CN112834881B - 一种基于时分复用的模拟局放相位图谱的脉冲输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于时分复用的模拟局放相位图谱的脉冲输出方法，包括如下步骤：S1、确定待输出脉冲的波形类型和波形频率参数；S2、确定待输出脉冲；S3、基于时分复用原理，对各脉冲点对应的待输出脉冲进行排序；S4、低压脉冲信号源按第二有序待输出脉冲集时序模拟局放相位图谱的脉冲输出。

Description

一种基于时分复用的模拟局放相位图谱的脉冲输出方法

技术领域

本发明涉及一种基于时分复用的模拟局放相位图谱的脉冲输出方法，属于信号处理领域。

背景技术

开关柜在运行的过程中受高温、高电压、湿气及其他化学因素影响，绝缘性能降低并伴随产生局放现象。采用局部放电测试仪(以下简称局放仪)对开关柜进行局放检测是确保开关柜安全可靠运行的重要手段。检修人员使用局放仪测量局放脉冲信号，得到的局放相位图谱。之后，检修人员根据局放相位图谱分析局放类型、产生原因，以及时发现和消除绝缘隐患。

局放仪的使用和局放相位图谱的数据分析存在一定难度，可以通过模拟局放相位图谱中的脉冲点，帮助检测人员快速掌握局放仪和局放相位图谱，具体为：通过一个低压脉冲信号源，将局放相位图谱中的脉冲点输出为超声波脉冲信号(即用超声波脉冲信号模拟局放相位图谱中的脉冲点)并将超声波脉冲信号传感耦合至局放仪，局放仪会重现同样的相位图谱，但该方法存在以下问题：

(1)不同局放仪的检测带宽不同、检测带宽内的频率响应平坦度不同，导致不同局放仪对同样幅值的超声波脉冲信号检测幅值不同。甚至同一套局放仪对于幅值相同但波形有差异的超声波脉冲信号检测得到的幅值也有差异。因此，即使频带较宽、波形较为复杂的超声波脉冲信号可以最大程度模拟局放脉冲信号，其得到的相位图谱也存在失真现象，即检测幅值成非线性比例关系。

(2)低压脉冲信号源和各个局放仪的同步频率精度不同。局放仪在测量超声波脉冲信号生成相位图谱过程中，同步频率精度的细小差别经过一段时间累积，在相位图谱上会产生越来越大相位差，即图谱脉冲点相位“漂移”引起图谱失真。失真的严重程度取决于同步频率精度差别的大小和相位图谱脉冲累积时间的长短。也就是说，脉冲点量越大的局放相位图谱，模拟得到的相位图谱的失真程度越严重。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于时分复用的模拟局放相位图谱的脉冲输出方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于时分复用的模拟局放相位图谱的脉冲输出方法，包括如下步骤：

S1、确定待输出脉冲的波形类型和波形频率参数：以单频正弦波的正值部分作为待输出脉冲的波形，确定该正弦波的频率和脉冲宽度；

S2、确定待输出脉冲：提取局放相位图谱中各个脉冲点的特征参数，所述特征参数包括脉冲点所在同步周期序号C、脉冲点在其同步周期的起始时间T_S及结束时间T_e；根据各所述脉冲点的特征参数以及待输出脉冲的波形类型和波形频率参数确定各所述脉冲点对应的待输出脉冲；

S3、基于时分复用原理，对各脉冲点对应的待输出脉冲进行排序：

S31、对各所述待输出脉冲进行第一次排序，得到第一有序待输出脉冲集：将各所述待输出脉冲按其对应脉冲点的T_S的先后顺序排列在一个同步周期内；对于脉冲点T_S相同的待输出脉冲，按其对应脉冲点的C从小到大排列，得到第一有序待输出脉冲集；

S32、对第一有序待输出脉冲集中的待输出脉冲进行第二次排序，得到第二有序待输出脉冲集：

S321、以第一有序待输出脉冲集中排序最前的待输出脉冲为起点，设定最小间隔τ，以相邻待输出脉冲间隔不小于τ为条件，往后按序抽取k个待输出脉冲，将抽取出的待输出脉冲排列在一同步周期中；k满足条件k×(T_W+τ)≤T_C，T_C表示同步周期的时间长度，T_W表示待输出脉冲的脉冲宽度；

S322、重复步骤S321对剩余待输出脉冲进行排序，直至所有待输出脉冲排列完毕，得到包含m个排列有待输出脉冲的同步周期的第二有序待输出脉冲集；

S4、低压脉冲信号源按第二有序待输出脉冲集时序模拟局放相位图谱的脉冲输出。

进一步的，所述步骤S2，具体为：

S21、获取局放相位图谱；

S22、提取局放相位图谱中各个脉冲点的特征参数，所述特征参数包括脉冲幅值Vp、脉冲点所在同步周期序号C、脉冲点所在同步周期的周期相位Φ、脉冲点在其同步周期的起始时间T_S及结束时间T_e；

S23、根据所述脉冲点的脉冲幅值以及所述待输出脉冲的波形、频率、脉冲宽度，确定各个脉冲点对应的待输出脉冲。

进一步的，在步骤S321中，按公式τ＝T_C/(360*R)计算得到最小间隔τ，其中，T_C表示同步周期的时间长度，R表示局放仪的相位分辨率。

本发明具有如下有益效果：

1、采用单频正弦波的正值部分作为待输出脉冲的波形，可直接避免局放仪检测带宽内的频率响应不平坦问题，使局放仪能够实现线性比例幅值检测。

2、基于时分复用原理，对同步周期内的无用信号时间进行复用处理，极大降低了输出无用信号的时间。因此，经过二次排序的同步周期数比原始局放相位图谱中的同步周期数要小的多，即降低了相位图谱脉冲累积时间，减轻相位漂移现象。

3、通过在待输出脉冲之间设置间隔时间τ，防止因局放仪相位分辨率过低，导致局放仪检测到的脉冲点之间发生相位重叠。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明数据传输示意图；

图3为待输出脉冲示意图；

图4为未排序的待输出脉冲；

图5为完成第一次排序的待输出脉冲；

图6为完成第二次排序的待输出脉冲；

图7为第二次排序示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

实施例一

如图1，一种基于时分复用的模拟局放相位图谱的脉冲输出方法，包括如下步骤：

S1、确定待输出脉冲的波形类型和波形频率参数：以单频正弦波的正值部分作为待输出脉冲的波形，确定该正弦波的频率Fs和脉冲宽度T_W。

在本实施例中，选取正弦波频率Fs＝40KHz，按照公式T_W＝1/2Fs计算得到脉冲宽度T_W＝12.5uS。40KHz是开关柜超声波局放检测的典型检测频率，能够被各种开关柜超声波局放测试设备所检测到。

S2、确定待输出脉冲：提取局放相位图谱中各个脉冲点的特征参数，所述特征参数包括脉冲点所在同步周期序号C、脉冲点在其同步周期的起始时间T_S及结束时间T_e；根据各所述脉冲点的特征参数以及待输出脉冲的波形类型和波形频率参数确定各所述脉冲点对应的待输出脉冲。

S3、参见图4至图6，基于时分复用原理，对各脉冲点对应的待输出脉冲进行排序：

S31、对各所述待输出脉冲进行第一次排序，得到第一有序待输出脉冲集：将各所述待输出脉冲按其对应脉冲点的T_S的先后顺序排列在一个同步周期内；对于脉冲点T_S相同的待输出脉冲，按其对应脉冲点的C从小到大排列，得到第一有序待输出脉冲集；

S32、对第一有序待输出脉冲集中的待输出脉冲进行第二次排序，得到第二有序待输出脉冲集：

S321、以第一有序待输出脉冲集中排序最前的待输出脉冲为起点，设定最小间隔τ，以相邻待输出脉冲间隔不小于τ为条件，往后按序抽取k个待输出脉冲，将抽取出的待输出脉冲排列在一同步周期中；k满足条件k×(T_W+τ)≤T_C，T_C表示同步周期的时间长度，T_W表示待输出脉冲的脉冲宽度；

S322、重复步骤S321对剩余待输出脉冲进行排序，直至所有待输出脉冲排列完毕，得到包含m个排列有待输出脉冲的同步周期的第二有序待输出脉冲集。

对比图4与图6：图4中，未排序的待输出脉冲排列在n个同步周期中；图6中，二次排序完成的待输出脉冲排列在m个同步周期中，显然m远小于n。

S4、参见图2，低压脉冲信号源按第二有序待输出脉冲集时序模拟局放相位图谱的脉冲输出。

本发明技术人员针对频率响应不平坦问题和相位漂移问题进行深入研究，提出了解决这两个问题的方法：

1)响应频率不平坦指的是对信号中不同频率的分量不能实现线性比例幅值检测，导致失真。

本案采用单频正弦波的正值部分作为待输出脉冲的波形，可直接避免局放仪检测带宽内的频率响应不平坦问题，使局放仪能够实现线性比例幅值检测。

2)参见图4，局放相位图谱脉中单个同步周期内脉冲点较少，输出无用信号的时间占单个同步周期的比例较大。

本案基于时分复用原理，对同步周期内的无用信号时间进行复用处理，极大降低了输出无用信号的时间。因此，第二有序待输出脉冲集的同步周期数比原始局放相位图谱中的同步周期数要小的多，即降低了相位图谱脉冲累积时间，减轻相位漂移现象。

实施例二

进一步的，所述步骤S2，具体为：

S21、获取局放相位图谱；

S22、提取局放相位图谱中各个脉冲点的特征参数，所述特征参数包括脉冲幅值Vp、脉冲点所在同步周期序号C、脉冲点所在同步周期的周期相位Φ、脉冲点在其同步周期的起始时间T_S及结束时间T_e。T_S、T_e的计算公式为：T_S＝T_C*Φ/360；T_e＝T_S+T_W。

S23、根据所述脉冲点的脉冲幅值Vp以及所述待输出脉冲的波形、频率、脉冲宽度，确定各个脉冲点对应的待输出脉冲。脉冲点的脉冲幅值Vp即待输出脉冲的脉冲幅值Vp。

根据待输出脉冲的各项参数：脉冲幅值Vp、波形、频率Fs、脉冲宽度T_W，可唯一确定一个待输出脉冲，如图3所示。

实施例三

进一步的，在步骤S321中，按公式τ＝T_C/(360*R)计算得到最小间隔τ，其中，T_C表示同步周期的时间长度，R表示局放仪的相位分辨率。

本实施例的进步之处在于，通过在待输出脉冲之间设置最小间隔τ，防止局放仪因相位分辨率过低，导致局放仪检测到的脉冲点之间发生相位重叠。

实施例四

在本实施例中，设置一时间基点T₀，利用T₀判断k满足条件k×(T_W+τ)≤T_C。参见图7，对第二次排序进行举例说明，如下：

在同步周期C1中对待输出脉冲进行排序：

置T₀的初始值为0。选择一个T_S离T₀最近且序号最小的待输出脉冲作为本周期的第1个待输出脉冲(即波1)，并将该待输出脉冲更新标记为“已二次排序”。

用同步周期C1第一个待输出脉冲的结束时间与间隔时间τ的和的值更新T₀(即T₀＝T_W+τ)，选择一个T_S离T₀最近且序号最小的待输出脉冲作为本周期的第2个待输出脉冲(即波3)，并将该待输出脉冲更新标记为“已二次排序”。

用同步周期C1第二个待输出脉冲的结束时间与间隔时间τ的和的值更新T₀(即T₀＝2T_w+2τ)，选择一个T_S离T₀最近且序号最小的脉冲点作为本周期的第3个待输出脉冲(即波5)，并将该待输出脉冲更新标记为“已二次排序”。

到此k达到最大值，同步周期C1排列完毕。

同理，在同步周期C2中对剩下待输出脉冲进行排序：

置T₀的初始值为0。选择一个T_S离T₀最近且序号最小的待输出脉冲作为本周期的第1个待输出脉冲(即波2)，并将该待输出脉冲更新标记为“已二次排序”。

用同步周期C2第一个待输出脉冲的结束时间与间隔时间τ的和的值更新T₀(即T₀＝T_w+τ)，选择一个T_S离T₀最近且序号最小的待输出脉冲作为本周期的第2个待输出脉冲(即波4)，并将该待输出脉冲更新标记为“已二次排序”。

至此k达到最大值，同步周期C2排列完毕且所有待输出脉冲排序完毕，得到包含2个排列有待输出脉冲的同步周期的第二有序待输出脉冲集.

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于时分复用的模拟局放相位图谱的脉冲输出方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、确定待输出脉冲的波形类型和波形频率参数：以单频正弦波的正值部分作为待输出脉冲的波形，确定该正弦波的频率和脉冲宽度；

S2、确定待输出脉冲：提取局放相位图谱中各个脉冲点的特征参数，所述特征参数包括脉冲点所在同步周期序号C、脉冲点在其同步周期的起始时间T_S及结束时间T_e；根据各所述脉冲点的特征参数以及待输出脉冲的波形类型和波形频率参数确定各所述脉冲点对应的待输出脉冲；

S3、基于时分复用原理，对各脉冲点对应的待输出脉冲进行排序：

S31、对各所述待输出脉冲进行第一次排序，得到第一有序待输出脉冲集：将各所述待输出脉冲按其对应脉冲点的T_S的先后顺序排列在一个同步周期内；对于脉冲点T_S相同的待输出脉冲，按其对应脉冲点的C从小到大排列，得到第一有序待输出脉冲集；

S32、对第一有序待输出脉冲集中的待输出脉冲进行第二次排序，得到第二有序待输出脉冲集：

S321、以第一有序待输出脉冲集中排序最前的待输出脉冲为起点，设定最小间隔τ，以相邻待输出脉冲间隔不小于τ为条件，往后按序抽取k个待输出脉冲，将抽取出的待输出脉冲排列在一同步周期中；k满足条件k×(T_w+τ)≤T_c，T_C表示同步周期的时间长度，T_W表示待输出脉冲的脉冲宽度；按公式τ＝T_C/(360*R)计算得到最小间隔τ，其中，T_C表示同步周期的时间长度，R表示局放仪的相位分辨率；

S322、重复步骤S321对剩余待输出脉冲进行排序，直至所有待输出脉冲排列完毕，得到包含m个排列有待输出脉冲的同步周期的第二有序待输出脉冲集；

S4、低压脉冲信号源按第二有序待输出脉冲集时序模拟局放相位图谱的脉冲输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于时分复用的模拟局放相位图谱的脉冲输出方法，其特征在于，所述步骤S2，具体为：

S21、获取局放相位图谱；

S22、提取局放相位图谱中各个脉冲点的特征参数，所述特征参数包括脉冲幅值Vp、脉冲点所在同步周期序号C、脉冲点所在同步周期的周期相位Φ、脉冲点在其同步周期的起始时间T_S及结束时间T_e；

S23、根据所述脉冲点的脉冲幅值Vp以及所述待输出脉冲的波形、频率、脉冲宽度，确定各个脉冲点对应的待输出脉冲。