基于GIS信号检测的局部放电脉冲发生器及其方法技术

本发明专利技术涉及一种基于GIS信号检测的局部放电脉冲发生器，包括开关电源，电压源输入开关电源后，由开关电源为控制电路及数控高精度双极性高压电源提供工作电压，所述控制电路包括单片机、继电器动作单元及DA信号给定单元，其特征在于，所述单片机连接数控高精度双极性高压电源的控制端以形成输出正电压及输出负电压，所述局部放电脉冲发生器还包括脉冲形成回路，所述脉冲形成回路包括高压电容C、限流电阻R、延时线缆及水银开关。本发明专利技术的另一个技术方案是提供了一种基于上述的基于GIS信号检测的局部放电脉冲发生器的矩形脉冲发生方法。本发明专利技术的优点是给气体绝缘金属封闭开关设备特高频局部放电传感器提供了一个模拟局部放电的理想信号源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模拟局部放电信号的超高频脉冲发生器及其方法，其方波前沿陡峭，能连续触发，应用于电力电网中涉及到的气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的局部放电检测，属于电力电子行业。
技术介绍
局部放电检测有助于发现气体绝缘金属封闭开关设备内部的多种绝缘缺陷，是诊断气体绝缘金属封闭开关设备是否良好状态的重要手段，在局部放电检测中，特高频局部放电传感器的性能起着至关重要的作用，其用于气体绝缘金属封闭开关设备发生器放电时产生的特高频信号，将特高频信号转换成电信号。为了保证局部放电系统的稳定性及准确性，需要在设备投运前、检修后定期对气体绝缘金属封闭开关设备特高频局部放电传感器进行现场校验。为了对特高频局部放电传感器的灵敏度进行检验，需要向气体绝缘金属封闭开关设备内部注入模拟局部放电信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方波带宽合适、电压幅值精确，频率超高的方波发生器，用来检测GIS信号。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了一种基于GIS信号检测的局部放电脉冲发生器，包括开关电源，电压源输入开关电源后，由开关电源为控制电路及数控高精度双极性高压电源提供工作电压，所述控制电路包括单片机、继电器动作单元及DA信号给定单元，其特征在于，所述单片机连接数控高精度双极性高压电源的控制端以形成输出正电压及输出负电压，所述局部放电脉冲发生器还包括脉冲形成回路，所述脉冲形成回路包括高压电容C、阻值为R1的限流电阻R、特性阻抗为R2的延时线缆及水银开关，限流电阻R依次串接延时线缆、水银开关及匹配阻抗为R3的负载后再串接在高压电容C的两端，R1远大于R2，R2＝R3，单片机通过DA信号给定单元控制所述数控高精度双极性高压电源向所述高压电容C输出的电压，单片机通过继电器动作单元控制水银继电器进而控制水银开关断开或闭合。优选地，所述继电器动作单元包括光耦隔离电路及达林顿管电路，光耦隔离电路的输入端与所述单片机的输出端相连，光耦隔离电路的输出端连接达林顿管电路的输入端，达林顿管电路的输出端驱动所述水银继电器。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种基于上述的基于GIS信号检测的局部放电脉冲发生器的矩形脉冲发生方法，其特征在于，包括以下步骤为：由所述数控高精度双极性高压电源为所述高压电容充电，形成幅值为U0的高压后，经过限流电阻R后到特性阻抗为R2的延时线缆上，故在延时线缆的分布电容上也形成了幅值为U0的高压，当所述水银开关在所述控制电路的控制下闭合时，由于负载的匹配阻抗R3与延时线缆的特性阻抗R2相等，故在所述水银开关闭合的瞬间，负载上得到的是幅值为1/2U0的高压，由于所述K水银开关的吸合导致回路的阻抗发生突变，剩余部分幅值为1/2U0的高压经过延时线缆向所述数控高精度双极性高压电源方向反射，当反射到限流电阻R时，由于该限流电阻R的阻抗R1远远大于延时线缆的特性阻抗R2，造成波形的第二次反射，形成开路反射，反射的波形要反相，并以-1/2U0的幅值向负载方向反射，当到达负载时，正好与原先的幅值为1/2U0的高压相抵消，于是在负载上形成了一个幅值为1/2U0的高压，宽度为电磁波在延时线缆上传递2次的时间的一个矩形脉冲。本专利技术的优点是给气体绝缘金属封闭开关设备特高频局部放电传感器提供了一个模拟局部放电的理想信号源。传统的局放信号源电压幅值小于50V，脉宽400ns，频率低于50Hz。本专利技术提供的信号源解决了电压幅值高达400V的情况下上升沿保持小于300ps的要求，并且脉冲宽度可调(10ns-500ns、步进50ns)，频率高达100Hz(1Hz步进)。附图说明图1为本专利技术提供的一种超高频脉冲发生器的电路框图；图2为继电器动作单元电路图；图3为DA给定单元电路图；图4为脉冲形成回路电路图。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。如图1所示，本专利技术提供的一种基于GIS信号检测的超高频脉冲发生器包括开关电源、控制电路、高压电源及脉冲形成回路。220V的电压输入开关电源后，由开关电源为高压电源及控制电路提供工作电压。下面对主要电路部分作进一步展开描述：控制电路：控制电路主要用于控制水银继电器、高压电源等部分。本专利技术的控制电路的核心是单片机P89V51RD2，当然还包括其他的一些外围电路以及液晶显示电路及功能按键等一些其他的必要的输入输出器件，其还包括继电器动作单元及DA信号给定单元。结合图2，在继电器动作单元中，单片机P89V51RD2的输出经过8255扩展端口，然后经过光耦隔离电路，防止继电器吸合断开而带来的脉冲骚扰，最后经过芯片ULN2003内的达林顿管放大后驱动水银继电器，进而由水银继电器驱动脉冲形成回路中的水银开关K断开或闭合。如图3所示，在DA信号给定单元中，单片机P89V51RD2给数模转换芯片MAX531一个12位串行信号，经过数模转换并经过运放电路放大后，再经电压跟随电路后增加了输入阻抗，产生一定的模拟电压量，用于供给高压电源作为信号量，从而控制高压电源的电压输出，保证波形幅值的软件可调性及精度。在本实施例中，高压电源采用数控高精度双极性高压电源，不同于以往极性在后级用继电器切换的形式，在本专利技术中单片机P89V51RD2直接在数控高精度双极性高压电源的控制端控制正负切换，形成正的输出电压或负的输出电压。脉冲形成电路：脉冲形成电路则是通过电缆延时形成方波后或者直接输出，或者内接50欧姆的负载后输出。其具体电路如图4所示，包括高压电容C、阻抗为R1的限流电阻R、特性阻抗为R2的延时线缆1、水银开关K。在本实施例中，水银开关K选用日本进口水银针机械开关作为高压脉冲放电开关，通过利用过电流原理，驱动水银针，通过这种设计，其开关速度可远大于电子领域内常规使用的电子开关的开启速度(ns级)，可以使脉冲前沿达到300ps左右，不同于之前公布的ns级方波，只有波形前沿达到皮秒级别的脉冲发生器才可以专门用于特高频局部放电传感器提供一个模拟局部放电的理想信号源。脉冲形成电路的具体连接关系为：限流电阻R依次串接延时线缆1、开关K及负载后串接在高压电容C的两端。负载可以接内置负载也可以客户自己外置，其匹配阻抗为R3，在本实施例中，R3＝R2＝50欧姆，R1＝100K欧姆，远远大于R2。本专利技术还提供了一种基于上述脉冲发生器的矩形脉冲发生方法，包括以下步骤：由控制电路控制高压电源向高压电容C充电，充电后，高压电源的幅值为U0的输出高压经过限流电阻R后到特性阻抗为R2的延时线缆1上，故在延时线缆1的分布电容上也形成了幅值为U0的高压。当水银开关K闭合时，由于R3＝R2＝50欧姆，故在水银开关K闭合的瞬间，负载上得到的是幅值为1/2U0的高压。由于水银开关K的吸合导致回路的阻抗发生突变，剩余部分幅值为1/2U0的高压要经过延时线缆1向高压电源方向反射，当反射到限流电阻R时，由于RI＝100K欧姆，远远大于R2，故造成波形的第二次反射，形成开路反射，反射的波形要反相，并以-1/2U0的幅值向负载方向反射，当到达负载时，正好与原先的幅值为1/2U0的高压相抵消，于是在负载上形成了一个幅值为1/2U0的高压，宽度为电磁波在延时线缆上传递2次的时间的一个矩形脉。虽然本专利技术已以较佳实施例揭示如上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GIS信号检测的局部放电脉冲发生器，包括开关电源，电压源输入开关电源后，由开关电源为控制电路及数控高精度双极性高压电源提供工作电压，所述控制电路包括单片机、继电器动作单元及DA信号给定单元，其特征在于，所述单片机连接数控高精度双极性高压电源的控制端以形成输出正电压及输出负电压，所述局部放电脉冲发生器还包括脉冲形成回路，所述脉冲形成回路包括高压电容C、阻值为R1的限流电阻R、特性阻抗为R2的延时线缆(1)及水银开关(K)，限流电阻R依次串接延时线缆(1)、水银开关(K)及匹配阻抗为R3的负载后再串接在高压电容C的两端，R1远大于R2，R2＝R3，单片机通过DA信号给定单元控制所述数控高精度双极性高压电源向所述高压电容C输出的电压，单片机通过继电器动作单元控制水银继电器进而控制水银开关(K)断开或闭合。

【技术特征摘要】
1.一种基于GIS信号检测的局部放电脉冲发生器，包括开关电源，电压源输入开关电源后，由开关电源为控制电路及数控高精度双极性高压电源提供工作电压，所述控制电路包括单片机、继电器动作单元及DA信号给定单元，其特征在于，所述单片机连接数控高精度双极性高压电源的控制端以形成输出正电压及输出负电压，所述局部放电脉冲发生器还包括脉冲形成回路，所述脉冲形成回路包括高压电容C、阻值为R1的限流电阻R、特性阻抗为R2的延时线缆(1)及水银开关(K)，限流电阻R依次串接延时线缆(1)、水银开关(K)及匹配阻抗为R3的负载后再串接在高压电容C的两端，R1远大于R2，R2＝R3，单片机通过DA信号给定单元控制所述数控高精度双极性高压电源向所述高压电容C输出的电压，单片机通过继电器动作单元控制水银继电器进而控制水银开关(K)断开或闭合。2.如权利要求1所述的一种基于GIS信号检测的局部放电脉冲发生器，其特征在于，所述继电器动作单元包括光耦隔离电路及达林顿管电路，光耦隔离电路的输入端与所述单片机的输出端相连，光耦隔离电路的输出端连接达林顿管电路的输入端，达林顿管电路的输出端驱动所述水银继...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆锋，史贝娜，梁永增，王丽萍，史建华，魏波，
申请(专利权)人：上海三基电子工业有限公司，上海电器科学研究所集团有限公司，上海电器科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31