一种高频局部放电等效信号源制造技术

本发明专利技术公开了一种高频局部放电等效信号源，其特征在于包括：逻辑控制与数字信号生成模块：生成局部放电数字信号传输到高频模拟信号发生模块，并生成时基信号传输到时基信号同步模块；高频模拟信号发生模块：将局部放电数字信号转换为局部放电模拟信号并将其传输到信号调理模块；信号调理模块：对局部放电模拟信号进行程控放大并将其转化为电荷信号传输到输出接口；时基信号同步模块：接收时基信号转换为时基同步信号并输送到输出接口；输出接口：输出电荷信号和时基同步信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子技术和电力信号检测
，尤其涉及一种高频局部放电等效信号源。
技术介绍
局部放电主要指的是高压电气设备中产生的一种物理现象。电力设备绝缘在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电。这种放电以仅造成导体间的绝缘局部短（路桥）接而不形成导电通道为限。每一次局部放电对绝缘介质都会有一些影响，轻微的局部放电对电力设备绝缘的影响较小，绝缘强度的下降较慢；而强烈的局部放电，则会使绝缘强度很快下降。这是使高压电力设备绝缘损坏的一个重要因素。局部放电对绝缘结构起着一种侵蚀作用，它对绝缘的破坏机理有以下几个方面：①带电粒子（电子、离子等）冲击绝缘，破坏其分子结构，如纤维碎裂，因而绝缘受到损伤；②由于带电离子的撞击作用，使该绝缘出现局部温度升高，从而易引起绝缘的过热，严重时就会出现碳化；③局部放电产生的臭氧（O3）及氮的氧化物（NO、NO2）会侵蚀绝缘，当遇有水分则产生硝酸，对绝缘的侵蚀更为剧烈；④在局部放电时，油因电解及电极的肖特基辐射效应使油分解，加上油中原来存在些杂质，故易使纸层处凝集着因聚合作用生成的油泥(多在匝绝缘或其他绝缘的油楔处)，油泥生成将使绝缘的介质损伤角激增，散热能力降低，甚至导致热击穿的可能性。局部放电的持续发展会使绝缘的劣化损伤逐步扩大，最终使绝缘正常寿命缩短、短时绝缘强度降低，甚至可能使整个绝缘击穿。最终会对高压电器设备造成严重损坏，甚至引发重大安全事故。国家的相关标准已经针对高压电器设备制定了强制性的局部放电监测。局部放电的监测已有大量的专用仪器可以应用。但高频局部放电信号的监测，还是有很多亟需解决的问题。其中很重要的一个问题，高频局部放电信号无法通过传统信号源进行模拟，由此导致测试仪器也无法精确的进行标定和验证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种高频局部放电等效信号源，用于为高频局放监测仪器提供多种标准的局部放电信号，为局部放电监测设备的标准化生产和标定提供重要的基础保障。本专利技术采用的技术方案如下：一种高频局部放电等效信号源，包括：逻辑控制与数字信号生成模块：生成局部放电数字信号传输到高频模拟信号发生模块，并生成时基信号传输到时基信号同步模块；高频模拟信号发生模块：即DAC芯片应用电路，将局部放电数字信号转换为局部放电模拟信号并将其传输到信号调理模块；信号调理模块：对局部放电模拟信号进行程控放大并将其转化为电荷信号传输到输出接口；时基信号同步模块：接收时基信号转换为时基同步信号并输送到输出接口；输出接口：输出电荷信号和时基同步信号。进一步的，逻辑控制与数字信号生成模块包括FPGA、与FPGA连接E2PROM和SRAM；E2PROM为系统参数存储区域，低功耗SRAM为系统缓存。逻辑控制与数字信号生成模块由大规模FPGA和存储器等元件组成，内部运行NIOS嵌入式程序和相应的时序逻辑。完成了基于多种数学模型构建的局部放电数字信号。这些数据输出到高频模拟信号发生模块，转换为模拟电压信号，再输出到信号调理模块，信号调理模块完成了信号的程控放大和电压至电荷信号的转换，最后，电荷信号输送到输出接口。另外，逻辑控制与数字信号生成模块配合时基信号同步模块生产了后端设备所需的时基同步信号，并输送到输出接口。局部放电信号有多种类型，典型的包括惰性气体放电、油隙放电、空气间隙放电、环氧介质放电等等。不同的类型，其幅度、频率等参数不同。通过结合理论计算，已构建出多种局放信号的数学模型。选择相应的局部放电种类，设定具体的参数。进一步的，FPGA使用CycloneIV。FPGA主要负责DAC波形生成，鉴于成本及性能的考虑，选Cyclone IV FPGA只需要两路电源供电，简化了电源分配网络，降低了电路板成本，减小了电路板面积，缩短了设计时间。进一步的，逻辑控制与数字信号生成模块还连接有USB模块，USB模块使用CYPRESS EZ-USB FX3芯片。用户可通过上位机软件程控FPGA输出数字信号到DAC CYPRESS EZ-USB FX3 是新一代USB3.0外设控制器，具有高度集成的灵活特性，可帮助开发人员为任何系统添加 USB 3.0 功能。EZ-USB FX3 具有一个可进行完全配置的并行通用可编程接口GPIF II，它可与任何处理器、ASIC 或 FPGA 连接。它可轻松无缝地连接至多种常用接口，比如异步 SRAM、异步和同步地址数据复用式接口、并行 ATA 等等。进一步的，信号调理模块包括：零点及增益补偿电路和滤波电路。进一步的，零点及增益补偿电路结构为集成运放U1正输入端通过电阻R5接地，U1的负输入端和输出端之间通过电阻R4连接，U1的负输入端连接电阻R1、R2和R3，电阻R1、R2、R3的另一端作为电路的三个输入端，集成运放U1的输出端作为电路输出端。进一步的，滤波电路结构为：集成运放U2的正输入端连接其输出端，U2的负输入端通过电容C3接地，U2的负输入端依次连接电阻R7和R6到输入端，电阻R6和R7间的节点通过电容C1连接到U2的输出端集成运放U2的输出端连接到集成运放U3的负输入端，集成运放U3的负输入端通过电容C4接地，U3的负输入端通过电容C2与U3输出端连接，U3的正输入端连接其输出端作为滤波电路的输出端。进一步的，信号调理模块的输出端和输入端分别通过缓冲器输出和输入信号。当DAC输出的模拟信号经缓冲器后，需要对信号调理和滤波，以便提高信号在最终输出时的品质。进一步的，逻辑控制与数字信号生成模块还与零点及增益补偿电路连接，便于对信号调理的控制。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、数字化的生成多种高频局部放电信号，其周期、幅度、上升\\下降时间、持续时间等参数可程控调节，放电种类可程控选择。2、根据局放信号的周期提供与标准局放信号同步的时基信号，以供监测设备使用。3、基于本专利技术，可使原本不宜标定的局放监测仪有了标准的检定、测试方法，使高压电气设备的局部放电试验更加准确可靠，为重点电气设备的安全运行提供保障。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本专利技术原理图；图2是本专利技术高频信号生成原理图；图3是本专利技术硬件框图；图4是本专利技术零点及增益补偿电路图；图5是本专利技术滤波电路图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面结合图1、图2对本专利技术作详细说明。实施例一种高频局部放电等效信号源，包括：逻辑控制与数字信号生成模块：生成局部放电数字信号传输到高频模拟信号发生模块，并生成时基信号传输到时基信号同步模块；高频模拟信号发生模块：将局部放电数字信号转换为局部放电模拟信号并将其传输到信号调理模块；信号调理模块：对局部放电模拟信号进行程控放大并将其转化为电荷信号传输到输出接口；时基信号同步模块：接收时基信号转换为时基同步信号并输送到输出接口；输出接口：输出电荷信号和时基同步信号。逻辑控制与数字信号生成模块包括FPGA、与FPGA连接E2PROM和SRAM。FPGA使用CycloneIV，E2PROM作为系统参数存储区域，低功耗SRAM为系统缓存。逻辑控制与数字信号生成模块还连接有USB模块，USB模块使用CYPRESS EZ-USB FX3芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频局部放电等效信号源，其特征在于包括：逻辑控制与数字信号生成模块：生成局部放电数字信号传输到高频模拟信号发生模块，并生成时基信号传输到时基信号同步模块；高频模拟信号发生模块：将局部放电数字信号转换为局部放电模拟信号并将其传输到信号调理模块；信号调理模块：对局部放电模拟信号进行程控放大并将其转化为电荷信号传输到输出接口；时基信号同步模块：接收时基信号转换为时基同步信号并输送到输出接口；输出接口：输出电荷信号和时基同步信号。

【技术特征摘要】
1.一种高频局部放电等效信号源，其特征在于包括：逻辑控制与数字信号生成模块：生成局部放电数字信号传输到高频模拟信号发生模块，并生成时基信号传输到时基信号同步模块；高频模拟信号发生模块：将局部放电数字信号转换为局部放电模拟信号并将其传输到信号调理模块；信号调理模块：对局部放电模拟信号进行程控放大并将其转化为电荷信号传输到输出接口；时基信号同步模块：接收时基信号转换为时基同步信号并输送到输出接口；输出接口：输出电荷信号和时基同步信号。2.根据权利要求1所述的一种高频局部放电等效信号源，其特征在于所述逻辑控制与数字信号生成模块包括FPGA、与FPGA连接E2PROM和SRAM。3.根据权利要求2所述的一种高频局部放电等效信号源，其特征在于所述FPGA使用CycloneIV。4.根据权利要求2所述的一种高频局部放电等效信号源，其特征在于所述逻辑控制与数字信号生成模块还连接有USB模块，USB模块使用CYPRESS EZ-USB FX3芯片。5.根据权利要求1所述的一种高频局部放电等效信号源，其特征在于所述信号调理模块包括：零点及增益补偿电路和滤波电路。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旻，杨珣，
申请(专利权)人：四川拓普测控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51