CN110673075A - 一种特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价方法,具体步骤如下：（1）、将待测设备接入到评价装置；（2）、针对电磁干扰四种类型，控制信号发生器发射不同类型的信号，依据考核等级控制信号发生器所发信号的大小，得出评价等级及评分；（3）分别改变四类干扰信号类型，得到各类干扰下的UHF检测仪评分，平均得分即为被检测UHF检测仪的最终得分。本发明基于信噪比的原则，首次提出特高频局部放电检测仪器等级评价及评分评价方法；本发明为电力设备特高频局部放电检测装置抗干扰性能提供了有效的评价方法，填补了行业内对于局部放电特高频检测装置抗干扰性能评价装置的空白。

Description

一种特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价方法
技术领域
本发明涉及局部放电检测仪的校验评价技术领域，尤其是涉及一种特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价方法。
背景技术
局部放电特高频（Ultra high frequency,UHF）检测已经成为气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）、变压器、电缆等高压电力设备绝缘状态检测的一项关键技术，尤其对突发性故障的早期发现比色谱及气体分析等方法有效得多。运行经验表明，现场局部放电检测的误报、漏报问题十分严重，电磁干扰问题是长期困扰局部放电在线监测技术应用的关键技术瓶颈。
目前，电网企业为了推动电力设备局部放电状态检测技术的发展，制定了一系列的标准和规范。这些标准包括通用技术要求和专项要求两大部分。通用技术规范规定了包括带电检测和在线监测设备在环境适应性、电磁兼容性能等方面的一般要求，这是保证设备能够在变电站环境下正常工作的基本条件。专项规范则规定了局部放电检测装置专有检测性能的要求和检验方法，如传感器耦合性能、检测系统灵敏度和动态范围等。其中，传感器耦合特性、系统灵敏度、动态范围反映了局部放电检测装置的核心硬件性能，是确保装置能够有效探测微弱放电和正确反映放电强度的关键指标。然而，由于变电站现场电磁干扰的复杂性，特别是对局部放电检测中存在的电磁干扰特性缺乏系统的研究，导致现有标准对局部放电检测装置抗电磁干扰能力缺乏有效的评价方法，该领域的研究基本处于空白状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价方法，该评价方法在进行特高频局部放电检测仪器抗干扰性能的评价时，采用判断信噪比的方法对设备进行打分评价。此方法应用于局部放电特高频检测装置的入网检测、实验室对局部放电检测仪器抗干扰性能的评价，对于填补局部放电检测装置抗干扰性能评价的空白，完善局部放电状态检测技术标准具有工程实用价值。
本发明的目的是这样实现的：
一种特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价方法，特征是：具体步骤如下：
（1）、将待测设备接入到特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价装置，所述评价装置包括控制系统、信号发生器、功率放大器、GIS实体模型、发射传感器和接收传感器；
（2）、针对电磁干扰四种类型，工作人员控制信号发生器发射不同类型的信号，依据考核等级控制信号发生器所发信号的大小，得出评价等级及评分；
（3）分别改变电磁干扰四种类型，得到各类干扰下的UHF检测仪评分，平均得分即为被检测UHF检测仪的最终得分。
所述控制系统包括软件上位机、典型干扰数据存储单元、控制命令输出端口模块和待检测仪器通信端口模块，所述信号发生器包括信号发射模块、序列发射控制模块和多个信号输出通道，所述GIS实体模型包括高压套管、断路器、封闭式绝缘盆子、开放式绝缘盆子、实验观察窗和GIS腔体，所述高压套管、断路器、封闭式绝缘盆子、开放式绝缘盆子和实验观察窗均与GIS腔体通过金属螺栓连接，所述发射传感器包括内置UHF传感器和噪声传感器，所述接收传感器包括多个单极探针。
所述软件上位机能直接控制典型干扰数据存储单元、控制命令输出端口模块、待检测仪器通信端口模块执行相应的工作；所述序列发射控制模块、信号发射模块和多个信号输出通道依次连接，所述信号发射模块用于还原现场和实验室采集到的特高频信号，所述序列发射控制模块用于实现随机型脉冲信号、间歇性脉冲信号和窄带通信信号的编辑还原，所述多个信号输出通道通过信号发生器发射多种典型干扰信号。
所述发射传感器采用内置UHF传感器注入信号，采用噪声传感器向环境空间中发射干扰信号。
所述电磁干扰划分四种类型，根据变电站现场电磁干扰信号的实测，结合局部放电监测装置的工作特点和易受影响侧程度，将电磁干扰划分为四种类型且四种干扰可以覆盖现场检测中可能发生的全部典型类型，包含：窄带通信干扰、规则脉冲与随机脉冲干扰、单一放电类脉冲干扰、多类型混叠干扰。
所述考核等级，基于信噪比的高低构建了如下三种考核等级：
I级：SNR≈1:0.5，表征的是局部放电信号略高于干扰信号水平且可通过调节阈值提取有用信号，但仅通过提高阈值将造成局部放电信号图谱失真的典型情况；
II级：SNR≈1:1，表征的是局部放电信号与干扰信号水平相当，难以直接通过阈值设置提取有用信号的典型情况；
III级：SNR≤1:2，代表了局部放电信号从幅度上被干扰信号完全淹没，不采用针对性的抗干扰措施根本无法正常实施检测的典型情况。
考虑工程因素误差控制在±10%以内，如表1所示。
表1 局部放电检测装置抗电磁干扰能力量化分级
Figure DEST_PATH_IMAGE001
所述评分模型，考虑到现场检测信噪比1:2远非电磁干扰的极限，且具体情况差异极大，为进一步量化评价检测装置抗干扰性能的优劣，提出了在上述三级的基础上评分的模型：
Figure 100002_1
其中，Score为被测装置抗干扰能力的评分，SNR为设备内部局部放电信号幅值与干扰信号幅值之比，k为拟合的修正因子。
该模型构造的基本原则是：当被检测装置恰好通过I级干扰条件的考核时（即SNR=2），抗干扰性能的得分为60分；被测装置所能通过的信噪比SNR条件越低，得分越高，满分为100分。由此计算得到k=0.255。
根据该原则，当被测装置满足SNR=1条件下的抗干扰测试时，得分为77分；当SNR=0.5时，得分为88分；当信噪比趋近于0，被测装置得分趋近于100分；当被测装置可通过滤波等技术手段，完全抑制窄带通信干扰或规则与随机干扰时，评分为100分。通过这种方式，不仅实现了对被测装置的量化分级，而且可以给出各种信噪比情况下的量化评分，从而对于被测设备给出更为准确的评价。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过信号发生器能够精确地复现变电站现场或实验室采集的电磁干扰四种类型；
2、本发明具有多个传感器的发射点，可以实现多类型信号的混叠模拟；本发明根据局部放电检测过程中干扰的来源、特点及影响情况，采用GIS实体模型还原真实的检测环境；
3、本发明基于信噪比的原则，首次提出特高频局部放电检测仪器等级评价及评分评价方法；
4、本发明为电力设备特高频局部放电检测装置抗干扰性能提供了有效的评价方法，填补了行业内对于局部放电特高频检测装置抗干扰性能评价装置的空白。
附图说明
图1为本发明主体结构示意图；
图2为本发明GIS实体模型结构示意图；
图3为本发明装置与待检测UHF检测仪的连接图；
图4为本发明控制系统结构示意图；
图5为本发明信号发生器结构示意图；
图6为本发明的评价流程图；
图示说明：1-控制系统；2-信号发生器；3-功率放大器；4-GIS实体模型；5-单极探针；6-内置UHF传感器；7-噪声传感器；8-高压套管；9-开放式绝缘盆子；10-封闭式绝缘盆子；11-实验观察窗；12-断路器；13-GIS腔体；14-待检测UHF检测仪。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步的说明。
一种特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价方法，具体步骤如下：
（1）、将待测设备接入到特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价装置，所述评价装置包括控制系统、信号发生器、功率放大器、GIS实体模型、发射传感器和接收传感器；
（2）、针对电磁干扰四种类型，工作人员控制信号发生器发射不同类型的信号，依据考核等级控制信号发生器所发信号的大小，得出评价等级及评分；
（3）分别改变电磁干扰四种类型，得到各类干扰下的UHF检测仪评分，平均得分即为被检测UHF检测仪的最终得分。
参阅图1-5，采用特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价装置，包括控制系统1、信号发生器2、功率放大器3、GIS实体模型4、发射传感器和接收传感器，所述控制系统1包括软件上位机、典型干扰数据存储单元、控制命令输出端口模块和待检测仪器通信端口模块，所述信号发生器2包括信号发射模块、序列发射控制模块和多个信号输出通道，所述发射传感器包括内置UHF传感器6和噪声传感器7，所述接收传感器包括多个单极探针5，所述内置UHF传感器6、噪声传感器7和单极探针5的型号分别选用ZCCGQ-U-YF-01、ZCCGQ-U-ZS-01和SUP-1。
所述软件上位机与控制命令输出端口模块、信号发生器2均通过网线连接，通过发送控制指令控制信号发生器2执行相应的工作。
所述序列发射控制模块、信号发射模块和多个信号输出通道依次连接，所述信号发射模块选用高达16GSa/S采样率，10GHz带宽的信号发射模块，可以近乎完整的还原现场和实验室采集到的特高频信号，所述序列发射控制模块，可以实现随机型脉冲信号，间歇性脉冲信号和窄带通信信号的编辑还原，所述多个信号输出通道，可通过信号发生器2发射多种典型干扰信号。
所述功率放大器3用于对信号发生器2所输出信号的功率放大，本装置选用的功率放大器3的频率范围为50MHz~40GHz；增益典型值为30dB；增益平坦度为±3dB；噪声系数为6.0dB。
所述GIS实体模型4是仿照110KV GIS按照1：1的比例设计制作的，其包括高压套管8、开放式绝缘盆子9、封闭式绝缘盆子10、实验观察窗11、断路器12和GIS腔体13，且高压套管8、断路器12、封闭式绝缘盆子10、开放式绝缘盆子9和实验观察窗11均与GIS腔体13通过金属螺栓连接，可更加真实的模拟现场GIS带电检测环境。
所述发射传感器采用内置UHF传感器6注入信号，采用噪声传感器7向环境空间中发射干扰信号。
优选地，所述软件上位机能调用典型干扰数据存储单元的数据。
优选地，所述软件上位机自动读取待检测UHF检测仪14的检测结果，通过程序自动判断待检测UHF检测仪14的抗干扰性能，得出抗干扰性能的评价结果；对于无法建立通信的待检测UHF检测仪14，可手动输入待检测UHF检测仪14的检测结果，然后通过程序生成抗干扰性能的评价结果。
优选地，所述多个信号输出通道包括第一信号输出通道、第二信号输出通道和第三信号输出通道三个信号输出通道，所述第一信号输出通道接至内置UHF传感器6，所述第二信号输出通道接至高压套管8，所述第三信号输出通道接至噪声传感器7。
优选地，所述接收传感器采用多个单极探针5接入到待检测UHF检测仪14，单极探针5具有传递函数稳定，对待测位置电场畸变影响小的特点。
工作原理：评价流程如附图6所示，首先，将待检测UHF检测仪按照附图3连接方式接入评价装置；控制系统通过发送控制指令控制信号发生器2在三个信号输出通道分别同时发射出不同类型的典型干扰信号，输出信号经功率放大器3后分别连接至内置传感器、高压套管8、噪声传感器7位置，待检测UHF检测仪14测得单极探针5位置的信号强度大小；根据表1的评价等级，调节信号发生器局部放电信号与噪声信号输出的信噪比，软件上位机自动读取待检测UHF检测仪14的检测结果，通过程序自动判断待检测UHF检测仪14的抗干扰性能，得出抗干扰性能的评价等级及评价得分；对于无法建立通信的待检测UHF检测仪14，可手动输入待检测UHF检测仪14的检测结果，然后通过程序生成抗干扰性能的评价结果。分别改变四类干扰信号类型，得到各类干扰下的UHF检测仪评分，平均得分即为被检测UHF检测仪的最终得分。如表2所示，为某厂家UHF检测仪抗干扰性能评价结果，以供参考。
表2 某厂家UHF检测仪抗干扰性能评价结果
Figure DEST_PATH_IMAGE003
实测结果表明，该局放检测装置平均得分为86.5分，评价等级为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
级，对干扰的分离提取能力较强，能够满足实际现场测量的需要。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）、将待测设备接入到特高频局部放电检测仪抗电磁干扰性能的评价装置，所述评价装置包括控制系统、信号发生器、功率放大器、GIS实体模型、发射传感器和接收传感器；
（2）、针对电磁干扰四种类型，工作人员控制信号发生器发射不同类型的信号，依据考核等级控制信号发生器所发信号的大小，得出评价等级及评分；
（3）分别改变电磁干扰四种类型，得到各类干扰下的UHF检测仪评分，平均得分即为被检测UHF检测仪的最终得分。
2.根据权利要求1所述的基于数字上变频的局部放电校验信号发生器，其特征在于：步骤1中，所述控制系统包括软件上位机、典型干扰数据存储单元、控制命令输出端口模块和待检测仪器通信端口模块，所述信号发生器包括信号发射模块、序列发射控制模块和多个信号输出通道，所述GIS实体模型包括高压套管、断路器、封闭式绝缘盆子、开放式绝缘盆子、实验观察窗和GIS腔体，所述高压套管、断路器、封闭式绝缘盆子、开放式绝缘盆子和实验观察窗均与GIS腔体通过金属螺栓连接，所述发射传感器包括内置UHF传感器和噪声传感器，所述接收传感器包括多个单极探针。
3.根据权利要求2所述的基于数字上变频的局部放电校验信号发生器，其特征在于：所述软件上位机能直接控制典型干扰数据存储单元、控制命令输出端口模块、待检测仪器通信端口模块执行相应的工作。
4.根据权利要求2所述的基于数字上变频的局部放电校验信号发生器，其特征在于：所述序列发射控制模块、信号发射模块和多个信号输出通道依次连接，所述信号发射模块用于还原现场和实验室采集到的特高频信号，所述序列发射控制模块用于实现随机型脉冲信号、间歇性脉冲信号和窄带通信信号的编辑还原，所述多个信号输出通道通过信号发生器发射多种典型干扰信号。
5.根据权利要求2所述的基于数字上变频的局部放电校验信号发生器，其特征在于：所述发射传感器采用内置UHF传感器注入信号，采用噪声传感器向环境空间中发射干扰信号。
6.根据权利要求1所述的基于数字上变频的局部放电校验信号发生器，其特征在于：步骤2中，所述电磁干扰划分四种类型，根据变电站现场电磁干扰信号的实测，结合局部放电监测装置的工作特点和易受影响侧程度，将电磁干扰划分为四种类型且四种干扰可以覆盖现场检测中可能发生的全部典型类型，包含：窄带通信干扰、规则脉冲与随机脉冲干扰、单一放电类脉冲干扰、多类型混叠干扰。
7.根据权利要求1所述的基于数字上变频的局部放电校验信号发生器，其特征在于：步骤2中，所述考核等级，基于信噪比的高低构建了如下三种考核等级：
I级：SNR≈1:0.5，表征的是局部放电信号略高于干扰信号水平且可通过调节阈值提取有用信号，但仅通过提高阈值将造成局部放电信号图谱失真的典型情况；
II级：SNR≈1:1，表征的是局部放电信号与干扰信号水平相当，难以直接通过阈值设置提取有用信号的典型情况；
III级：SNR≤1:2，代表了局部放电信号从幅度上被干扰信号完全淹没，不采用针对性的抗干扰措施根本无法正常实施检测的典型情况。
8.根据权利要求1所述的基于数字上变频的局部放电校验信号发生器，其特征在于：步骤2中，所述评分模型，考虑到现场检测信噪比1:2远非电磁干扰的极限，且具体情况差异极大，为进一步量化评价检测装置抗干扰性能的优劣，提出了在上述三级的基础上评分的模型：
Figure 1
其中，Score为被测装置抗干扰能力的评分，SNR为设备内部局部放电信号幅值与干扰信号幅值之比，k为拟合的修正因子；
该模型构造的基本原则是：当被测装置恰好通过I级干扰条件的考核时（即SNR=2），抗干扰性能的得分为60分；被测装置所能通过的信噪比SNR条件越低，得分越高，满分为100分；由此计算得到k=0.255；
根据该原则，当被测装置满足SNR=1条件下的抗干扰测试时，得分为77分；当SNR=0.5时，得分为88分；当信噪比趋近于0，被测装置得分趋近于100分；当被测装置可通过滤波等技术手段，完全抑制窄带通信干扰或规则与随机干扰时，评分为100分；通过这种方式，不仅实现了对被测装置的量化分级，而且可以给出各种信噪比情况下的量化评分，从而对于被测设备给出更为准确的评价。
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