一种还原局部放电超高频信号的方法与流程

技术领域

本发明涉及局部放电检测技术领域，具体地，涉及一种还原局部放电超高频信号的方法。

背景技术：

超高频（UHF）法是目前局部放电检测的一种新方法，该方法通过天线传感器接收局部放电过程辐射的UHF电磁波，实现局部放电的检测。该技术的特点在于：检测频段较高，可以有效地避开常规局部放电测量中的电晕、开关操作等多种电气干扰；检测频带宽，所以其检测灵敏度很高；而且可识别故障类型和进行定位。UHF检测的特点使其在局部放电检测领域具有其他方法无法比拟的优点，因而在近年来得到了迅速的发展和广泛的应用。但它对传感器的采集精度和宽带要求很高，因此造价较高

目前超高频传感器种类繁多，应用也很广，但是很难对传感器的传播特性进行评价。针对电力设备放电源的超高频信号传播过程较复杂的问题，希望简化其来自传感器造成的影响。也就是说，当我们希望标定一个放电量的时候，可能会考虑多方面的问题，如传播途径，传感器特性，放电源特性等因素。

在实现本发明的过程中，发明人发现目前对于局部放电放电量的标定还没有准确的方法，脉冲电流法是工程实际应用较多的方法，但是脉冲电流法本身存在很大的问题，很难真正反应局部放电的强烈程度，且受干扰较大。超高频法是逐渐兴起的检测局部放电的方法。其主要问题是:局部放电激发的超高频电磁波经历复杂的传播过程，对于检测设备来说，希望相同的放电信号可以得到相同的检测结果，但是传感器不可避免的存在着差异。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种还原局部放电超高频信号的方法，以实现的不同传感器的去差异化，实现校准过程的简化的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种还原局部放电超高频信号的方法，主要包括以下步骤：

a．信号发生器产生单位冲击激励脉冲信号 分别通过信号电缆及超高频传感器连接示波器的第一通道和第二通道，测量得到单位冲击激励信号的波形以及传感器的响应特性h(t)；

b．输入任意信号x(t)与传感器响应特性h(t)进行卷积，得到输出信号y(t)；

c．对输出信号y(t)进行反卷积，利用传感器的响应特性h(t)，得出输入信号x(t)。

进一步地，所述步骤b中具体为，将任意输入信号x(t)分成无穷个脉冲函数，利用卷积公式y(t) = ∫ x(τ) h(t−τ) dτ，进行叠加后得到输出信号y(t)波形。

进一步地，所述步骤c具体为，对传感器响应特性h(t)滤波处理后进行傅里叶变换，得到频域传感器响应特性H(Ω)，对输出信号y(t)进行傅里叶变换得到输出信号频域特性Y(Ω)，根据X(Ω)H(Ω)= Y(Ω)，得到频域输入信号X(Ω)，对X(Ω)进行发变换得到原始信号。

进一步地，所述第一示波器和第二示波器的模拟宽带均大于2GHz。

进一步地，信号发生器产生的单位冲击激励脉冲信号 为皮秒级的上升沿。

进一步地，所述第二示波器为自带FFT算法的4通道的实时采样率为40 GS/s的WaveRunner 6Zi数字示波器。

进一步地，步骤a中，所述信号电缆为50Ω同轴电缆。

进一步地，步骤a中，所述超高频传感器距离放电源固定位置处，通过所述信号电缆与示波器第二通道连接，测量显示超高频传感器的响应波形。

本发明各实施例的，由于主要包括：信号发生器产生单位冲击激励脉冲信号 ，分别通过第一示波器和超高频传感器，测量得到单位冲击激励信号的波形以及传感器的响应特性h(t)，输入任意信号x(t)与传感器响应特性h(t)进行卷积，得到输出信号y(t)；对输出信号y(t)进行反卷积，利用传感器的响应特性h(t)，得出输入信号x(t)；从而可以克服现有技术中由于传感器的差异造成相同的放电信号，得到了不同的检测结果的缺陷，实现的不同传感器的去差异化，实现校准过程的简化的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种还原局部放电超高频信号的方法工作原理图。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

具体地，一种还原局部放电超高频信号的方法，主要包括以下步骤：

a．信号发生器产生单位冲击激励脉冲信号 ，分别通过信号电缆及超高频传感器连接示波器的第一通道和第二通道，测量得到单位冲击激励信号的波形以及传感器的响应特性h(t)；

b．输入任意信号x(t)与传感器响应特性h(t)进行卷积，得到输出信号y(t)；

c．对输出信号y(t)进行反卷积，利用传感器的响应特性h(t)，得出输入信号x(t)。

所述步骤b中具体为，将任意输入信号x(t)分成无穷个脉冲函数，利用卷积公式y(t) = ∫ x(τ) h(t−τ) dτ，进行叠加后得到输出信号y(t)波形。

所述步骤c具体为，对传感器响应特性h(t)滤波处理后进行傅里叶变换，得到频域传感器响应特性H(Ω)，对输出信号y(t)进行傅里叶变换得到输出信号频域特性Y(Ω)，根据X(Ω)H(Ω)= Y(Ω)，得到频域输入信号X(Ω)，对X(Ω)进行发变换得到原始信号。

所述第一示波器和第二示波器的模拟宽带均大于2GHz。

步骤a中，所述信号电缆为50Ω同轴电缆。

步骤a中，所述超高频传感器距离放电源固定位置处，通过所述信号电缆与示波器第二通道连接，测量显示超高频传感器的响应波形。

信号发生器产生的单位冲击激励脉冲信号 为皮秒级的上升沿。

所述第二示波器为自带FFT算法的4通道的实时采样率为40 GS/s的WaveRunner 6Zi数字示波器。

为了便于求解传感器的响应问题，可以通过任意复杂信号分解为简单激励信号，求出系统对每个简单激励的响应，而后叠加这些简单激励的响应，从而得到复杂激励的响应。

对于不同的传感器而言，单位冲击激励作用下的零状态响应即为单位冲击响应，这个响应反应了传感器的固有特性，它是由传感器本身的参数结构决定的。利用这个响应我们就能得到任意输入波形下的系统的响应：方法是通过任意输入x卷积该传感器的响应特性h，就能得到真实的输出信号y。因此，利用传感器接收到的信号y以及传感器测得的响应特性h，就能反推原始信号，对超高频局部放电原始信号进行还原。

具体的,当用信号发生器产生一个脉冲 时，测得传感器响应是h(t)，就认为系统的响应特性为h(t)，由信号卷积公式：y(t) = ∫ x(τ) h(t−τ) dτ，将任意输入x(t)分成无穷个脉冲函数的叠加，就能利用卷积公式得到输出信号的波形。

同样的，利用输出信号的波形y(t)反卷积测得传感器相应特性h(t)就能得到原始的输入信号波形x(t)。

具体的，通过脉冲源产生一个脉冲信号，分别同时用超高频传感器，示波器直接测量。要求示波器的模拟带宽应大于2GHz，不失真的得到原始信号波形，并要求脉冲源产生的脉冲信号有皮秒级的上升沿。

得到单位冲击输入δ(t)的波形以及该输入的响应y(t)，因为单位冲击激励与任意信号的卷积都是该信号本身，这个响应y(t)即为系统的相应特性h(t)

对于任意输入x(t)的响应y(t)可以通过如附图1所示的方法，利用超高频传感器接示波器测量得到，即得到任意输入x(t)下超高频传感器的响应y(t)得到的系统响应特性h(t)，卷积测得的任意输入信号的响应y(t)即可求得任意输入x(t)的波形具体方法是：利用数字信号处理技术中卷积计算的方法，即时域的卷积对应频域的乘积，通过示波器接口连接安装了Matlab的便携式计算机，将测得的示波器相应特性h(t)进行滤波处理，再进行傅里叶变换，得到频域特性H(Ω)，再由示波器测得的任意输入的响应y(t)进行傅里叶变换得到Y(Ω)，由于X(Ω)H(Ω)＝Y(Ω)，求得X(Ω)再进行反变换就可以重建原始信号。另一种方法是采用较先进的数字示波器，如4通道的实时采样率为40GS/s的WaveRunner 6Zi数字示波器，其自带FFT算法，并且在window系统下能够安装Matlab软件直接实时对采集信号进行分析。

就局部放电超高频传感器而言，频域通常只需要3GHz以内的频谱。所以只要标定脉冲信号上升时间满足要求，就可以滤波截取相应频段成分，滤去高频噪声。这样做的不足在于舍弃了系统的部分信息，降低了时域分辨率，但是简化了计算过程，精度满足传感器的标定要求即可。

实际应用中，对于相同的放电信号，不同传感器得到响应波形是不同的，利用单位冲击响应测得每一个传感器的响应特性h，就能知道不同传感器，甚至是不同传感器不同位置处原始信号的波形。用同一个校准信号对不同传感器进行响应分析，可以将其响应特性进行归一化处理，简化传感器环节信号的分析过程，有利于对原始放电信号的传播规律进行分析，有利于解决放电源的放电量校准问题。

至少可以达到以下有益效果：针对超高频传感器存在的诸多问题，例如传感器响应特性，角度方位特性等难以检测的问题，该方案可以实现不同传感器的归一化处理。

一般超高频标定方法是类比脉冲电流法得到的视在放电量进行标定，通过该方法能够对传感器采集的超高频信号进行还原，有利于分析放电源的放电问题。局部放电超高频信号传播过程复杂，传感器的归一化分析方法能够极大方便超高频信号校准研究，更好的分析放电源及传播过程的问题，理论应用性强。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。