基于模拟电压信号注入的不同类型局放检测仪主机性能测试方法

基于模拟电压信号注入的不同类型局放检测仪主机性能测试方法
【专利摘要】基于模拟电压信号注入的不同类型局放检测仪主机性能测试方法，本发明采用输出频率在0～3.5GHz可调、输出幅值在0～10V可调的函数发生器，分别将基于脉冲电流局放检测传感器、超声局放检测传感器、超高频局放检测传感器实际测试的局放波形通过函数发生器生成的等效模拟电压信号，对应地直接注入或通过频带在10kHz～10MHz的隔直元件注入至脉冲电流局放检测仪、超声局放检测仪、超高频局放检测仪的主机中。本发明具有测试方法通用化和标准化、测试结果具备重现性和可量化、测试对象适用范围广、测试内容全面等显著优点。
【专利说明】基于模拟电压信号注入的不同类型局放检测仪主机性能测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力设备局部放电检测【技术领域】，尤其适用于对电力设备局部放电检测系统自身的性能测试。
【背景技术】
[0002]实际运行的电气设备，因制造工艺偏差、电场设计偏差、选型不当、绝缘材料性能偏差、装配偏差等，在波动的运行电压下、负荷电流下，以及由此而引起的振动、发热等影响下，会存在电场畸变的部位，促使局部放电的发生。
[0003]局部放电只能控制而无法避免，它对电气设备性能的影响因部位、形态、类型的不同而不同。金属导体上的毛刺在长时间的放电下，其尖角会烧蚀圆滑，电场畸变程度减弱，放电现象有可能消失。但若靠近绝缘体的尖角对绝缘体表面的方面，有可能会劣化绝缘，引起不可预控的风险。导电微粒在固定状态下一般其风险可控，但若其存在移动、跳动特性，则在某些情况下会造成绝缘失效。绝缘材料内部的气隙在畸变电场的作用下，持续性发生放电，若放电腔体内部布满碳化的导电痕迹时，实际上短路了放电气隙，电场畸变得到控制，放电现象消失。但也有可能长期的放电，导致绝缘材料内部出现劣化(电树枝)最终发展为贯通性的缺陷，进而引发绝缘失效。另外放电对油类、气类绝缘介质的分解能力会促使该类型绝缘介质性能劣化或失效进而导致设备事故。
[0004]有关局部放电的检测基于耦合电容的脉冲电流检测方式开展的最早，而且标准、技术完备，在实际中应用最多。但限于研究、实验室、投运、检修等需要与运行电压断开的情况，存在基于运行电压的类脉冲电流法检测方式，如针对避雷器等存在等效检测阻抗的电气设备，但数量有限，且应用效果不明。它属于典型的有电联接的检测方式，检测频带常在百kHz?几个MHz。
[0005]基于超声的局部放电检测，分压电式传感器和非接触式传感器两类，但后续的主机硬件系统基本类似，都是对信号进行特征提取，在电源频率下，绘制信号的时间、相位、幅值谱图。放电引起绝缘介质的振动，振动向远方传递后，通过检测振动信号来进行局放检测，它属于声检测方式，检测频带常在MHz以内百kHz范围。
[0006]任何形式的放电都有电磁波产生，主要基于放电通道等效为众多电偶极子构成的辐射天线。局部放电属于弱放电类型，一般的放电通道细小、能量微弱，从电偶极子的角度看，其放电通道的天线特性一般较为明显，且易理解。基于超高频的局部放电检测，就是利用超高频接收天线作为检测传感器，后续的主机硬件系统一般以放电的“簇”状信号为单位进行处理，通过“簇”信号的特征提取，在电源频率下，绘制信号的时间、相位、幅值谱图。与脉冲电流局放测试法、超声局放测试法的处理方式大同小异。
[0007]实际上不论上述何种局放检测方式，传感器是不可或缺的。基于传感器的检测信号(一般为“簇”状波信号)，输入到局放检测主机中，通过硬件和软件的处理，最终以软件侧形式将序列化的检测信号呈现出来。当前随着上述各种局放检测方式应用的越来越广，同一原理对应的检测设备有更多的可选余地。但检测原理相同、不同厂家生产的设备之间存在不可避免的性能差异是不争的事实。如何对这些检测原理相同的不同类型设备进行性能测评是需要认真考虑的事情，尤其对于当前各国电网智能化的发展趋势、电气设备各类型电参量带电检测甚至是在线监测大量应用导致的局放检测扩张应用实际。
[0008]基于上述实际状况，提出一种基于模拟电压信号注入的方式，针对不同类型局放检测仪主机，进行性能测试。通过这种测试方法的应用，能够实现对众多检测设备自身性能优劣的评价，为此类局放检测设备的选购、入网应用等提供必要的技术支持。

【发明内容】

[0009]本发明主要参考各类传感器的实测局放波形，利用函数发生器生成各类型参数按照预定目标变化的序列信号，基于模拟电压信号注入的方式，通过直接观测局放检测仪主机显示的信号并分析显示信号的特点，来全面、深入、量化、可重现的测试不同类型局放检测仪主机的关键参数指标，为此类局放检测设备的选购、入网应用等提供必要的技术支持。
[0010]本发明是通过下列技术方案来实现的。
[0011]基于模拟电压信号注入的不同类型局放检测仪主机性能测试方法，该方法为:
(1)采用输出频率在O?3.5GHz可调、输出幅值在O?IOV可调的函数发生器，分别将基于脉冲电流局放检测传感器、超声局放检测传感器、超高频局放检测传感器实际测试的局放波形通过函数发生器生成的等效模拟电压信号，对应地直接注入或通过频带在IOkHz?IOMHz的隔直元件注入至脉冲电流局放检测仪、超声局放检测仪、超高频局放检测仪的主机中；
(2)函数发生器基于所述三种传感器实际测试的局放波形生成的等效模拟电压信号，进行幅值、生成时间间隔调节；
(3)基于所述三种传感器标称频带，利用函数发生器可生成固定频率、混合频率等信号宽度在50%?150%对应传感器实测局放波形宽度范围内的模拟电压信号；
(4)对于局放检测仪主机信号端口带直流供电功能的模拟电压信号注入，通过频带在IOkHz?IOMHz的隔直元件，实现对函数发生器的直流电压隔离、对局放检测仪主机的模拟电压信号注入；
(5)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成不同固定频率的模拟电压信号，生成时间间隔在Ims?5ms固定，注入到局放检测仪主机，通过调节信号幅值，测试局放检测仪主机的信号检测灵敏度频带，以注入信号后台显示大于背景显示值的20%?50%任意固定值为测试依据；
(6)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成幅值固定、不同混合频率的模拟电压信号，生成时间间隔在5ms?IOms固定，注入到局放检测仪主机，测试局放检测仪主机的对于信号幅值、信号相位、信号波形还原特征参数的检测性能；
(7)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成幅值固定、频率固定的模拟电压信号，生成时间间隔在10μ s?Ims可调，注入到局放检测仪主机，测试局放检测仪主机的信号显示分辨率性能；
(8)函数发生器基于所述三种传感器实际测试的局放波形生成的等效模拟电压信号，基于幅值在O?IOV可调、生成时间间隔在100μ s?Ims可调，注入到局放检测仪主机，测试局放检测仪主机的信号谱图绘制性能；
(9)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成幅值在O?IOV可调、频率固定的模拟电压信号，生成时间间隔在10μ s?Ims可调，注入到局放检测仪主机，基于局放检测仪主机绘制的信号谱图，测试其诊断模式；
(10 )利用函数发生器生成幅值在150%背景显示值以内、频率在所述三种传感器50%标称下限频带?150%标称上限频带范围内的正弦和三角模拟电压信号，注入到局放检测仪主机,测试局放检测仪主机的抗噪声干扰性能。
[0012]本发明的有益效果是:
a.测试方法通用化和标准化、测试结果具备重现性和可量化、测试对象适用范围广、测试内容全面。
[0013]下面结合附图及实例进一步阐述本
【发明内容】
。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为不同类型局放检测仪测试示意图；
图2为函数发生器还原的幅值、时间间隔可调的传感器实测局放波形；
图3为函数发生器生成的频率、幅值、时间间隔可调的正弦脉冲波；
图4为局放检测仪主机信号端口带直流供电功能的模拟电压信号注入接线示意图；
图5为局放检测仪主机的信号检测灵敏度频带测试示意图；
图6为局放检测仪主机的信号特征参数提取原理测试示意图；
图7为局放检测仪主机的信号显示分辨率性能测试示意图；
图8为局放检测仪主机的信号谱图绘制性能及诊断模式测试示意图；
图9为局放检测仪主机的抗噪声干扰性能测试示意图。
[0015]图中:1、高压带电体；2、瑕疵点；3、接地金属外壳；4、缝隙；5、耦合电容；6、脉冲电流局放检测阻抗；7、脉冲电流局放信号处理硬件；8、脉冲电流局放信号处理软件及显示部件；9、超高频局放传感器；10、超高频局放信号处理硬件；11、超高频局放信号处理软件及显示部件；12、压电式超声传感器；13、非接触式超声传感器；14、超声局放信号处理硬件；15、超声局放信号处理软件及显示部件；16、外置电源信号放大器；17、高速示波器；18、波形信息；19、函数发生器；20、依据实测的放电波形等效还原输出的模拟电压信号；21、幅值缩小的模拟电压信号；22、幅值增大的模拟电压信号；23、函数发生器生成的人工自设置脉冲信号；24、频率提高、持续时间缩短的脉冲信号；25、频率降低、持续时间延长的脉冲信号；26、频率不变、幅值提高的脉冲信号；27、频率不变、幅值缩小的脉冲信号；28、隔直元件；29、局放检测仪主机的信号检测灵敏度频带；30、函数发生器生成的人工自设置振荡衰减信号；31、函数发生器生成的人工自设置正弦波信号；32、函数发生器生成的人工自设置正弦信号；33函数发生器生成的人工自设置三角信号。
[0016]dl、d2:模拟电压信号间的生成时间间隔，不相等、可调节； d3、d4、d5、d6:脉冲信号间的生成时间间隔，不相等、可调节；
d7、d8、d9:基于信号特征参数提取方法的不同导致在局放检测仪器主机上显示出的PRPD谱图上信号点的间距存在偏差，图中函数发生器产生的依照零点间距相等的各类型信号，经局放检测仪器主机处理并显示后，间隔将不同。[0017]A、以信号在首次出现的等于峰值某一百分比的点对应的时间、幅值为该簇信号的特征点、以信号在首次出现的峰值点对应的时间、幅值为该簇信号的特征点；
C、以信号在最后出现的等于峰值某一百分比的点对应的时间、幅值为该簇信号的特征点。
【具体实施方式】
[0018]基于模拟电压信号注入的不同类型局放检测仪主机性能测试方法，该方法为:
Cl)采用输出频率在O?3.5GHz可调、输出幅值在O?IOV可调的函数发生器，分
别将基于脉冲电流局放检测传感器、超声局放检测传感器、超高频局放检测传感器实际测试的局放波形通过函数发生器生成的等效模拟电压信号，对应地直接注入或通过频带在IOkHz?IOMHz的隔直元件注入至脉冲电流局放检测仪、超声局放检测仪、超高频局放检测仪的主机中；
(2)函数发生器基于所述三种传感器实际测试的局放波形生成的等效模拟电压信号，进行幅值、生成时间间隔调节；
(3)基于所述三种传感器标称频带，利用函数发生器可生成固定频率、混合频率等信号宽度在50%?150%对应传感器实测局放波形宽度范围内的模拟电压信号；
(4)对于局放检测仪主机信号端口带直流供电功能的模拟电压信号注入，通过频带在IOkHz?IOMHz的隔直元件，实现对函数发生器的直流电压隔离、对局放检测仪主机的模拟电压信号注入；
(5)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成不同固定频率的模拟电压信号，生成时间间隔在Ims?5ms固定，注入到局放检测仪主机，通过调节信号幅值，测试局放检测仪主机的信号检测灵敏度频带，以注入信号后台显示大于背景显示值的20%?50%任意固定值为测试依据；
(6)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成幅值固定、不同混合频率的模拟电压信号，生成时间间隔在5ms?IOms固定，注入到局放检测仪主机，测试局放检测仪主机的对于信号幅值、信号相位、信号波形还原特征参数的检测性能；
(7)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成幅值固定、频率固定的模拟电压信号，生成时间间隔在10μ s?Ims可调，注入到局放检测仪主机，测试局放检测仪主机的信号显示分辨率性能；
(8)函数发生器基于所述三种传感器实际测试的局放波形生成的等效模拟电压信号，基于幅值在O?IOV可调、生成时间间隔在100μ s?Ims可调，注入到局放检测仪主机，测试局放检测仪主机的信号谱图绘制性能；
(9)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成幅值在O?IOV可调、频率固定的模拟电压信号，生成时间间隔在10μ s?Ims可调，注入到局放检测仪主机，基于局放检测仪主机绘制的信号谱图，测试其诊断模式；
(10)利用函数发生器生成幅值在150%背景显示值以内、频率在所述三种传感器50%标称下限频带?150%标称上限频带范围内的正弦和三角模拟电压信号，注入到局放检测仪主机,测试局放检测仪主机的抗噪声干扰性能。
[0019]见图1，该图示出了不同类型局放检测仪测试示意图。图中I为高压带电体，其上存在一瑕疵点2诱发局部放电,并以此瑕疵点2为源向外福射电磁波和超声振动信号。接地金属外壳3用于电气设备的安全防护，其在封装时存在不可避免的缝隙4。脉冲电流局放检测法通过耦合电容5将局放的电脉冲信号，经检测阻抗6提取出来，其6实质为一电连接信号检测传感器。通过硬件处理部件:脉冲电流局放信号处理硬件7对信号的滤波、特征信号提取等处理，经软件及显示部件:脉冲电流局放信号处理软件及显示部件8展现出测量结果。在缝隙4处，基于放电产生的超高频辐射信号，采用超高频局放传感器9 (实质为一电磁波接收天线)，将放电导致的电磁波信号传递至信号处理硬件部件:超高频局放信号处理硬件10，同样对信号进行滤波、特征信号提取等处理后，经软件及显示部件:超高频局放信号处理软件及显示部件11展现出测量结果。基于放电产生的超声振动传递信号，通过压电式超声传感器12紧贴接地金属外壳3或非接触式超声传感器13靠近缝隙4，获取电致振动信号，传输至信号处理硬件部件:超声局放信号处理硬件14，同样对信号进行滤波、特征信号提取等处理后，经软件及显示部件:超声局放信号处理软件及显示部件15展现出测量结果。
[0020]见图2，该图示出了函数发生器还原的幅值、时间间隔可调的传感器实测局放波形。图中脉冲电流局放检测阻抗6、超高频局放传感器9、压电式超声传感器12、非接触式超声传感器13测得的局放弱信号，经外置电源信号放大器16放大后，由高速示波器17采集得到实际的波形信息18。将实际的波形信息18输入到函数发生器19，经过函数发生器19的反向运算并输出依据实测的放电波形等效还原的模拟电压信号20，基于依据实测的放电波形等效还原的模拟电压信号20，可进行幅值调节，得到幅值缩小的模拟电压信号21、幅值增大的模拟电压信号22，且模拟电压信号间的生成时间间隔不相等、可调节，即dl、d2可变换。
[0021]见图3，该图示出了函数发生器生成的频率、幅值、时间间隔可调的正弦脉冲波。图中通过人工设置利用函数发生器生成的人工自设置脉冲信号23，可进一步通过函数发生器进行频率的调节:频率提高、持续时间缩短的脉冲信号24和频率降低、持续时间延长的脉冲信号25，幅值的调节:频率不变、幅值提高的脉冲信号26和频率不变、幅值缩小的脉冲信号27，且脉冲信号持续时间随频率变化而反向变化。脉冲信号间的生成时间间隔，不相等、可调节，即d3、d4、d5、d6可变换。
[0022]见图4，该图示出了局放检测仪主机信号端口带直流供电功能的模拟电压信号注入接线示意图。图中函数发生器19产生的模拟电压信号，对应地直接注入或通过频带在IOkHz?IOMHz的隔直元件28注入，至脉冲电流局放检测仪、超声局放检测仪、超高频局放检测仪的信号处理硬件(如7或10或14)中，并经信号处理软件及显示(如8或11或15)观测。
[0023]见图5，该图示出了局放检测仪主机的信号检测灵敏度频带测试示意图。图中通过人工设置利用函数发生器生成间隔在Ims?5ms的函数发生器生成的人工自设置脉冲信号23，注入至脉冲电流局放检测仪、超声局放检测仪、超高频局放检测仪的信号处理硬件(如7或10或14)中，经信号处理软件及显示(如8或11或15)以标准的PRPD谱图形式给出。以后台显示(如8或11或15)大于背景显示值的20%?50%任意固定值为基准，通过调整固定频率脉冲信号的幅值，获得该固定频率下的局放检测仪主机信号检测灵敏度点；重新生成其他频率的脉冲信号，调节幅值，获取另外的信号检测灵敏度点；以此类推，在各类传感器标称频带范围内，将获取的众多信号检测灵敏度点以信号频率为横轴、信号幅值为纵轴，可得到局放检测仪主机的信号检测灵敏度频带曲线。
[0024]见图6，该图示出了局放检测仪主机的信号特征参数提取原理测试示意图。图中利用函数发生器可生成幅值固定、不同混合频率的模拟电压信号，如依据实测的放电波形等效还原输出的模拟电压信号20，函数发生器生成的人工自设置脉冲信号23，函数发生器生成的人工自设置振荡衰减信号30，函数发生器生成的人工自设置正弦波信号31。将函数发生器产生的依照零点间距在5ms?IOms间固定相等的各类型信号，对应地注入至脉冲电流局放检测仪、超声局放检测仪、超高频局放检测仪的信号处理硬件(如7或10或14)中，经信号处理软件及显示(如8或11或15)以标准的PRPD谱图形式给出。结合标准PRPD谱图检测数据点间的间距差d7、d8、d9，参照成簇信号的特征点可能选择原则，如A、B、C (或其它)，测试判定局放检测仪主机的信号特征参数可能的提取原理。
[0025]见图7，该图示出了局放检测仪主机的信号显示分辨率性能测试示意图。图中通过人工设置利用函数发生器生成间隔在IOys?Ims可调的幅值固定、频率的函数发生器生成的人工自设置脉冲信号23，注入至脉冲电流局放检测仪、超声局放检测仪、超高频局放检测仪的信号处理硬件(如7或10或14)中，经信号处理软件及显示(如8或11或15)以标准的PRPD谱图形式给出。结合标准PRPD谱图检测数据点间可辨识分辨率来确定局放检测仪主机的信号显示分辨率性能。
[0026]见图8，该图示出了局放检测仪主机的信号谱图绘制性能及诊断模式测试示意图。图中由函数发生器生成的时间间隔dl、d2在100μ s?Ims可调、幅值可调的模拟电压信号(如20、21、22)，对应地注入至脉冲电流局放检测仪、超声局放检测仪、超高频局放检测仪的信号处理硬件(如7或10或14)中，经信号处理软件及显示(如8或11或15)以标准的PRPD谱图形式给出。结合标准PRPD谱图检测数据点累积图形与理论数据点(根据权利要求书6，结合图6可测得局放检测仪主机的信号特征参数提取原理)累计图形的比较判断局放检测仪主机的信号谱图绘制性能。利用相类似的方法，基于注入信号的变换，得到不同的PRH)绘制谱图，通过观察其软件诊断系统给出的可能缺陷类型是否变化、变化的趋势等来间接判定其诊断模式是否支持其“标称”的“多样化”说法；参照已有的典型谱图样式，确定注入信号的形式，通过观察其软件诊断系统给出的缺陷结论，判定其诊断模式的准确性。
[0027]见图9，该图示出了局放检测仪主机的抗噪声干扰性能测试示意图。图中利用函数发生器生成幅值在150%背景显示值以内、频率在各类传感器50%标称下限频带?150%标称函数发生器生成的人工自设置正弦信号32和函数发生器生成的人工自设置三角信号33模拟电压信号，对应地注入至脉冲电流局放检测仪、超声局放检测仪、超高频局放检测仪的信号处理硬件(如7或10或14)中，经信号处理软件及显示(如8或11或15)以标准的PRPD谱图形式给出。通过观察PRPD谱图的绘制点密度、幅值来判定局放检测仪主机的抗噪声干扰性能。
【权利要求】
1.基于模拟电压信号注入的不同类型局放检测仪主机性能测试方法，该方法为: (1)采用输出频率在O?3.5GHz可调、输出幅值在O?IOV可调的函数发生器，分别将基于脉冲电流局放检测传感器、超声局放检测传感器、超高频局放检测传感器实际测试的局放波形通过函数发生器生成的等效模拟电压信号，对应地直接注入或通过频带在IOkHz?IOMHz的隔直元件注入至脉冲电流局放检测仪、超声局放检测仪、超高频局放检测仪的主机中； (2)函数发生器基于所述三种传感器实际测试的局放波形生成的等效模拟电压信号，进行幅值、生成时间间隔调节； (3)基于所述三种传感器标称频带，利用函数发生器可生成固定频率、混合频率等信号宽度在50%?150%对应传感器实测局放波形宽度范围内的模拟电压信号； (4)对于局放检测仪主机信号端口带直流供电功能的模拟电压信号注入，通过频带在IOkHz?IOMHz的隔直元件，实现对函数发生器的直流电压隔离、对局放检测仪主机的模拟电压信号注入； (5)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成不同固定频率的模拟电压信号，生成时间间隔在Ims?5ms固定，注入到局放检测仪主机，通过调节信号幅值，测试局放检测仪主机的信号检测灵敏度频带，以注入信号后台显示大于背景显示值的20%?50%任意固定值为测试依据； (6)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成幅值固定、不同混合频率的模拟电压信号，生成时间间隔在5ms?IOms固定，注入到局放检测仪主机，测试局放检测仪主机的对于信号幅值、信号相位、信号波形还原特征参数的检测性能； (7)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成幅值固定、频率固定的模拟电压信号，生成时间间隔在10μ s?Ims可调，注入到局放检测仪主机，测试局放检测仪主机的信号显示分辨率性能； (8)函数发生器基于所述三种传感器实际测试的局放波形生成的等效模拟电压信号，基于幅值在O?IOV可调、生成时间间隔在100μ s?Ims可调，注入到局放检测仪主机，测试局放检测仪主机的信号谱图绘制性能； (9)在所述三种传感器标称频带范围内，利用函数发生器生成幅值在O?IOV可调、频率固定的模拟电压信号，生成时间间隔在10μ s?Ims可调，注入到局放检测仪主机，基于局放检测仪主机绘制的信号谱图，测试其诊断模式； (10 )利用函数发生器生成幅值在150%背景显示值以内、频率在所述三种传感器50%标称下限频带?150%标称上限频带范围内的正弦和三角模拟电压信号，注入到局放检测仪主机,测试局放检测仪主机的抗噪声干扰性能。
【文档编号】G01R35/00GK103472424SQ201310376108
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】王科, 赵现平, 董均宇, 谭向宇, 彭晶, 项恩新 申请人:云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院, 云南电网公司技术分公司