[發明專利]一種表帶可調式全貼合電纜局放超聲傳感器及在線監測方法

有效

• 申請號: 202010887005.6
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111830381B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 周湶;歐陽希;陳偉根;廖瑞金;李劍;李勇;王有元;杜林;王飛鵬;黃正勇;萬福;譚亞雄
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R1/02;G01R1/04;G01R1/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種表帶可調式全貼合電纜局放超聲傳感器，其特征在于：包括薄金屬片內襯以及橡膠表帶，所述橡膠表帶包覆金屬片內襯，且在所述橡膠表帶端部設有表帶扣頭，所述橡膠表帶另一端部穿過所述表帶扣頭，并能夠被表帶扣頭鎖緊；所述橡膠表帶大小可根據電纜的尺寸進行調節，安裝時將表帶松開，安裝固定于待測電纜之上，而后拉緊表帶，從而使薄金屬片內襯與待測電纜貼合在一起，減少超聲信號在傳播過程中的損耗；

所述橡膠表帶中部設有接地金屬密封盒，所述接地金屬密封盒外表面覆蓋有一層吸收與反射電磁波的涂料，且所述接地金屬密封盒上下表面設有接地極板；

所述接地金屬密封盒內設有超聲信號傳感系統、信號采集與處理系統、數據分析及存儲系統、裝置自身測控系統、通信系統、電源系統；

所述超聲信號傳感系統用于采集電纜超聲波，并轉換為電壓信號；所述信號采集與處理系統用于接收電壓信號并進行濾波放大以及時頻轉化處理；所述數據分析及存儲系統用于接收數據進行分析，得到超聲信號波動特征、電纜運行工況，并將數據進行存儲；所述裝置自身測控系統用于異常情況檢測及報警，還用于人機通信調控；所述通信系統用于與上位機通信；所述電源系統用于為各模塊供電；

所述超聲信號傳感系統包括PVDF壓電薄膜傳感器與電荷放大器，所述PVDF壓電薄膜傳感器的PVDF壓電薄膜表面還設有保護膜，還包括電荷放大器，用于將產生的電荷信號轉換為電壓信號；

所述信號采集與處理系統包括陷波電路、電壓放大電路、電壓轉換電路、A/D變換器與信號讀取模塊，所述陷波電路對所述電壓信號進行工頻干擾消除，再通過電壓放大電路得到電壓檢測信號，再通過電壓轉換電路將實際電壓幅值轉換至信號采集器有效區間內，并利用A/D變換器與信號讀取模塊，實現電壓信號采集與存儲；

所述數據分析及存儲系統包括具備FPU的高頻可編程處理器核心，搭載有參量特征識別、時域相關性計算、狀態評估算法，用于挖掘超聲信號波動特征、電纜運行工況，對電纜局部放電的超聲波信號數據進行同步采集，對電纜工況的辨識、運維及保護提供實時性參考信息；還通過外擴式SDRAM擴大內存，通過外擴式NAND-FLASH擴展本地數據存儲容量，以滿足本地長周期原始數據、二次數據和辨識結果數據的存儲；

裝置自身測控系統包括裝置異常報警系統、人機通信調控系統；所述裝置異常報警系統包括對裝置內部多點溫度進行測量的數字式分布式溫度傳感器，以及用于多點溫度信息的傳輸、采集的IIC選通芯片，對異常溫度進行判定并報警；所述裝置異常報警系統還包括電源異常報警系統，利用實時電壓采集電路采集端口信號電壓，并輸入至比較電路中與設定的閾值電壓進行比較，當輸出電壓低于閾值電壓時，將觸發電壓異常報警電路；

所述人機通信調控系統包括顯示屏、控制按鍵和指示燈，用于人機交互；

所述通信系統包括標準光纖接口、以太網接口及RS232/485接口、后端的連接線，利用中央處理器的DMA方式將存儲單元中信息直接傳輸至通信端口，匹配站內IEC61850協議，實現與站內IDE設備、站內通信服務器之間信息上傳、實時信息調用、遠程控制功能；

所述電源系統包括外部電源供應系統、不間斷電源系統、穩壓系統和數模隔離系統；所述外部電源供應系統包括依次連接的交直流電源接口、整流回路、逆變變頻電路、濾波電路、多級分壓電路；所述不間斷電源系統包括蓄電池組，用于保障異常情況電能持續供應；所述穩壓系統包括電壓保護電路，避免大電壓作用下裝置造成損傷；所述數模隔離系統用于實現數字電源、模擬電源的隔離，避免信號之間的相互干擾。

2.根據權利要求1所述的表帶可調式全貼合電纜局放超聲傳感器，其特征在于：實現電纜超聲信號瞬態值的測量，本地數據存儲周期為72h，擴展存儲的深度為128G；標準220V/50Hz的交流源或15V的恒定直流源可為裝置供電。

3.一種基于權利要求1-2任一所述表帶可調式全貼合電纜局放超聲傳感器的在線監測方法，包括以下步驟：

(1)初始化

將表帶可調式全貼合電纜局放超聲傳感器的表帶松開，安裝固定于待測電纜之上，而后拉緊表帶，從而使薄金屬片內襯與待測電纜貼合在一起，表帶可調式全貼合電纜局放超聲傳感器接通電源后，系統按照預先設定進入初始化設定，啟動自身測控系統對電源系統、運行工況進行檢測，自檢合格后進入超聲波信號采集測量狀態；

(2)定期信號采集及處理

進入信號采集及數據分析周期，首先采集超聲信號，并利用電荷放大器對薄膜傳感器輸出的電荷信號轉換為電壓信號，并輸入至濾波電路與放大電路進行處理，之后將信號傳輸至A/D高速采集器，并利用高頻中央處理器進行數字化濾波，將處理后的數據按照日期、特征類型存儲至本地存儲器中等待后續處理；

(3)數據分析及工況辨識

將存儲的數據進行調用分析，基于參量特征識別算法、時域相關性計算算法和狀態評估算法獲取超聲波特征，包括幅值、頻率及其變化率，并將該類特征量與歷史數據進行對比、或基于智能算法挖掘出電纜的局部放電情況，以充分辨識出當前電纜運行工況，提前發現電纜內部過熱、瞬間過電壓過大故障；當辨識出故障或不正常運行工況后，啟動預警系統，同時啟動通信功能，向站級服務器發送異常指令，實現電纜異常工況的準確預警；當無故障，而站級服務器定期或指定下發信息調用的命令時，通信接口接受調用命令，并啟動中央處理器中數據調出命令，從存儲器中調出所需數據集進行分包處理、發送，從而實現歷史監測數據的上傳，期間采樣器持續進行實時性數據采樣；

(4)結束

當達到裝置的重置周期時，裝置整體啟動刷新，騰空內存及本體存儲，進入步驟(1)；

當收到站控端的關閉命令或近地端關閉時，裝置將中斷運行，進入關閉狀態。