专利名称：一种基于傅里叶级数的局部放电脉冲相角测量方法
技术领域：
本发明涉及一种信号检测方法，尤其涉及一种局部放电脉冲信号的相角测量方法。
背景技术：
局部放电检测作为绝缘诊断的重要手段，因其能及时有效地反映电力系统电气设备的绝缘状况，正为电力部门所普及。目前应用较多的主要是基于电量的局部放电检测方法，检测信号按照频带可分为500KHZ以下宽带或者窄带信号，IOMHz以下的高频(High frequency-HF)信号，200MHz 以下的甚高频(Very High Frequency-VHF)信号和 3GHz 以下超高频(Ultra High Frequency-UHF)信号。采集的局部放电信号主要通过两种方式进行分析，g卩基于相位的分析模式(Phase Resolved Partial Discharge-PRPD)和基于时间的分析模式(Time Resolved Partial Discharge-TRPD)。前者以局部放电发生的工频相位炉 (0-360° )、放电量幅值q和放电次数η等检测量为依据进行统计学等方式的分析，后者则分析局部放电所检测到的放电波形及时间信息，不包含相位信息。运行于PRPD模式下的局部检测系统一般以工频信号过零点为起点连续采集规定工频周期长度的信号，系统通过高通和低通滤波将检测阻抗耦合的信号分离为工频信号和局放信号。因为该模式下的工频信号和局放信号为同源信号，且利用工频过零点进行了采集同步与时间标定，局放信号的相位可自然标定。而运行于TRPD模式下局放检测系统，一般仅采集局部放电脉冲信号，因仅含有局部放电脉冲的时间信息，不包含工频信号信息，故不能直接标定局部放电信号的相位。要实现局部放电脉冲的相位标定，也可参考PRPD的信号处理模式，通过连续采集规定工频周期的信号实现。但是TRPD模式因分析放电波形频率分布信息的需要，采样率很高，连续采集对采集系统板上存储空间和处理器主频的要求都非常高。另一种方法则只采集局部放电脉冲片段，同时记录采样时间，通过GPS对时与工频信号过零点同步来计算局部放电脉冲对应的相位。该方法需要增加额外的GPS模块。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于傅里叶级数的局部放电脉冲相角测量方法，其能够实现TRPD局部放电测量模式下局部放电脉冲相角的标定。本技术方案的发明构思为通过局部放电脉冲本身触发工频信号的同步采集，然后通过计算所触发的工频信号初始相角来标定局部放电触发脉冲相角的方法，工频信号初始相角的计算是基于傅里叶级数算法求得的。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种基于傅里叶级数的局部放电脉冲相角测量方法，其包括下列步骤(1)采用一第一传感器检测一高频局部放电脉冲信号，采用一第二传感器检测一工频信号；
(2) 一第一采集系统分段采集第一传感器传输的高频局部放电脉冲信号，所述第一采集系统在开始采集第一传感器传输的高频局部放电脉冲信号的同时输出一触发信号， 以触发一第二采集系统，使之与第一采集系统同步地采集第二传感器传输的工频信号；(3)所述第一采集系统和第二采集系统将采集的高频局部放电脉冲信号和工频信号传输至一数据分析系统；(4)所述数据分析系统根据下列模型计算所述触发信号所触发的工频信号的初始相角00
YjJ(U)COS27r^
, η-0Iy
^o = arctg 绝-^r
=0N式中，U(n)为第η次采样所得到的值；N = Tf为一个工频周期内的总采样次数，f 为第二采集系统采集工频信号的采样频率，T为一个工频周期的时间；(5)所述数据分析系统根据下列模型计算所述高频局部放电脉冲信号的相角
V, = W(^ti)+φ^
ν A,/· ~ h ~ ,ο式中，Po为步骤(4)中算得的触发信号所触发的工频信号的初始相角，也即该触发信号的相角。约为第i个高频局部放电脉冲信号的相角；f为实测工频信号频率；、为第 i个高频局部放电脉冲信号出现的瞬时时刻；、为触发信号出现的瞬时时刻，也就是计算所选取的局部放电脉冲群内首脉冲出现的瞬时时刻；为第i个高频局部放电脉冲信号与脉冲群内首脉冲出现瞬时时刻(即触发信号出现的瞬时时刻)的时间差；在上述局部放电脉冲相角测量方法中，所述步骤(1)与步骤(2)之间还具有步骤 (Ia)对所述高频局部放电脉冲信号和工频信号分别进行放大与滤波的调理处理；所述步骤(2)中第一采集系统采集的是经过调理处理的高频局部放电脉冲信号，第二采集系统采集的是经过调理处理的工频信号。在本技术方案中，由于第一采集系统和第二采集系统需要针对高频局部放电脉冲信号和工频信号的不同特点使用不同的采样率分别采集，即在实现对高频局部放电脉冲信号连续触发、高速采集和分段存储的同时，低速采集工频信号，因此需要实现两采集系统同步启动采集，即实现时间标定的同步，才可以进一步实现通过计算被触发信号触发的工频信号的初始相角来获得高频局部放电脉冲信号的相角。本技术方案中被触发的工频信号的初始相角是基于傅里叶级数和三角函数的正交性计算得到的，其原理如下周期为T的周期信号f(t)，若满足狄里赫利条件，便可以展开为Fourier (傅里叶)级数的三角形式，如式(2)所示
GO fit) = a0 + \ {an cos ω + bn sin ω )
(2)
4
式中 =〒，彻为常数项，知与比SFourier级数的系数。若将⑵式中的同频
率项加以合并，可以将其写成另外一种形式
权利要求
1.一种基于傅里叶级数的局部放电脉冲相角测量方法，其特征在于，包括下列步骤(1)采用一第一传感器检测一高频局部放电脉冲信号，采用一第二传感器检测一工频信号；(2)—第一采集系统分段采集第一传感器传输的高频局部放电脉冲信号，所述第一采集系统在开始采集第一传感器传输的高频局部放电脉冲信号的同时输出一触发信号，以触发一第二采集系统，使之同步地采集第二传感器传输的工频信号；(3)所述第一采集系统和第二采集系统将采集的高频局部放电脉冲信号和工频信号传输至一数据分析系统；(4)所述数据分析系统根据下列模型计算所述触发信号所触发的工频信号的初始相角
2.如权利要求1所述的基于傅里叶级数的局部放电脉冲相角测量方法，其特征在于， 所述步骤(1)与步骤(2)之间还具有步骤(Ia)对所述高频局部放电脉冲信号和工频信号分别进行放大与滤波的调理处理；所述步骤(2)中第一采集系统采集的是经过调理处理的高频局部放电脉冲信号，第二采集系统采集的是经过调理处理的工频信号。
全文摘要
本发明公开了一种基于傅里叶级数的局部放电脉冲相角测量方法，其包括下列步骤采用一第一传感器检测一高频局部放电脉冲信号，采用一第二传感器检测一工频信号；一第一采集系统分段采集第一传感器传输的高频局部放电脉冲信号，所述第一采集系统在开始采集第一传感器传输的高频局部放电脉冲信号的同时输出一触发信号，以触发一第二采集系统，使之同步地采集第二传感器传输的工频信号；第一采集系统和第二采集系统将采集的高频局部放电脉冲信号和工频信号传输至一数据分析系统；数据分析系统根据被触发的工频信号的初始相角计算高频局部放电脉冲信号的相角。
文档编号G01R23/16GK102508031SQ201110339719
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者姚金霞, 慕世友, 李秀卫, 苗培青, 袁海燕 申请人:山东电力研究院