CN114624641A - 基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统和方法，本系统包括陡脉冲信号源、射频传输信号线、射频发射传感器和参考特高频智能传感器；陡脉冲信号源用于模拟发射局放脉冲信号；射频传输信号线将局放脉冲信号传输到射频发射传感器；射频发射传感器将局放脉冲信号辐射到空间中；参考特高频智能传感器接收辐射到空间中的局放脉冲信号，并在校验过程中进行系统校准及故障排查。本方法包括：向参考特高频智能传感器和待校验高频传感器同时模拟发射局放脉冲信号；通过参考特高频智能传感器的测量信号，获取待校验高频传感器的性能。本申请提高了检测设备的灵活性和可用性，在线校验技术具有过程简便、无需拆卸、校验快速等显著优点。

Description

基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统和方法

技术领域

本申请属于传感器在线校验技术领域，具体涉及基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统和方法。

背景技术

目前，配电房内局部放电的监测方法主要有UHF检测法、高频电流法、超声波检测法、TEV检测法。其中，UHF局部放电检测法的原理是利用天线传感器接收电气设备内部局部放电激发出的UHF电磁波信号，实现对局部放电的带电检测。实际运行中，电气设备周围电气环境复杂，存在例如电晕、开关操作等多种电气干扰，但其频段大多在300MHz以下，不会影响到UHF传感器(0.3～3GHz)的监测结果，提高了测量信号的信噪比，适合用于现场监测。可以带电监测电气设备内部的局部放电情况，对潜在绝缘缺陷做出早期预警，一定程度上避免绝缘故障的发生。

随着大量的UHF局部放电传感器被投入使用，传感器的运行状态校验以及使用寿命评估成为亟需解决的问题。在投运一段时间后，传感器其内部组件可能受到诸如温度、湿度以及机械振动等外界因素的影响，使传感器整体监测、抗干扰性能受到损害，此时可能存在错报误报漏报等问题。除此之外，UHF传感器内部一些重要零件极为精细，造价高，市面上厂家验收标准不同，导致不同厂家的不同UHF传感器产品质量良莠不齐。因此，有必要对UHF局部放电传感器的校验方法展开研究。

传统的UHF传感器实验室校验利用测量精度高、屏蔽性能好的GTEM小室进行有效高度的测试评估，聚焦于传感器的耦合性能、灵敏度及动态范围，并以此作为状态评估的核心指标。但实验室校验过程繁杂，且需要将安装好的传感器拆卸下来，较为不便。为此，需要开展对UHF局放传感器在线校验技术的研究，以提高校验效率，简化校验流程，使传感器更加有效地发现电气设备运行中存在的缺陷，降低绝缘故障发生几率。

发明内容

本申请提出了基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统和方法，可以在现场运行情况下，快速简便地校验特高频传感器，评估传感器运行状态，及时发现无法正常工作的传感器。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统，包括陡脉冲信号源、射频传输信号线、射频发射传感器和参考特高频智能传感器；

所述陡脉冲信号源用于模拟发射局放脉冲信号；

所述射频传输信号线用于将所述局放脉冲信号传输到所述射频发射传感器；

所述射频发射传感器用于将所述局放脉冲信号辐射到空间中，所述射频发射传感器与所述参考特高频智能传感器和待校验高频传感器的距离及角度相同；

所述参考特高频智能传感器用于接收辐射到空间中的所述局放脉冲信号，并在校验过程中进行系统校准及故障排查。

可选的，所述局放脉冲信号的输出电压为5V～200V之间，脉冲波形的上升沿≤1ns，脉冲宽度介于4ns～250ns之间，重复频率为50Hz～200Hz。

可选的，所述射频发射传感器的输出频率范围100MHz～3GHz，辐射距离方向为球面辐射。

可选的，所述射频传输信号线的传输特性参数为DC～4GHz,传输衰减小于1.5dB,驻波比＜1.5。

可选的，根据所述参考特高频智能传感器接收幅值结果调整所述陡脉冲信号源的发射幅值，保持所述发射幅值的大小为所述参考特高频智能传感器信噪比等于2。

可选的，根据所述参考特高频智能传感器的传递函数、所述参考特高频智能传感器和所述待校验高频传感器对于所述局放脉冲信号的电压响应，得到所述待校验高频传感器的有效高度，即所述待校验高频传感器的灵敏度。

另一方面，为实现上述目的，本申请还提供了基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验方法，包括如下步骤：

按照预设的模拟放电信号参数，向参考特高频智能传感器和待校验高频传感器同时模拟发射局放脉冲信号，所述参考特高频智能传感器和所述待校验高频传感器接收所述局放脉冲信号的距离和角度均相同；

当所述局放脉冲信号明显不同于空间内的干扰信号时，通过所述参考特高频智能传感器的测量信号，获取所述待校验高频传感器的性能，完成传感器的校验。

可选的，根据所述参考特高频智能传感器接收幅值结果调整所述局放脉冲信号的信号源发射幅值，保持所述信号源发射幅值为所述参考特高频智能传感器信噪比等于2。

可选的，根据所述参考特高频智能传感器的传递函数、所述参考特高频智能传感器和所述待校验高频传感器对于所述局放脉冲信号的电压响应，得到所述待校验高频传感器的有效高度，即所述待校验高频传感器的灵敏度。

本申请的有益效果为：

本申请公开了基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统和方法，采用射频传感器作为特高频信号的耦合装置，控制陡脉冲源发出的信号定向发射，使待校验传感器可以很好的检测到信号。校验所需设备轻便易携带，相比于实验室校验平台，极大的缩小了其体积，减少了需要携带的设备。本发明体积更小，重量更轻，提高了灵活性和可用性，一定程度上降低了成本。相比于实验室校验方法，在线校验技术具有过程简便、无需拆卸、校验快速等显著优点。定期现场校验和实验室抽检两种方式相结合可以大大降低已投运传感器的误报漏报风险。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一的基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统结构示意图；

图2为本申请实施例一中的参考测量法原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，为本申请实施例一的基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统结构示意图，主要由陡脉冲信号源、射频传输信号线、射频发射传感器和参考特高频智能传感器组成。

具体的，陡脉冲信号源用于模拟发射局放脉冲信号。射频传输信号线用于将局放脉冲信号传输到射频发射传感器。射频发射传感器用于将局放脉冲信号辐射到空间中，射频发射传感器与参考特高频智能传感器和待校验高频传感器的距离及角度相同。参考特高频智能传感器用于接收辐射到空间中的局放脉冲信号，并在校验过程中进行系统校准及故障排查。

下面，结合本申请实施例一，详细介绍上述组成部分的结构组成和功能实现。

在本实施例中，采用手持式陡脉冲信号源作为陡脉冲信号源，用于模拟发射局放脉冲信号，输出电压为5V～200V之间，脉冲波形的上升沿≤1ns，脉冲宽度介于4ns～250ns之间，重复频率为50Hz～200Hz。利用手持式陡脉冲信号源发出幅值一定的模拟放电信号，能够快速地对配电房内特高频局部放电智能传感器进行校验。射频输出信号线一般为1～3米，用于将陡脉冲信号源输出的局放脉冲信号通过50欧姆射频同轴匹配特性最大能量传输到射频发射传感器，传输特性参数为DC～4GHz,传输衰减小于1.5dB,驻波比＜1.5。射频发射传感器用于将陡脉冲信号源输出的局放脉冲信号辐射到空间中，输出频率范围100MHz～3GHz，辐射距离方向为球面辐射，具有辐射角度范围大，辐射距离远等特点。参考特高频智能传感器为经过实验室校验合格的特高频智能传感器，用于在校验过程中进行系统校准及故障排查。采用射频传感器作为特高频信号的耦合装置，控制陡脉冲源发出的信号定向发射，使待校验传感器可以很好的检测到信号。在本实施例中，在对现场待校验智能传感器进行校核之前，先通过参考特高传感器进行系统校准及故障排查。

校验过程中，先将手持式陡脉冲信号源通过射频传输信号线与射频发射传感器进行连接，通过手持式信号源控制面板设置信号源输出类型、频率及幅值。然后在3～5米的相同距离下，且待校验传感器的有效接收方向与射频传感器内部发射天线方向保持一致，分别对参考特高频传感器及待校验特高频传感器发射局放脉冲信号，根据参考特高频智能传感器接收幅值结果适当调整信号源发射幅值，控制陡脉冲源产生等间隔的模拟放电信号序列，分别调节信号输出幅度为10V、20V、50V、100V，保持信号源幅值大小正好达到参考特高频智能传感器信噪比等于2为宜，可通过调整发射信号距离来满足信噪比等于2的条件。当参考传感器信噪比大于2时，适当调小信号源发射幅值，当信噪比小于2时，适当调大信号源发射幅值。同时观察参特高频智能传感器测量结果(分别计为V₁₀、V₂₀、V₅₀、V₁₀₀)。依此次校准距离及幅值对其他智能配电房特高频传感器进行校验，校验过程中需注意射频发射传感器与每个待校验传感器应保持发射距离及发射角度一致，依此来减小人为原因导致的测试结果偏差。其中，手持式陡脉冲信号源应能够发出模拟放电信号，产生的信号应覆盖各种放电类型下的频率范围，信号强度应在参考特高频智能传感器及待校验特高频传感器量程之内，并且可根据不同厂家不同规格的传感器调节模拟放电信号。射频发射传感器作为特高频电磁波的耦合装置，应尺寸适中，易安装拆卸，方便携带。输出信号应结合现场校验的特点，可适当舍弃高精度、连续调节等特点，输出电压为5V～200V之间，脉冲波形的上升沿≤1ns，脉冲宽度介于4ns～250ns之间，重复频率为50Hz～200Hz。环境应尽可能避免极其强烈的干扰信号。绝大多数情况下陡脉冲源发生的模拟放电信号为一定频率的稳定脉冲信号，特点明显易于分辨，因此配电房内的空间干扰电磁信号对于校验过程不会产生十分明显的影响。即使干扰与脉冲信号过于接近也可以提高信号源输出幅度，使UHF传感器收到的校验信号明显高于干扰信号水平。当信号源输出最大幅值，且距离达到最小距离市仍无法满足信噪比等于2的条件时，表明环境中现场干扰信号太大，无法满足测试条件，所以需要更换校验地点，根据大量测试经验表明，除极特殊情况下，基本都可以满足测试条件。

校验原理及方法：

通过手持式陡脉冲源向射频发射传感器注入标准脉冲信号,在空间内建立脉冲电磁场。

设E(t)为空间中被测参考特高频智能传感器所在位置处的电场强度，u(t)为射频发射传感器输出的电压信号幅值。参考特高频传感器的作用即是将发射电场转换为电压信号输出显示，根据发射电场和输出电压的关系，即可得到参考特高频传感器的传递函数H(f)，该参数反映了天线的接收能力的大小：

式(1)中，U(f)为输出电压u(t)的傅里叶变换，E(f)为发射电场E(t)的傅里叶变换，H(f)即为参考特高频传感器的传递函数，由于发射电压的单位为V，电场单位为V/mm，所以H(f)的单位量纲为mm，故此也可称其为参考特高频传感器频域有效高度。对于同样的发射电场而言，参考特高频传感器输出信号的幅值越高，则表示其耦合能力越强，也即有效高度值越大，故此这里将参考特高频传感器的频域有效高度作为表征其性能的关键的指标。

当测试距离为3～5米时，可以将射频发射传感器所产生的电场近似看成均匀电场，且当测试距离和测试角度基本一致时，测量精度误差近似忽略。其测试原理如图2所示。

参考测量法，即是通过参考特高频传感器特性来间接表示被测传感器特性的一种方法。参考特高频传感器的选择至关重要，要求其对被测电场影响小，且接收特性已知。

具体步骤为：通过标准脉冲信号源注入脉冲电压V_I至射频发射传感器，分别采用参考特高频传感器和被测特高频传感器测量相同距离及角度下空间点产生的电场E_I，产生的电压输出分别为V_or和V_os。设射频发射传感器、的传递函数为H_cell，参考特高频传感器的传递函数为H_ref，待测特高频传感器的传递函数为H_sens，测量系统及空间的传递特性为H_sys，则参考特高频传感器和待测特高频传感器的测量输出可分别表示为

由式(2)中的上下两式左右相除,可得到用参考特高频传感器的传递函数来表示待测传感器传递函数的表达式，

由式(3)知，利用参考特高频传感器的传递函数H_ref，参考特高频传感器和被测特高频传感器对于注入脉冲信号的电压响应，即可求得待测传感器的有效高度即传感器的灵敏度。参考法的好处在于不必知道射频发射传感器的传输特性H_cell和测量系统的频响H_sys，因为其对于所有测量的影响都是一样的，并且在取比值时被约掉了。而且，这种测量技术对于入射波E_I的波形畸变也不敏感，因为其作用对于两种方式测量信号的影响都是相同的。

采用本申请实施例一的在线校验系统，所需设备轻便易携带，相比于实验室校验平台，极大的缩小了其体积，减少了需要携带的设备。本发明体积更小，重量更轻，提高了灵活性和可用性，一定程度上降。相比于实验室校验方法，在线校验技术具有过程简便、无需拆卸、校验快速等显著优点。定期现场校验和实验室抽检两种方式相结合可以大大降低已投运传感器的误报漏报风险。

实施例二

本申请还通过实施例二介绍了基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验方法，主要包括以下步骤：

按照预设的模拟放电信号参数，向参考特高频智能传感器和待校验高频传感器同时模拟发射局放脉冲信号，参考特高频智能传感器和待校验高频传感器接收局放脉冲信号的距离和角度均相同。

具体的，先将手持式陡脉冲信号源通过射频传输信号线与射频发射传感器进行连接，通过手持式信号源控制面板设置信号源输出类型、频率及幅值。然后在3～5米的相同距离下，且待校验传感器的有效接收方向与射频传感器内部发射天线方向保持一致，分别对参考特高频传感器及待校验特高频传感器发射局放脉冲信号，根据参考特高频智能传感器接收幅值结果适当调整信号源发射幅值，控制陡脉冲源产生等间隔的模拟放电信号序列，分别调节信号输出幅度为10V、20V、50V、100V，保持信号源幅值大小正好达到参考特高频智能传感器信噪比等于2为宜，可通过调整发射信号距离来满足信噪比等于2的条件。当参考传感器信噪比大于2时，适当调小信号源发射幅值，当信噪比小于2时，适当调大信号源发射幅值。

当局放脉冲信号明显不同于空间内的干扰信号时，通过参考特高频智能传感器的测量信号，获取待校验高频传感器的性能，完成传感器的校验。具体的，本实施例二采用参考测量法，即通过参考特高频传感器特性来间接表示被测传感器特性的一种方法。参考特高频传感器的选择至关重要，要求其对被测电场影响小，且接收特性已知。

具体步骤为：通过标准脉冲信号源注入脉冲电压V_I至射频发射传感器，分别采用参考特高频传感器和被测特高频传感器测量相同距离及角度下空间点产生的电场E_I，产生的电压输出分别为V_or和V_os。设射频发射传感器、的传递函数为H_cell，参考特高频传感器的传递函数为H_ref，待测特高频传感器的传递函数为H_sens，测量系统及空间的传递特性为H_sys，则参考特高频传感器和待测特高频传感器的测量输出可分别表示为

由式(2)中的上下两式左右相除,可得到用参考特高频传感器的传递函数来表示待测传感器传递函数的表达式，

由式(3)知，利用参考特高频传感器的传递函数H_ref，参考特高频传感器和被测特高频传感器对于注入脉冲信号的电压响应，即可求得待测传感器的有效高度即传感器的灵敏度。参考法的好处在于不必知道射频发射传感器的传输特性H_cell和测量系统的频响H_sys，因为其对于所有测量的影响都是一样的，并且在取比值时被约掉了。而且，这种测量技术对于入射波E_I的波形畸变也不敏感，因为其作用对于两种方式测量信号的影响都是相同的。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统，其特征在于，包括陡脉冲信号源、射频传输信号线、射频发射传感器和参考特高频智能传感器；

所述陡脉冲信号源用于模拟发射局放脉冲信号；

所述射频传输信号线用于将所述局放脉冲信号传输到所述射频发射传感器；

所述射频发射传感器用于将所述局放脉冲信号辐射到空间中，所述射频发射传感器与所述参考特高频智能传感器和待校验高频传感器的距离及角度相同；

所述参考特高频智能传感器用于接收辐射到空间中的所述局放脉冲信号，并在校验过程中进行系统校准及故障排查。

2.根据权利要求1所述的基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统，其特征在于，

所述局放脉冲信号的输出电压为5V～200V之间，脉冲波形的上升沿≤1ns，脉冲宽度介于4ns～250ns之间，重复频率为50Hz～200Hz。

3.根据权利要求1所述的基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统，其特征在于，

所述射频发射传感器的输出频率范围100MHz～3GHz，辐射距离方向为球面辐射。

4.根据权利要求1所述的基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统，其特征在于，

所述射频传输信号线的传输特性参数为DC～4GHz,传输衰减小于1.5dB,驻波比＜1.5。

5.根据权利要求1所述的基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统，其特征在于，

根据所述参考特高频智能传感器接收幅值结果调整所述陡脉冲信号源的发射幅值，保持所述发射幅值的大小为所述参考特高频智能传感器信噪比等于2。

6.根据权利要求1所述的基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验系统，其特征在于，

根据所述参考特高频智能传感器的传递函数、所述参考特高频智能传感器和所述待校验高频传感器对于所述局放脉冲信号的电压响应，得到所述待校验高频传感器的有效高度，即所述待校验高频传感器的灵敏度。

7.基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验方法，其特征在于，包括如下步骤：

按照预设的模拟放电信号参数，向参考特高频智能传感器和待校验高频传感器同时模拟发射局放脉冲信号，所述参考特高频智能传感器和所述待校验高频传感器接收所述局放脉冲信号的距离和角度均相同；

当所述局放脉冲信号明显不同于空间内的干扰信号时，通过所述参考特高频智能传感器的测量信号，获取所述待校验高频传感器的性能，完成传感器的校验。

8.根据权利要求7所述的基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验方法，其特征在于，

根据所述参考特高频智能传感器接收幅值结果调整所述局放脉冲信号的信号源发射幅值，保持所述信号源发射幅值为所述参考特高频智能传感器信噪比等于2。

9.根据权利要求7所述的基于智能配电房特高频局放传感器的在线校验方法，其特征在于，

根据所述参考特高频智能传感器的传递函数、所述参考特高频智能传感器和所述待校验高频传感器对于所述局放脉冲信号的电压响应，得到所述待校验高频传感器的有效高度，即所述待校验高频传感器的灵敏度。

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