一种双天线外置式UHF局放传感器及其校准、采集方法与流程

本发明涉及电力设备在线监测，具体涉及一种双天线外置式uhf局放传感器及其校准、采集方法。

背景技术：

1、近年来，电力设备局部放电特高频(ultra high frequeney，uhf)检测技术得到了广泛应用。在uhf检测技术中，uhf局放传感器的安装方式主要包括内置式与外置式两种，其中外置式是将uhf局放传感器放置在电力设备外表面，其接收面朝向电力设备。uhf电磁波经设备外壳时通过绝缘材料向外辐射，从而被外置式uhf局放传感器所接收。外置式uhf局放传感器由于直接安装于设备表面，必然会接收到大量外部干扰信号。针对信号干扰问题，通常通过uhf天线进行限频段处理，然而受传感器体积、安装等要求影响，仅使用天线频段限制无法有效的完全过滤掉非uhf信号的频带，且uhf局放信号的频带较宽，与局放信号同频段的包括433m、900m的信号亦是现场大量使用的无线信号，无法完全限制外部干扰。特别是局放在故障前特高频信号呈现小脉冲、少脉冲偶发特征，常会被淹没在外部干扰信号中，难以识别。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是针对外置式uhf局放传感器易受外部信号干扰的问题，提供一种能够有效抑制外部干扰信号、提升局放信号采集灵敏度与准确性的双天线外置式uhf局放传感器；本发明的第二目的是提供所述双天线外置式uhf局放传感器的校准方法；本发明的第三目的是提供所述双天线外置式uhf局放传感器的采集方法。

2、技术方案：本发明所述的双天线外置式uhf局放传感器，包括第一uhf天线、第二uhf天线、第一检波电路、第二检波电路、调幅电路、调相电路、差分放大电路、二级放大电路、模数转换器和微控制器，第一uhf天线用于采集电力设备局放信号，第二uhf天线用于采集外部干扰性号，两uhf天线性能参数一致；第一uhf天线接收的信号经第一检波电路接入调幅电路，第二uhf天线接收的信号经第二检波电路接入调相电路；第一uhf天线信号经调幅电路的输出与第二uhf天线信号经调相电路的输出组成差分信号进入差分放大电路，差分放大电路输出经二级放大电路进入模数转换器，模数转换器用于完成局放采集信号的数字化转换，微控制器用于对调幅电路进行调幅控制，对调相电路进行调相控制。

3、进一步地，调相电路包括电阻r1、数字电位器r2、电阻r3、电容c1和运算放大器a1，数字电位器r2和电容c1分别连接运算放大器a1正极，电阻r1和电阻r3分别连接运算放大器a1负极，电容c1另一端接地，数字电位器r2另一端以及电阻r1另一端分别连接第二检波电路的输出端，电阻r3另一端连接运算放大器a1输出端；数字电位器r2初值为1，满度值为255，步进值为1。

4、进一步地，调幅电路包括电阻r4、数字电位器r5和运算放大器a2，运算放大器a2正极为信号输入端连接第一检波电路的输出端，负极分别连接电阻r4和数字电位器r5，电阻r4另一端接地，数字电位器r5另一端连接运算放大器a2输出端；数字电位器r5初值为1，满度值为255，步进值为1。

5、进一步地，差分放大电路包括电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9和运算放大器a3，电阻r6和电阻r9分别连接运算放大器a3正极，电阻r7和电阻r8分别连接运算放大器a3负极，电阻r9另一端接地，电阻r6另一端连接调幅电路输出端，电阻r7另一端连接调相电路输出端，电阻r8另一端连接运算放大器a3输出端。

6、进一步地，二级放大电路包括电阻r10、电阻r11和运算放大器a4，运算放大器a4正极连接差分放大电路输出端，电阻r10和电阻r11分别连接运算放大器a4负极，电阻r10另一端接地，电阻r11另一端连接运算放大器a4输出端。

7、本发明所述的双天线外置式uhf局放传感器的校准方法，包括：

8、安装双天线外置式uhf局放传感器；

9、对调幅电路、调相电路的参数进行校准：

10、采用全组合扫描的方式进行校准，通过设定固定的调相步长与调幅步长，先定调幅参数，后定调相参数，逐步完成调幅范围和调相范围的所有组合情况，并在每种组合情况时，采集双天线外置式uhf局放传感器的差分放大信号，计算当前差分放大信号的噪声值，进而搜索全部组合情况中噪声最小组合，作为有效的调相调幅参数。

11、进一步地，传感器安装时，第一uhf天线接收面朝向电力设备表面，第二uhf天线接收面与第一uhf天线反向。

12、进一步地，对调幅电路、调相电路的参数进行校准，包括：

13、(1)将调幅参数a置初值0，清空幅相参数值，同时引入中间变量n用以表示计算的噪声值，并将其置最大值；

14、(2)将调幅电路的调幅参数a步进1，并将a数值输入调幅电路的数字电位器r5；

15、(3)将调相电路的调相参数p置1，并将p数值输入调相电路的数字电位器r2；

16、(4)采集差分放大信号，并计算其噪声值；

17、噪声值的计算方法采用的是均方根值rms的计算方法，比较rms与n值，若rms小于n，则令n为rms，并存储当前的调幅参数a与调相参数p，若rms值大于等于n，则不做处理；

18、(5)判断当前调相参数p，若小于调相参数满度值255，则进入步骤(3)重复执行，若大于调相参数满度值255，则进入步骤(6)；

19、(6)判断当前调幅参数a，若小于调幅参数满度值255，则进入步骤(2)，重复执行步骤(2)～(6)，若大于调幅参数满度值255，则全扫描完毕，进入步骤(7)；

20、(7)将保存的n值及相应的调幅参数a与调相参数p作为有效的调相调幅参数进行存储。

21、进一步地，均方根值rms通过计算固定周期的采样点有效值的方式计算，计算公式如下所示：

22、

23、其中，x表示采样点，n表示采样点个数。

24、本发明所述的双天线外置式uhf局放传感器的采集方法，包括：激活所述的校准方法获取的有效的调相调幅参数；安装双天线外置式uhf局放传感器，采集uhf局放信号。

25、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：本发明能够消除局放外部环境信号干扰，提升局放信号采集的灵敏度、准确性、可靠性。

技术特征：

1.一种双天线外置式uhf局放传感器，其特征在于，包括第一uhf天线、第二uhf天线、第一检波电路、第二检波电路、调幅电路、调相电路、差分放大电路、二级放大电路、模数转换器和微控制器，第一uhf天线用于采集电力设备局放信号，第二uhf天线用于采集外部干扰性号，两uhf天线性能参数一致；第一uhf天线接收的信号经第一检波电路接入调幅电路，第二uhf天线接收的信号经第二检波电路接入调相电路；第一uhf天线信号经调幅电路的输出与第二uhf天线信号经调相电路的输出组成差分信号进入差分放大电路，差分放大电路输出经二级放大电路进入模数转换器，模数转换器用于完成局放采集信号的数字化转换，微控制器用于对调幅电路进行调幅控制，对调相电路进行调相控制。

2.根据权利要求1所述的双天线外置式uhf局放传感器，其特征在于，调相电路包括电阻r1、数字电位器r2、电阻r3、电容c1和运算放大器a1，数字电位器r2和电容c1分别连接运算放大器a1正极，电阻r1和电阻r3分别连接运算放大器a1负极，电容c1另一端接地，数字电位器r2另一端以及电阻r1另一端分别连接第二检波电路的输出端，电阻r3另一端连接运算放大器a1输出端；数字电位器r2初值为1，满度值为255，步进值为1。

3.根据权利要求2所述的双天线外置式uhf局放传感器，其特征在于，调幅电路包括电阻r4、数字电位器r5和运算放大器a2，运算放大器a2正极为信号输入端连接第一检波电路的输出端，负极分别连接电阻r4和数字电位器r5，电阻r4另一端接地，数字电位器r5另一端连接运算放大器a2输出端；数字电位器r5初值为1，满度值为255，步进值为1。

4.根据权利要求3所述的双天线外置式uhf局放传感器，其特征在于，差分放大电路包括电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9和运算放大器a3，电阻r6和电阻r9分别连接运算放大器a3正极，电阻r7和电阻r8分别连接运算放大器a3负极，电阻r9另一端接地，电阻r6另一端连接调幅电路输出端，电阻r7另一端连接调相电路输出端，电阻r8另一端连接运算放大器a3输出端。

5.根据权利要求4所述的双天线外置式uhf局放传感器，其特征在于，二级放大电路包括电阻r10、电阻r11和运算放大器a4，运算放大器a4正极连接差分放大电路输出端，电阻r10和电阻r11分别连接运算放大器a4负极，电阻r10另一端接地，电阻r11另一端连接运算放大器a4输出端。

6.一种权利要求5所述的双天线外置式uhf局放传感器的校准方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，传感器安装时，第一uhf天线接收面朝向电力设备表面，第二uhf天线接收面与第一uhf天线反向。

8.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，对调幅电路、调相电路的参数进行校准，包括：

9.根据权利要求8所述的校准方法，其特征在于，均方根值rms通过计算固定周期的采样点有效值的方式计算，计算公式如下所示：

10.一种权利要求5所述的双天线外置式uhf局放传感器的采集方法，其特征在于，包括：激活权利要求6至9中任一项所述的校准方法获取的有效的调相调幅参数；安装双天线外置式uhf局放传感器，采集uhf局放信号。

技术总结本发明公开了一种双天线外置式UHF局放传感器及其校准、采集方法，所述的双天线外置式UHF局放传感器中，第一、第二UHF天线分别用于采集电力设备局放信号和外部干扰性号，第一UHF天线接收的信号经第一检波电路接入调幅电路，第二UHF天线接收的信号经第二检波电路接入调相电路；第一UHF天线信号经调幅电路的输出与第二UHF天线信号经调相电路的输出组成差分信号进入差分放大电路，差分放大电路输出经二级放大电路进入模数转换器，模数转换器用于完成局放采集信号的数字化转换，微控制器用于对调幅电路、调相电路进行调幅控制、调相控制。本发明能够消除局放外部环境信号干扰，提升局放信号采集的灵敏度、准确性、可靠性。技术研发人员：胡忠林,田小锋,张海滨,周捷,张何,梅徳冬,左红兵,吕顺利,邓烽,刘世裕,曹东宏,滕云,张鹏受保护的技术使用者：国电南瑞科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29