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高速数据采集卡在局部放电检测中的应用

一、局部放电检测技术背景介绍

局部放电,是绝缘介质中的一种电气放电,这种放电仅限制在被测介质中一部分且只使导体间的绝缘局部桥接,这种放电可能发生或可能不发生于导体的邻近。电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿,但可以导致电介质(特别是有机电介质)的局部损坏。若局部放电长期存在,在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验,但能够了解设备的绝缘状况,还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题,确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此,对电力设备进行局部放电测试是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验。我国国家标准和国际电工委员会都对此提出了相应规范。局部放电检测技术即是在这个背景下快速发展起来。


二、局部放电检测技术分类

局部放电检测技术主要有两大类,一种是电测法,一种是非电量检测法。

1、电检测法

局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动。每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质,引起试样外部电极上的电压变化。另外,每次放电过程持续时间很短,在气隙中一次放电过程在10 ns量级;在油隙中一次放电时间也只有1µs。根据Maxwell

电磁理论,如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于这两个原理。常见的检测方法有脉冲电流法、无线电干扰电压法、介质损耗分析法等等。特别是,20世纪80年代由S. A. Boggs博士和G. C. Stone博士提出的超高频检测法近年来得到广泛关注,并逐渐有实用化的产品问世。

电检测法有有脉冲电流法、无线电干扰电压法(RIV)、超高频(UHF)局部放电检测技术和介质损耗分析法(DLA)。

2、非电量检测法

局部放电发生时,常伴有光、声、热等现象的发生,对此,局部放电检测技术中也相应出现了光测法、声测法、红外热测法等非电量检测方法。较之电检测法,非电量检测方法具有抗电磁干扰能力强、与试样电容无关等优点。

非电量检测法主要有声测法、光测法和化学检测法


三、局部放电与采集卡的关系

不管用哪种检测方法,由于局部放电信号频率非常高,故需要非常高的信号采集器。

高速数据采集卡由于他采样率非常高、便于集成、支持多通道同步采集、通信方便和小巧等特点,非常适合于局部放电检测应用。

高速数据采集卡是将高频的模拟信号数字化,然后把数字信号通过接头传输到上位机中,一般是PCIPCIe、网线和USB接口。一般会通过外部触发(上升沿触发)来启动采集,由于局部放电采集的是瞬态信号,故采集卡在其中又被称作瞬态记录仪。实现的功能和示波器类似,但示波器不是模块化仪器,体积比较大,不太适合集成到其它设备中。高速数据采集卡在局部放电中的应用具体使用见下面框图:


一般会根据信号特征设置一个触发阈值,然后设置一个预触发长度和触发总长度,都是根据信号特征来设置的,如果需要关系触发前面很长一段时间的信号,那可以把预触发设置长一些,熠新科技的数据采集卡可以根据需要随意设置,最大能设置到2GB的预触发大小,这非常方面局部放电的应用。这个领域一般采样率在100MHZ左右,部分局部放电能到几GHZ,这个根据不同检测方法和信号有直接的关系。下面是具体采集模式展示: