CN110471019B - 特高频局部放电传感器性能检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电气设备绝缘状态监测技术领域，更具体地说，涉及特高频局部放电传感器性能新型检测方法及系统，所述方法包括：获取吉赫横电磁波传输室的传递函数；将被试传感器放置于吉赫横电磁波传输室内后：特高频脉冲发生器发出预定幅值和波形的预定脉冲信号；射频耦合器将预定脉冲信号按比例分配为输出脉冲信号和耦合脉冲信号；吉赫横电磁波传输室根据输出脉冲信号产生激励电场；超高速信号采集装置同时获取被试传感器根据激励电场产生的响应信号，以及射频耦合器耦合端输出的耦合脉冲信号；根据吉赫横电磁波传输室的传递函数、被试传感器的响应信号，以及耦合脉冲信号，得到被试传感器的等效响应高度。本发明能减小最终测量结果的偏差。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备绝缘状态监测技术领域，更具体地说，涉及特高频局部放电传感器性能新型检测方法及系统。
背景技术
传感器的性能灵敏度对于整个局部放电特高频系统来说是尤为重要的，传统的天线标定方法是针对规则的天线模型提出的，并且对于标定设备的要求较高，造价昂贵。局部放电特高频天线由于其应用场合的特殊性，造成其外形和性能要求与传统的天线有明显的差别，并且传统的标定方法对于天线性能检测也不适合于特高频天线。
英国Strythclyde大学的M.D.Judd首先提出了利用TEM传输线产生近似于GIS中传感器受到的电场，通过对传感器安装位置的处理，使其尽量接近真实GIS腔体的环境，并提出了传感器的灵敏度定义。日本的Shinnobu Ishigami 同样也利用了TEM波导对电场传感器进行了标定。M.D.Judd在总结之前经验的基础上，对传统的TEM传输线做了改进，去掉了原来的TEM终端匹配的要求，简化了测量系统的结构，使其工作频率延至数GHz，即GTEM标定。目前采用GTEM小室(吉赫横电磁波传输室)作为检测局部放电特高频传感器性能是国际通用的方法。
但是，基于脉冲激励GTEM小室法的局部放电特高频传感器检验比对过程包括两个必不可少的步骤，即分别测量脉冲激励下的参考传感器和被试传感器响应，由于ps级上升沿脉冲源的不稳定性和高速暂态过程中分布参数的变化，极易造成输入GTEM小室的电压脉冲幅度波动和波形变化。
在现有技术中进行特高频局部放电传感器性能检测时，针对标准探针和被试传感器，两次特高频脉冲发生器激励电压波形视为相同波形，但是由于特高频脉冲发生电路分布参数的影响，实际按照相同参数控制产生的脉冲波形会在幅值和波形上产生微小的不同，因此参考标准探针和被测局部放电特高频传感器两次被激励时GTEM小室内的电场波形也是不同的，对最终测量结果某些频率点会造成较大的偏差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供特高频局部放电传感器性能改进检测方法及系统，其能减小最终测量结果的偏差。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一方面，构造特高频局部放电传感器性能新型检测方法，包括：
获取吉赫横电磁波传输室的传递函数；
将被试传感器放置于吉赫横电磁波传输室内后：
特高频脉冲发生器发出预定幅值和波形的预定脉冲信号；
射频耦合器将预定脉冲信号按比例分配为输出脉冲信号和耦合脉冲信号；
吉赫横电磁波传输室根据输出脉冲信号产生激励电场；
超高速信号采集装置同时获取被试传感器根据激励电场产生的响应信号，以及射频耦合器耦合端输出的耦合脉冲信号；
根据吉赫横电磁波传输室的传递函数、被试传感器的响应信号，以及耦合脉冲信号，得到被试传感器的等效响应高度。
进一步地，所述被试传感器的响应信号为被试传感器的响应电压vs(t)，对应射频耦合器耦合端输出的耦合脉冲信号为耦合电压波形vg(t)。
更进一步地，所述根据吉赫横电磁波传输室的传递函数、被试传感器的响应信号，以及耦合脉冲信号，得到被试传感器的等效响应高度，具体包括：
分别将当前被试传感器的响应电压vs(t)和对应耦合电压波形vg(t)进行傅里叶变换，得到被试传感器变换后的响应电压Vs(f)和对应变换后的耦合电压波形Vg(f)；
根据吉赫横电磁波传输室的传递函数HGTEM(f)、被试传感器变换后的响应电压Vs(f)和对应变换后的耦合电压波形Vg(f)，计算得到被试传感器的等效响应高度Hsense(f)。
再进一步地，所述被试传感器的等效响应高度Hsense(f)的计算公式为：
公式(1)中，Vs(f)为被试传感器变换后的响应电压，Vg(f)为对应变换后的耦合电压波形，HGTEM(f)为吉赫横电磁波传输室的传递函数。
在上述技术方案中，所述获取吉赫横电磁波传输室的传递函数，具体包括：
以多个不同频率的预设连续波通过射频耦合器，激励吉赫横电磁波传输室；
同时测量吉赫横电磁波传输室中测试位置的电场EG(f)和射频耦合器耦合端输出的耦合电压VC(f)；
根据所述电场EG(f)和耦合电压VC(f)，计算得到吉赫横电磁波传输室的传递函数。
进一步地，所述吉赫横电磁波传输室传递函数HGTEM(f)的计算公式为：
公式(2)中，EG(f)为当前吉赫横电磁波传输室中测试位置的电场，VC(f) 为对应射频耦合器耦合端输出的耦合电压。
在上述技术方案中，所述获取吉赫横电磁波传输室的传递函数，具体包括：
以多个不同频率的预设连续波通过射频耦合器，激励吉赫横电磁波传输室；
同时测量吉赫横电磁波传输室中测试位置的电场EG(f)和输入至吉赫横电磁波传输室的电压VI(f)；
获取射频耦合器输出端对耦合端的传递函数Hcoupler(f)；
根据所述电场EG(f)、电压VI(f)和传递函数Hcoupler(f)计算得到吉赫横电磁波传输室的传递函数。
进一步地，所述吉赫横电磁波传输室传递函数HGTEM(f)的计算公式为：
公式(3)中，EG(f)为当前吉赫横电磁波传输室中测试位置的电场，VI(f) 为对应输入至吉赫横电磁波传输室的电压，Hcoupler(f)为射频耦合器输出端对耦合端的传递函数。
更进一步地，所述获取射频耦合器输出端对耦合端的传递函数Hcoupler(f)，具体包括：
通过网络分析仪测量射频耦合器输出端对输入端S21参数S21O和输出端对耦合端S21参数S21C；
根据公式(4)：
计算得到射频耦合器输出端对耦合端的传递函数。
另一方面，构造特高频局部放电传感器性能新型检测系统，包括：
特高频脉冲发生器，用于发出预定幅值和波形的预定脉冲信号；
射频耦合器，用于将预定脉冲信号按比例分配为输出脉冲信号和耦合脉冲信号；
吉赫横电磁波传输室，用于根据输出脉冲信号产生激励电场；
超高速信号采集装置，用于同时获取被试传感器根据激励电场产生的响应信号，以及射频耦合器耦合端输出的耦合脉冲信号；
所述特高频脉冲发生器与射频耦合器输入端相连；
所述射频耦合器的输出端与吉赫横电磁波传输室输入端相连；
所述超高速信号采集装置分别与射频耦合器的耦合端和吉赫横电磁波传输室的安装窗口相连。
实施本发明，具有以下有益效果：
本发明计算被试传感器的等效响应高度，是通过吉赫横电磁波传输室的传递函数、试传感器的响应信号，以及对应耦合脉冲信号求得的。整个测试过程特高频脉冲发生器只需要发送一次预定脉冲信号，不需要使用标准探针，因此就不会发生预定脉冲信号幅值和波形发生微小变化的可能。由此，本发明能够减小最终测量结果的偏差。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明所述的特高频局部放电传感器性能改进检测系统，包括：
特高频脉冲发生器1，用于发出预定幅值和波形的预定脉冲信号；
射频耦合器2，用于将预定脉冲信号按比例分配为输出脉冲信号和耦合脉冲信号；
吉赫横电磁波传输室(GTEM)3，用于根据输出脉冲信号产生激励电场；
超高速信号采集装置4，用于同时获取被试传感器根据激励电场产生的响应信号，以及射频耦合器耦合端输出的耦合脉冲信号；
所述特高频脉冲发生器1与射频耦合器2输入端相连；
所述射频耦合器2的输出端与吉赫横电磁波传输室3输入端相连；
所述超高速信号采集装置4分别与射频耦合器2的耦合端和吉赫横电磁波传输室3的安装窗口相连。
在本发明中，超高速信号采集装置4的基本要求为：采集信号模拟带宽不小于3GHz，实时采样率不低于每秒10G采样点，采集通道数不低于2个。
在本实施例中，超高速信号采集装置4采用高速示波器，其模拟带宽4GHz，实时采样率每秒40G采样点，2采样通道。
本发明所述的特高频局部放电传感器性能新型检测方法，包括：
101、获取吉赫横电磁波传输室(GTEM)3的传递函数；
将被试传感器放置于吉赫横电磁波传输室3内后：
102、特高频脉冲发生器1发出峰值为20V、上升沿为300ps、持续时长为5ns的预定脉冲信号；
103、射频耦合器2将预定脉冲信号按比例分配为输出端发送的输出电压和耦合端输出的耦合电压；所述射频耦合器2为超宽带射频耦合器；
104、吉赫横电磁波传输室3根据输出脉冲信号产生激励电场；
105、超高速信号采集装置4同时获取被试传感器根据激励电场产生的响应电压vs(t)，以及射频耦合器耦合端输出的耦合电压波形vg(t)；
106、根据吉赫横电磁波传输室3的传递函数、被试传感器的响应电压vs(t)，以及耦合电压波形vg(t)，得到被试传感器的等效响应高度；具体地：
1061、分别将当前被试传感器的响应电压vs(t)和对应耦合电压波形vg(t) 进行傅里叶变换，得到被试传感器变换后的响应电压Vs(f)和对应变换后的耦合电压波形Vg(f)；
1062、根据吉赫横电磁波传输室的传递函数HGTEM(f)、被试传感器变换后的响应电压Vs(f)和对应变换后的耦合电压波形Vg(f)，计算得到被试传感器的等效响应高度Hsense(f)。
所述被试传感器的等效响应高度Hsense(f)的计算公式为：
公式(1)中，Vs(f)为被试传感器变换后的响应电压，Vg(f)为对应变换后的耦合电压波形，HGTEM(f)为吉赫横电磁波传输室的传递函数。
在本实施例中获取GTEM3的传递函数有两种方法：
方法一：所述获取吉赫横电磁波传输室3的传递函数，具体包括：
以多个100MHz～2GHz的连续正弦波电压通过射频耦合器，激励吉赫横电磁波传输室；所述连续正弦波电压频率按照10MHz步进调节；
同时测量吉赫横电磁波传输室3中测试位置的电场EG(f)和射频耦合器2 耦合端输出的耦合电压VC(f)；
根据所述电场EG(f)和耦合电压VC(f)，计算得到吉赫横电磁波传输室3 的传递函数。
所述吉赫横电磁波传输室传递函数HGTEM(f)的计算公式为：
公式(2)中，EG(f)为当前吉赫横电磁波传输室3中测试位置的电场， VC(f)为对应射频耦合器2耦合端输出的耦合电压。
方法二：所述获取吉赫横电磁波传输室3的传递函数，具体包括：
以多个100MHz～2GHz的连续正弦波电压通过射频耦合器，激励吉赫横电磁波传输室；所述连续正弦波电压频率按照10MHz步进调节；
同时测量吉赫横电磁波传输室3中测试位置的电场EG(f)和输入至吉赫横电磁波传输室3的电压VI(f)；
获取射频耦合器2输出端对耦合端的传递函数Hcoupler(f)；
根据所述电场EG(f)、电压VI(f)和传递函数Hcoupler(f)计算得到吉赫横电磁波传输室的传递函数。
所述吉赫横电磁波传输室3传递函数HGTEM(f)的计算公式为：
公式(3)中，EG(f)为当前吉赫横电磁波传输室3中测试位置的电场， VI(f)为对应输入至吉赫横电磁波传输室3的电压，Hcoupler(f)为射频耦合器2 输出端对耦合端的传递函数。
针对传递函数Hcoupler(f)的计算过程：
所述获取射频耦合器输出端对耦合端的传递函数Hcoupler(f)，具体包括：
通过网络分析仪测量射频耦合器输出端对输入端S21参数S21O和输出端对耦合端S21参数S21C；
根据公式(4)：
计算得到射频耦合器输出端对耦合端的传递函数。
本发明计算被试传感器的等效响应高度，是通过吉赫横电磁波传输室的传递函数、试传感器的响应信号，以及对应耦合脉冲信号求得的。整个测试过程特高频脉冲发生器只需要发送一次预定脉冲信号，不需要使用标准探针，因此就不会发生预定脉冲信号幅值和波形发生微小变化的可能。由此，本发明能够减小最终测量结果的偏差。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种特高频局部放电传感器性能检测方法，其特征在于，包括：
获取吉赫横电磁波传输室的传递函数；
将被试传感器放置于吉赫横电磁波传输室内后：
特高频脉冲发生器发出预定幅值和波形的预定脉冲信号；
射频耦合器将预定脉冲信号按比例分配为输出脉冲信号和耦合脉冲信号；
吉赫横电磁波传输室根据输出脉冲信号产生激励电场；
超高速信号采集装置同时获取被试传感器根据激励电场产生的响应信号，以及射频耦合器耦合端输出的耦合脉冲信号；
根据吉赫横电磁波传输室的传递函数、被试传感器的响应信号，以及耦合脉冲信号，得到被试传感器的等效响应高度；
所述获取吉赫横电磁波传输室的传递函数，具体包括：
以多个不同频率的预设连续波通过射频耦合器，激励吉赫横电磁波传输室；
同时测量吉赫横电磁波传输室中测试位置的电场EG(f)和输入至吉赫横电磁波传输室的电压VI(f)；
获取射频耦合器输出端对耦合端的传递函数Hcoupler(f)；
根据所述电场EG(f)、电压VI(f)和传递函数Hcoupler(f)计算得到吉赫横电磁波传输室的传递函数。
2.根据权利要求1所述的特高频局部放电传感器性能检测方法，其特征在于，所述被试传感器的响应信号为被试传感器的响应电压vs(t)，对应射频耦合器耦合端输出的耦合脉冲信号为耦合电压波形vg(t)。
3.根据权利要求2所述的特高频局部放电传感器性能检测方法，其特征在于，所述根据吉赫横电磁波传输室的传递函数、被试传感器的响应信号，以及耦合脉冲信号，得到被试传感器的等效响应高度，具体包括：
分别将当前被试传感器的响应电压vs(t)和对应耦合电压波形vg(t)进行傅里叶变换，得到被试传感器变换后的响应电压Vs(f)和对应变换后的耦合电压波形Vg(f)；
根据吉赫横电磁波传输室的传递函数HGTEM(f)、被试传感器变换后的响应电压Vs(f)和对应变换后的耦合电压波形Vg(f)，计算得到被试传感器的等效响应高度Hsense(f)。
4.根据权利要求3所述的特高频局部放电传感器性能检测方法，其特征在于，所述被试传感器的等效响应高度Hsense(f)的计算公式为：
公式(1)中，Vs(f)为被试传感器变换后的响应电压，Vg(f)为对应变换后的耦合电压波形，HGTEM(f)为吉赫横电磁波传输室的传递函数。
5.根据权利要求4所述的特高频局部放电传感器性能检测方法，其特征在于，所述获取吉赫横电磁波传输室的传递函数，具体包括：
以多个不同频率的预设连续波通过射频耦合器，激励吉赫横电磁波传输室；
同时测量吉赫横电磁波传输室中测试位置的电场EG(f)和射频耦合器耦合端输出的耦合电压VC(f)；
根据所述电场EG(f)和耦合电压VC(f)，计算得到吉赫横电磁波传输室的传递函数。
6.根据权利要求5所述的特高频局部放电传感器性能检测方法，其特征在于，所述吉赫横电磁波传输室传递函数HGTEM(f)的计算公式为：
公式(2)中，EG(f)为当前吉赫横电磁波传输室中测试位置的电场，VC(f)为对应射频耦合器耦合端输出的耦合电压。
7.根据权利要求1所述的特高频局部放电传感器性能检测方法，其特征在于，所述吉赫横电磁波传输室传递函数HGTEM(f)的计算公式为：
公式(3)中，EG(f)为当前吉赫横电磁波传输室中测试位置的电场，VI(f)为对应输入至吉赫横电磁波传输室的电压，Hcoupler(f)为射频耦合器输出端对耦合端的传递函数。
8.根据权利要求7所述的特高频局部放电传感器性能检测方法，其特征在于，所述获取射频耦合器输出端对耦合端的传递函数Hcoupler(f)，具体包括：
通过网络分析仪测量射频耦合器输出端对输入端S21参数S21O和输出端对耦合端S21参数S21C；
根据公式(4)：
计算得到射频耦合器输出端对耦合端的传递函数。
9.一种特高频局部放电传感器性能检测系统，其特征在于，包括：
特高频脉冲发生器(1)，用于发出预定幅值和波形的预定脉冲信号；
射频耦合器(2)，用于将预定脉冲信号按比例分配为输出脉冲信号和耦合脉冲信号；
吉赫横电磁波传输室(3)，用于根据输出脉冲信号产生激励电场；
超高速信号采集装置(4)，用于同时获取被试传感器根据激励电场产生的响应信号，以及射频耦合器耦合端输出的耦合脉冲信号；
所述特高频脉冲发生器(1)与射频耦合器(2)输入端相连；
所述射频耦合器(2)的输出端与吉赫横电磁波传输室(3)输入端相连；
所述超高速信号采集装置(4)分别与射频耦合器(2)的耦合端和吉赫横电磁波传输室(3)的安装窗口相连；
所述吉赫横电磁波传输室(3)的传递函数通过以下方式获得：
以多个不同频率的预设连续波通过射频耦合器(2)，激励吉赫横电磁波传输室(3)；
同时测量吉赫横电磁波传输室(3)中测试位置的电场EG(f)和输入至吉赫横电磁波传输室(3)的电压VI(f)；
获取射频耦合器(2)输出端对耦合端的传递函数Hcoupler(f)；
根据所述电场EG(f)、电压VI(f)和传递函数Hcoupler(f)计算得到吉赫横电磁波传输室(3)的传递函数。
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|---|
| GIS局部放电特高频传感器接收特性表征研究;李兴旺 等;《广东电力》;20130930;第26卷(第9期);第56页第1.1节第2段、图2 * |
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