儲卡模塊），隨機存取編輯波形，有利于參考對比，通過隨機接口通訊傳輸到計算機作更進一步分析與處理，同時還具有調制和掃描能力。

本實施例中，外圍電路包括只讀存儲器模塊（ROM）、時鐘模塊、顯示模塊、按鍵電路、擴展存儲卡模塊（SD卡存儲模塊）和第二內存模塊（DDRAM），只讀存儲器模塊、時鐘模塊、顯示模塊、按鍵電路、擴展存儲卡模塊、第二內存模塊分別和第二微處理器234相連。

本實施例中，功率放大器232在給定信號失真率的條件下，確保了以最大功率輸出信號，輸入阻抗在15000Ω，抗干擾能力強；失真度在0.05%以下；信噪比SNR≥5。

本實施例中，信號發射單元3包括分路器31和輻射天線32，雷達信號發生模塊21、手機通訊信號發生模塊22和可控信號發生模塊23的信號輸出端分別通過分路器31與輻射天線32相連。輻射天線32為頻帶在0～3GHz的輻射天線，頻帶內的幅頻響應曲線接近理想，駐波比≤1.2，標稱阻抗50Ω，能夠很好地將信號輻射出去。

如圖7所示，本實施例局部放電典型干擾模擬裝置的工作過程如下：

1）控制單元1通過首先建立與雷達信號發生模塊21、手機通訊信號發生模塊22和可控信號發生模塊23三個信號發生裝置的通訊，檢查通訊是否正常，如果正常則執行下一步；

2）對于雷達和手機通訊信號的模擬，通過控制單元1運算得到響應雷達信號的特征，然后發出雷達通訊信號控制雷達信號發生模塊21信號發生的強度、發生頻度；對于脈沖型干擾的模擬，控制單元1讀取現場測試到的時域數據（包括單脈沖數據和序列脈沖數據）、相應的圖譜，進行相關的運算處理，得到相應特征和波形、圖譜，并將相應特征和波形、圖譜送入到可控信號發生器231的擴展存儲卡模塊，通過控制單元1的上位機軟件控制信號發生器讀取數據到第二內存模塊中運算后將信號送出去。最終，通過本實施例局部放電典型干擾模擬裝置模擬得到的通訊干擾信號波形如圖8所示，沿面類放電干擾信號波形如圖9所示，電暈類放電干擾信號波形如圖10所示，懸浮類放電干擾信號波形如圖11所示，照明電源干擾信號波形如圖12所示，整流脈沖干擾信號波形如圖13所示，能實現局部放電典型干擾的模擬。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。