CN104502812A - 局部放电采集方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种局部放电采集方法和装置。其中,局部放电采集方法包括:采集脉冲波形数据;检测所述脉冲波形数据中脉冲波形的幅值是否大于噪声阈值;以及如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于噪声阈值,则将脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲。通过本发明,解决了现有技术中难以分辨局部放电脉冲和干扰脉冲的问题,达到了准确区分局部放电脉冲和干扰脉冲的效果。

Description

局部放电采集方法和装置
技术领域
本发明涉及放电采集领域,具体而言,涉及一种局部放电采集方法和装置。
背景技术
绝缘的破坏或局部老化,多是从局部放电(Partial Discharge,简称为PD),后文用此简写)开始的。由于绝缘内部电场分布的不均匀性或存在缺陷或杂质,使局部电场集中,在电场集中的地方,就有可能使局部绝缘(如油隙或固体绝缘等)击穿或沿固体绝缘表面放电。这种放电只存在于绝缘的局部位置,而不会立即形成整个绝缘贯通性的击穿或闪络,称之为局部放电。气隙的放电时间很短,通常在10~100纳秒以内。油隙放电时间较长,约为数微秒或更长。
局部放电的产生,总是伴随着高频脉冲、电磁辐射、介质损耗、声、光、热和化学过程等现象。对绝缘内局部放电的探测,可根据这些不同的现象采用相应的方法来测量。每一种测量方法都有它本身的规律性,所测得的量值各自反映了局部放电的一个侧面。总的说来,测量方法可分为电气法和非电气法两大类,大致有以下几种:
A.电气法
(1)脉冲电流法――利用局部放电产生的脉冲电流在测试阻抗上的压降,通过放大后进行测量。
(2)介质损耗法――利用局部放电的损耗使tgδ增加的特点,在tgδ和外施电压曲线上找出tgδ的急增点来确定局部放电的起始放电电压。
(3)电磁辐射法――测量局部放电向周围辐射出的电磁波来确定局部放电的存在。
B.非电气法
(1)声波法――利用局部放电产生的可听声波,通过微音器或钛酸钡变换器(传感器)检出信号放大后进行测量。
(2)测光法――测量放电过程中发出的光来检测局部放电。
(3)测热法――测量放电过程中发出的热来测量局部放电。
(4)物理化学法――利用局部放电对绝缘介质产生的物理、化学变化来检测局部放电。
目前,在局部放电测量中,是以脉冲电流法为主,电磁辐射法和声波法为辅,且多用于定位中。其它方法应用者较少,只在一些特殊情况下应用。
一般来说,局部放电检测系统可分为三个子系统:耦合单元、传输线和局放测量仪器。耦合单元是由有源的或分立器件组成的四端口网络,用以将输入的PD脉冲电流转化成输出的电压脉冲信号。耦合单元测试电路与高压设备的连接方式可以参考IEC 60270中的基本模型。PD脉冲信号通过同轴线屏蔽电缆或光纤连接传输到局放测量仪器。随着电子测量技术的不断进步,PD测量仪器的进化也从模拟信号处理过渡到数字信号处理,大致可分为以下几个阶段:
全模拟PD测量仪器:输入前端的匹配衰减器将脉冲信号的幅值调理到合适的动态范围,视频放大器的作用可从两方面来理解,一是具有一定增益特性的带通滤波器,二是对脉冲电流进行一次积分来计算视在放电电荷的大小。经过脉冲峰值检测后,通用仪器常有两种显示方式:视在放电电荷的量表指示和局放放电的特征相位图谱。
由于早期模拟电路受到处理带宽的制约,仪器中的视频放大器所起的作用就是将快速脉冲信号通过积分电路转化成与放电电荷大小成正比例的慢速脉冲电压,通常输出脉冲电压的持续时间要比输入电流脉冲长的多。这种视频放大器可以通过带通滤波器实现。
依据IEC 60270中对滤波器带宽Δf=f2-f1的要求,PD测量仪器分为宽带型和窄带型两类仪器,简述如下:
(1)宽带仪器
这种宽带型仪器使用宽频带的放大器电路,IEC 60270约定了其传递函数的特征频率,如下:
下限截止频率:30kHz<f1<100kHz
上限截止频率:f2<500kHz
带宽:100kHz<Δf=f2-f1<400kHz
宽带仪器对耦合PD脉冲的响应是阻尼振荡波形,视在放电电荷Qa和脉冲极性都可从输出脉冲获得。输出脉冲持续时间比PD脉冲要大得多,可达数10us量级,相应的脉冲重复率约为100kHz。
(2)窄带仪器
这种窄带仪器使用窄带谐振型放大器,带宽Δf通常较小,而中心频率fm可在较宽的频带内调谐。IEC 60270同样约定了其传递函数的特征频率,如下:
中心频率:50kHz<fm<1000kHz
带宽:9kHz<Δf<30kHz
而且规定,传递函数在频率边沿处fm±Δf应当比通带内至少要低20dB。窄带型仪器对PD脉冲的响应是谐振振荡波,包络的正、负峰值与视在放电电荷Qa成正比,但脉冲极性已不可测。窄带型具有较差的脉冲分辨能力,达到100us,对应脉冲重复率10kHz,但其优点是通过调谐中心频率可以避开无线干扰。
前端模拟和后端数字PD测量仪器
基于模拟前端处理,沿用视频放大器将PD脉冲进行积分运算,此后“较慢”变化的脉冲信号被送入A/D转换器,通过数字信号处理算法就可计算视在放电电荷的量值。同时,交流试验电压也会被A/D转换器同步地采集,用以导出局部放电与工频周期相关的相位图谱,及用以表征局部放电的统计参量。
全数字PD测量仪器
全数字化的PD测量仪器有赖于现代先进的电子测量技术,超高速的A/D转换速率可用于局放瞬态脉冲波形的实时采集,高精度的量化位宽可增加输入动态范围从而提高局放测量的最小灵敏度。先进工艺水平还可将放大/衰减器、滤波器等前端模拟部件,和数字化的A/D转换器、FPGA控制器高度集成在一块电路板上,提高PD测量仪器的便携化水平。
局放测量结果的传统表述形式是放电特征谱图,即PRPD谱图或PRPS谱图。
PRPD谱图,全称Phase Resolved Partial Discharge,表征的是某一段统计时间内的放电次数(N)-放电量(Q)-放电相位(Φ)三者之间的相关性。从局放脉冲测量的角度来看,放电量可由时域脉冲波形的峰值经过校正环节得到,放电次数可统计一定时间内的脉冲个数,而放电相位却是与试验工频电压相关的,通用方法是采用外同步采集技术,将试验电压进行分压降低后接入局放仪器的外同步输入端口,于工频正弦电压的每个周期起始时刻触发采集,并且每次采集波形的时间长度都是固定的20ms。这样连续采集得到的是一系列以20ms为单元的波形组序列。每一个波形内能够保证是连续不间断的20ms,而波形之间是不连续的,有一定的时间间隔,但通过外同步技术可以弥补这种不确定时差带来的相位抖动,只要保证每次采集到的20ms波形与工频正弦波形的相关性是完全重合的。
PRPS谱图,全称Phase Resolved Pulse Sequence,表征的是放电量(Q)-放电相位(Φ)随着单周期(20ms)次序的演变序列。和PRPD谱图的区别在于,PRPD谱图是把一定统计时间内各个单周期的Q-Φ分布累积叠加到Q-Φ坐标系中,而PRPS谱图在三维上延伸出单周期的序列轴。但是,它们对局放脉冲测量的要求是相同的。
上述的全模拟和模数混合的两类局放仪器,在终端的局放结果表示形式上常采用的就是PRPD谱图或PRPS谱图,在试验现场检测中遇到局放脉冲和干扰脉冲难以分辨的问题,原因在于:局部放电以瞬态脉冲的形式向外传播,携带的有效放电信息是通过脉冲特征表现出来的,现有局放仪器按照IEC 60270:2000标准设计,最主要的检测量是局放脉冲的放电量和工频相关相位,分析方法在于宏观统计的综合表现特征,丢失掉的波形脉冲细节特征无法再得到还原,而这正是能有效区分局放和干扰的关键信息。
针对现有技术中难以分辨局部放电脉冲和干扰脉冲的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种局部放电采集方法和装置,以解决现有技术中难以分辨局部放电脉冲和干扰脉冲的问题。
为了实现上述目的,根据本发明实施例的一个方面,提供了一种局部放电采集方法。根据本发明的局部放电采集方法包括:采集脉冲波形数据;检测所述脉冲波形数据中脉冲波形的幅值是否大于噪声阈值;以及如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于噪声阈值,则将脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲。
进一步地,如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于噪声阈值,所述局部放电采集方法还包括:截取所述脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲片段;以及将截取到的脉冲片段存储到预先设置的存储片段。
进一步地,所述局部放电脉冲包括多个局部放电脉冲的脉冲片段,其中,截取所述脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲片段包括:依次截取所述脉冲波形的幅值大于噪声阈值的多个局部放电脉冲的脉冲片段,将截取到的脉冲片段存储到预先设置的存储片段包括:将截取到的所述多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上。
进一步地,在将截取到的所述多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上之后,所述局部放电采集方法还包括:依次获取所述环形缓存的存储片段上存储的每个局部放电脉冲的波形片段;利用预先设置的采样率对获取的每个局部放电脉冲的波形片段进行采样,得到采样结果;以及根据所述采样结果从所述每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间。
进一步地,在根据所述采样结果从所述每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间之后,所述局部放电采集方法还包括:计算相邻两个放电脉冲的时间间隔。
为了实现上述目的,根据本发明实施例的另一方面,提供了一种局部放电采集装置。根据本发明的局部放电采集装置包括:采集单元,用于采集脉冲波形数据;检测单元,用于检测所述脉冲波形数据中脉冲波形的幅值是否大于噪声阈值;以及确定单元,用于如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于噪声阈值,则将脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲。
进一步地,所述局部放电采集装置还包括:截取单元,用于如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于噪声阈值,截取所述脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲片段;以及存储单元,用于将截取到的脉冲片段存储到预先设置的存储片段。
进一步地,所述局部放电脉冲包括多个局部放电脉冲的脉冲片段,其中,所述截取单元包括:截取模块,用于依次截取所述脉冲波形的幅值大于噪声阈值的多个局部放电脉冲的脉冲片段,所述存储单元包括:存储模块,用于将截取到的所述多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上。
进一步地,所述局部放电采集装置还包括:获取单元,用于在将截取到的所述多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上之后,依次获取所述环形缓存的存储片段上存储的每个局部放电脉冲的波形片段;采样单元,用于利用预先设置的采样率对获取的每个局部放电脉冲的波形片段进行采样,得到采样结果;以及定位单元,用于根据所述采样结果从所述每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间。
进一步地,所述局部放电采集装置还包括:计算单元,用于在根据所述采样结果从所述每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间之后,计算相邻两个放电脉冲的时间间隔。
根据本发明实施例,通过采集脉冲波形数据;检测所述脉冲波形数据中脉冲波形的幅值是否大于噪声阈值;以及如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于噪声阈值,则将脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲,解决了现有技术中难以分辨局部放电脉冲和干扰脉冲的问题,达到了准确区分局部放电脉冲和干扰脉冲的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施例的局部放电采集方法的流程图;
图2是根据本发明实施例的波形捕获周期示意图;
图3是根据本发明实施例的脉冲序列在工频周期上的重组示意图;以及
图4是根据本发明实施例的局部放电采集装置的示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例提供了一种局部放电采集方法。
图1是根据本发明实施例的局部放电采集方法的流程图。如图1所示,该局部放电采集方法包括步骤如下:
步骤S102,采集脉冲波形数据。
步骤S104,检测脉冲波形数据中脉冲波形的幅值是否大于噪声阈值。
步骤S106,如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于噪声阈值,则将脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲。
采集设备对脉冲波形数据进行预采集,其中,脉冲波形包括干扰脉冲和局部放电脉冲,对这些脉冲数据进行统计采集。在采集到脉冲数据之后,检测该脉冲数据中脉冲波形的幅值大于预设的噪声阈值的脉冲波形。噪声阈值为根据干扰脉冲与局部放电脉冲的幅值关系预设设置的阈值,将幅值大于该噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲,小于噪声阈值的脉冲作为干扰脉冲,这样,能够快速地从脉冲波形中分别出局部放电脉冲,解决了现有技术中难以分辨局部放电脉冲和干扰脉冲的问题,达到了准确区分局部放电脉冲和干扰脉冲的效果。
优选地,如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于噪声阈值,局部放电采集方法还包括:截取脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲片段;以及将截取到的脉冲片段存储到预先设置的存储片段。
在检测出脉冲波形的幅值大于噪声阈值时,则认为该脉冲为局部放电脉冲,截取包含有该局部放电脉冲的脉冲片段,截取的脉冲波形长度可以根据需要进行设置。在截取到局部放电脉冲的脉冲片段后,去除干扰脉冲数据,存储该局部放电脉冲的脉冲片段,以便于对局部放电脉冲进行分析。
根据本发明实施例,使用脉冲触发的预采集技术,在采集时序上以噪声阈值为限,将大于阈值的脉冲波形和小于阈值的噪声波形分开,仅保存有用的脉冲波形序列,而去除冗余的噪声数据,达到高速数字采样下对数据量的压缩。
进一步的,局部放电脉冲包括多个局部放电脉冲的脉冲片段,其中,截取脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲片段包括:依次截取脉冲波形的幅值大于噪声阈值的多个局部放电脉冲的脉冲片段,将截取到的脉冲片段存储到预先设置的存储片段包括:将截取到的多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上。
由于采集的脉冲波形数据为连续的波形数据,局部放电通常也是不间断的放电,因此,采集到的局部放电脉冲会存在多个脉冲片段。本发明实施例中,依次截取每次局部放电的脉冲片段,并将截取到的脉冲片段按照顺序依次存储到环形缓存的存储片段中。
具体地,对于放电脉冲和干扰噪声的有效分离,本发明实施例中,采用脉冲触发的预采集技术,针对有效局放脉冲仅占单周期20ms波形相当短暂的时间,以检测脉冲的通道自身作为触发源,设定约略高于噪声阈值但低于脉冲幅值之间的某个触发电平。
采集设备先期会预采集pre-trigger设定的采样点数,并等待触发。在没有检测到超过噪声阈值的局放脉冲时,即触发条件不满足,采集设备会不断的预采集数据,但并不向主机传输数据,而是利用固定存储空间循环地更新预采集数据;只有脉冲到来时,采集设备接收到一次触发,剩余的post-trigger设定的采样点数才会被采集存储到与pre-trigger连续的存储缓存中去,作为第一个片段(Record#1)。
这样仅完成了一次脉冲的触发采集,采集设备接下来可被设置到接收下一次触发采集,并将到来的第二个脉冲数据存储到环形缓存(circular buffer)的第二个片段(Record#2)中去。如此反复,每一次的放电脉冲就被缓存到环形缓存的各个存储片段上。
优选地,在将截取到的多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上之后,局部放电采集方法还包括:依次获取环形缓存的存储片段上存储的每个局部放电脉冲的波形片段;利用预先设置的采样率对获取的每个局部放电脉冲的波形片段进行采样,得到采样结果;以及根据采样结果从每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间。
从环形缓存中获取局部放电的脉冲片段,采集卡利用预先设置的采样率对每个局部放电脉冲的脉冲片段进行采样,其中,采集卡可以是数字示波器,设置的采样率可以是可达到5GS/s。一般而言,放电脉冲的持续时间不会超过2us,相当于采样点数是10K,每个采样点的时间间隔是0.2ns。从气体放电理论可知,气隙放电脉冲的上升时间可以短至几个ns。这样的高速率采样就可能真实地还原放电波形,并从时域、频域等不同角度分析放电特征。
本发明实施例中,根据采样结果可以确定每一个局部放电脉冲的发生时间,实现对局部放电脉冲的准确定位。
进一步地,在根据采样结果从每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间之后,局部放电采集方法还包括:计算相邻两个放电脉冲的时间间隔。
在确定出每个局部放电脉冲的发生时间之后,计算相邻两个放电脉冲的时间间隔,还可以计算每个放电脉冲与第一个放电脉冲的相位差等数据,以便于对局部放电进行分析。
具体地,本发明实施例中,采用上述数字示波器对放电脉冲的发生时刻进行精准定位,时间精度达到2ns,相关于工频周期的相位精度达到0.000036°。使用NI-Scope高速数据采集卡的“time-stamping on events”特性,内置时钟可以准确记录触发事件发生的时刻信息timestamp,精度达到2ns。
使用timestamp就可将单次触发采集的脉冲波形序列建立起内在的关联性。由交流电压下的局部放电理论可知,影响放电强弱的因素之一就是施加在气隙两端的电压差ΔU,在工频正弦下,反映在两次相邻放电之间的时间间隔。因此,每次脉冲来临是记录到的timestamp形成的时间序列,通过逐次递归可以计算出脉冲发生的时间间隔,就可以把单次脉冲重组到与工频周期相关的相位位置上。这对局部放电的PRPD谱图或PRPS谱图的形成是至关重要的一步。
本发明实施例中,使用Multi-Record的环形缓存技术,在连续触发采集之间不会有软件引起的间隔时差。但是数字示波器从信号采样捕获到波形样本的处理过程中,示波器就处于无信号状态,无法继续监测被测信号,这就是所谓的“死区时间”。波形捕获周期示意图如图2所示。
图3显示了一个波形捕获周期的示意图。捕获周期由有效捕获时间和死区时间周期组成。在有效捕获时间内,示波器按照用户设定波形样本数进行捕获,并将其写入采集存储器中。捕获的死区时间包含固定时间和可变时间两部分。固定时间具体取决于各个仪器的架构本身。可变时间则取决于处理所需的时间,它与设定的捕获样本数(记录长度)、水平刻度、采样率以及所选后处理功能(例如,插值、数学函数、测量和分析)多少都有直接关系。
在环形缓存上分片段存储的Multi-Record技术可以大幅缩短死区时间,比如NI-Scope PXIe-5162高速数字化仪称之为Rearm Time,指标可达700ns。这一指标对局放脉冲检测的重大意义在于,由于在交流电压的工频周期内放电是重复发生的,且脉冲间隔是随机不确定的,所以,对任何采集设备而言,都有在一定程度上捕捉不到某一次放电脉冲的几率存在。在局部放电测量标准里,通过脉冲重复率这一术语来表现局放测量仪器的性能,脉冲重复率的定义是单位时间内可以捕捉到的放电脉冲个数,单位用kHz。换句话说就是能够捕捉到相邻的放电脉冲的最小时间间隔。
对高速数据采集卡而言,如果两次放电脉冲发生的时间间隔小于采集卡的RearmTime,则就会漏掉第二次触发的脉冲,这样就可估算得出,如果使用NI-ScopePXIe-5162采集卡进行局放脉冲检测,捕获时间间隔最小为700ns,相应的脉冲重复率就是1.4MHz(=1/700ns)。不同的局放测量仪器都会提供“脉冲重复率”这一指标,比如,Doble LDS-6的脉冲重复率是100kHz,TechIMP PDCheck的脉冲重复率指标是1MHz。
本发明实施例还提供了一种局部放电采集装置。需要说明的是,本发明实施例的局部放电采集装置可以用于执行本发明实施例所提供的局部放电采集方法,本发明实施例的局部放电采集方法也可以通过本发明实施例所提供的局部放电采集装置来执行。
图4是根据本发明实施例的局部放电采集装置的示意图。如图4所示,该局部放电采集装置包括:采集单元10、检测单元20和确定单元30。
采集单元10用于采集脉冲波形数据。
检测单元20用于检测脉冲波形数据中脉冲波形的幅值是否大于噪声阈值。
确定单元30用于如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于噪声阈值,则将脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲。
具体地,采集单元10、检测单元20和确定单元30可以设置在采集设备中,采集单元10对脉冲波形数据进行预采集,其中,脉冲波形包括干扰脉冲和局部放电脉冲,对这些脉冲数据进行统计采集。在采集到脉冲数据之后,检测单元20检测该脉冲数据中脉冲波形的幅值大于预设的噪声阈值的脉冲波形。噪声阈值为根据干扰脉冲与局部放电脉冲的幅值关系预设设置的阈值,将幅值大于该噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲,小于噪声阈值的脉冲作为干扰脉冲,这样,能够快速地从脉冲波形中分别出局部放电脉冲,解决了现有技术中难以分辨局部放电脉冲和干扰脉冲的问题,达到了准确区分局部放电脉冲和干扰脉冲的效果。
优选地,局部放电采集装置还包括:截取单元,用于如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于噪声阈值,截取脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲片段;以及存储单元,用于将截取到的脉冲片段存储到预先设置的存储片段。
截取单元和存储单元均可以设置在采集设备中,在检测出脉冲波形的幅值大于噪声阈值时,则认为该脉冲为局部放电脉冲,截取包含有该局部放电脉冲的脉冲片段,截取的脉冲波形长度可以根据需要进行设置。在截取到局部放电脉冲的脉冲片段后,去除干扰脉冲数据,存储该局部放电脉冲的脉冲片段,以便于对局部放电脉冲进行分析。
根据本发明实施例,使用脉冲触发的预采集技术,在采集时序上以噪声阈值为限,将大于阈值的脉冲波形和小于阈值的噪声波形分开,仅保存有用的脉冲波形序列,而去除冗余的噪声数据,达到高速数字采样下对数据量的压缩。
优选地,局部放电脉冲包括多个局部放电脉冲的脉冲片段,其中,截取单元包括:截取模块,用于依次截取脉冲波形的幅值大于噪声阈值的多个局部放电脉冲的脉冲片段,存储单元包括:存储模块,用于将截取到的多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上。
由于采集的脉冲波形数据为连续的波形数据,局部放电通常也是不间断的放电,因此,采集到的局部放电脉冲会存在多个脉冲片段。本发明实施例中,依次截取每次局部放电的脉冲片段,并将截取到的脉冲片段按照顺序依次存储到环形缓存的存储片段中。
具体地,对于放电脉冲和干扰噪声的有效分离,本发明实施例中,采用脉冲触发的预采集技术,针对有效局放脉冲仅占单周期20ms波形相当短暂的时间,以检测脉冲的通道自身作为触发源,设定约略高于噪声阈值但低于脉冲幅值之间的某个触发电平。
采集设备先期会预采集pre-trigger设定的采样点数,并等待触发。在没有检测到超过噪声阈值的局放脉冲时,即触发条件不满足,采集设备会不断的预采集数据,但并不向主机传输数据,而是利用固定存储空间循环地更新预采集数据;只有脉冲到来时,采集设备接收到一次触发,剩余的post-trigger设定的采样点数才会被采集存储到与pre-trigger连续的存储缓存中去,作为第一个片段(Record#1)。
这样仅完成了一次脉冲的触发采集,采集设备接下来可被设置到接收下一次触发采集,并将到来的第二个脉冲数据存储到环形缓存(circular buffer)的第二个片段(Record#2)中去。如此反复,每一次的放电脉冲就被缓存到环形缓存的各个存储片段上。
优选地,局部放电采集装置还包括:获取单元,用于在将截取到的多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上之后,依次获取环形缓存的存储片段上存储的每个局部放电脉冲的波形片段;采样单元,用于利用预先设置的采样率对获取的每个局部放电脉冲的波形片段进行采样,得到采样结果;以及定位单元,用于根据采样结果从每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间。
从环形缓存中获取局部放电的脉冲片段,采集卡利用预先设置的采样率对每个局部放电脉冲的脉冲片段进行采样,其中,采集卡可以是数字示波器,设置的采样率可以是可达到5GS/s。一般而言,放电脉冲的持续时间不会超过2us,相当于采样点数是10K,每个采样点的时间间隔是0.2ns。从气体放电理论可知,气隙放电脉冲的上升时间可以短至几个ns。这样的高速率采样就可能真实地还原放电波形,并从时域、频域等不同角度分析放电特征。
本发明实施例中,根据采样结果可以确定每一个局部放电脉冲的发生时间,实现对局部放电脉冲的准确定位。
进一步地,局部放电采集装置还包括:计算单元,用于在根据采样结果从每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间之后,计算相邻两个放电脉冲的时间间隔。
在确定出每个局部放电脉冲的发生时间之后,计算相邻两个放电脉冲的时间间隔,还可以计算每个放电脉冲与第一个放电脉冲的相位差等数据,以便于对局部放电进行分析。
本发明实施例还提供了一种局部放电采集系统:NI-Scope高速数据采集卡、NI-PXIe工作平台、Haefely脉冲校准器、TechIMP HFCT局放传感器等,
具体工作过程如下:
①连接Haefely脉冲校准器和TechIMP HFCT传感器。使用脉冲校准器的CAL×1输出端连线从HFCT传感器的内芯中穿过,再与GND输出端连线连接。
②HFCT传感器和数据采集卡的连接。使用一条两端均为BNC接口的同轴屏蔽电缆将HFCT传感器的信号输出端口通过局放信号调理单元连接到数据采集卡的信号输入端口CH 1。
③打开采集卡测量软件NI-Scope SFP,设置采样参数为:采样率5GS/s,采集长度10K,设置触发参数为:触发源CH 1,触发电平根据脉冲校准器的输出幅值而定,要略低于脉冲幅值;设置波形参数为:Multi-Record个数1K。
④打开脉冲触发器开关至ON位置,旋转pC档位设到50pC输出,采集卡测量的脉冲幅值约为50mV,则校准系数α=1mV/pC。此时设置触发电平到40mV,点击开始采集。
⑤提取单个脉冲触发的精确时刻,精度达到2ns。触发时刻分为Absolute Initial X和Relative Initial X,定义单脉冲的触发时刻为
Ti=Absolute Initial X+Relative Initial X
式中,Ti是第i个单脉冲的触发时刻,单位是ms,精度要达到1us,i=1,2,…,N,N是检测到的脉冲个数,即前面预设的Multi-Record个数,N=1000。
⑥计算单脉冲的幅值,记为Ai。
⑦利用校正系数归算出第i个单脉冲的放电量,Qi=α·Ai。
⑧计算第i个单脉冲和第1个单脉冲之间的相位差。具体分为四小步:
8a)修正脉冲峰值对应的时刻pTi
pTi=Ti+δi
式中,Ti是⑤中的触发时刻,δi是脉冲峰值相对触发时刻的时间偏移。
8b)计算脉冲序列之间的时间差ΔTi
ΔTi=pTi-pT1
8c)计算与时间差相当的相位差
ΔΦi=360·(ΔTi/20)
8d)将相位差ΔΦi对360°取余,归算到0~360°范围以内。
⑨(ΔΦi,Qi)就成为放电相位谱图坐标系Q-Φ中的第i个放电点,i=1,2,…,N。
根据本发明实施例,可以达到如下效果:
利用先进的高速数字示波器或数据采集卡实现局部放电的单脉冲检测,同时可保留传统上的局放表述形式PRPD谱图和PRPS谱图。与传统测量方式的不同之处在于,由于解除了对20ms单周期采集长度的限制要求,可以使用到非常高速的采样率,其优势就表现在局部放电脉冲波形的高真还原,并能在高级的数字信号处理算法中,从时域、频域、时频域或小波域等多威角度发现局部放电的本质特征和性质。
另外,本发明方法对局放测量的外部同步要求降低,这对现场的局部放电带电检测工作是比较方便的。
需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本发明,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置,可通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、移动终端、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种局部放电采集方法,其特征在于,包括:
采集脉冲波形数据;
检测所述脉冲波形数据中脉冲波形的幅值是否大于噪声阈值;以及
如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于所述噪声阈值,则将脉冲波形的幅值大于所述噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲。
2.根据权利要求1所述的局部放电采集方法,其特征在于,如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于所述噪声阈值,所述局部放电采集方法还包括:
截取所述脉冲波形的幅值大于所述噪声阈值的脉冲片段;以及
将截取到的脉冲片段存储到预先设置的存储片段。
3.根据权利要求2所述的局部放电采集方法,其特征在于,所述局部放电脉冲包括多个局部放电脉冲的脉冲片段,其中,
截取所述脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲片段包括:依次截取所述脉冲波形的幅值大于所述噪声阈值的多个局部放电脉冲的脉冲片段,
将截取到的脉冲片段存储到预先设置的存储片段包括:将截取到的所述多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上。
4.根据权利要求3所述的局部放电采集方法,其特征在于,在将截取到的所述多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上之后,所述局部放电采集方法还包括:
依次获取所述环形缓存的存储片段上存储的每个局部放电脉冲的波形片段;
利用预先设置的采样率对获取的每个局部放电脉冲的波形片段进行采样,得到采样结果;以及
根据所述采样结果从所述每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间。
5.根据权利要求4所述的局部放电采集方法,其特征在于,在根据所述采样结果从所述每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间之后,所述局部放电采集方法还包括:
计算相邻两个放电脉冲的时间间隔。
6.一种局部放电采集装置,其特征在于,包括:
采集单元,用于采集脉冲波形数据;
检测单元,用于检测所述脉冲波形数据中脉冲波形的幅值是否大于噪声阈值;以及
确定单元,用于如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于所述噪声阈值,则将脉冲波形的幅值大于所述噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲。
7.根据权利要求6所述的局部放电采集装置,其特征在于,所述局部放电采集装置还包括:
截取单元,用于如果检测出采集到的脉冲波形的幅值大于所述噪声阈值,截取所述脉冲波形的幅值大于噪声阈值的脉冲片段;以及
存储单元,用于将截取到的脉冲片段存储到预先设置的存储片段。
8.根据权利要求7所述的局部放电采集装置,其特征在于,所述局部放电脉冲包括多个局部放电脉冲的脉冲片段,其中,
所述截取单元包括:截取模块,用于依次截取所述脉冲波形的幅值大于所述噪声阈值的多个局部放电脉冲的脉冲片段,
所述存储单元包括:存储模块,用于将截取到的所述多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上。
9.根据权利要求8所述的局部放电采集装置,其特征在于,所述局部放电采集装置还包括:
获取单元,用于在将截取到的所述多个局部放电脉冲的脉冲片段依次存储到预先设置的环形缓存的存储片段上之后,依次获取所述环形缓存的存储片段上存储的每个局部放电脉冲的波形片段;
采样单元,用于利用预先设置的采样率对获取的每个局部放电脉冲的波形片段进行采样,得到采样结果;以及
定位单元,用于根据所述采样结果从所述每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间。
10.根据权利要求9所述的局部放电采集装置,其特征在于,所述局部放电采集装置还包括:
计算单元,用于在根据所述采样结果从所述每个局部放电脉冲的波形片段中确定放电脉冲的发生时间之后,计算相邻两个放电脉冲的时间间隔。
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