Gis局部放电uhf传感器等效高度的扫频参考标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于变电设备状态检测领域，主要研究GIS局部放电UHF传感器的性能校 核问题，具体为一种GIS局部放电UHF传感器等效高度的扫频参考标定方法。
【背景技术】
[0002] 目前，GIS局部放电UHF传感器缺乏有效统一的标定方法，由此导致的GIS局部放 电UHF检测失效事例越来越多，严重制约了 GIS局部放电UHF检测行业的健康发展。为此， 必须建立科学合理的GIS局部放电UHF传感器标定方法，形成相关的产品技术规范，对入网 的GIS局部放电UHF传感器进行客观评价。
[0003] 基于时域脉冲参考法的等效高度测量是目前GIS局部放电UHF传感器应用最为广 泛的一种标定方法。在GTEM小室测试窗口处放置单极标准探针，打开标定脉冲信号源，输 出脉冲信号至GTEM小室，建立脉冲电磁场，合理配置示波器，记录并保存单极标准探针输 出的电压波形，进行FFT变换，获得单极标准探针的幅频响应特性；在GTEM小室测试窗口处 将单极标准探针更换为待测传感器，合理配置示波器，记录并保存待测传感器输出的电压 波形，进行FFT变换，获得待测传感器的幅频响应特性；基于时域脉冲参考法，计算得到待 测传感器的频域等效高度曲线。
[0004] 现有技术主要基于时域脉冲参考法，具有如下不足：
[0005] 1、脉冲信号源福射出的UHF电磁波信号应与局部放电的UHF信号相当，局部放电 信号具有随机性，如何确定脉冲信号源的参数是关键和难点问题之一，脉冲信号源的输出 幅值和上升时间等参数对UHF传感器等效高度标定结果的影响无法有效评估；
[0006] 2、对时域电压波形进行FFT变换，可能会对UHF传感器等效高度的标定结果带来 中间误差。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种GIS局部放电UHF传感器等效高度的扫频参考标定方 法，能客观评价GIS局部放电UHF传感器的性能，实现GIS局部放电UHF传感器的入网和定 期检验。
[0008] 本发明采用以下方案实现：一种GIS局部放电UHF传感器等效高度的扫频参考标 定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1 :建立一由GTEM小室、扫频信号源、高速数字示 波器、单极标准探针、待测传感器、测控计算机、标定软件及各种线缆附件组成的GIS局部 放电UHF传感器等效高度标定平台；步骤S2 :通过扫频信号源向GTEM小室内注入幅值为A 的连续正弦波电压信号，分别将单极标准探针和待测传感器的输出端口接至示波器的测量 端口，并通过安装在所述测控计算机的标定软件实时采集单极标准探针和待测传感器耦合 到的电压信号；步骤S3 :根据扫频参考法计算得到待测传感器的频域等效高度曲线。
[0009] 在本发明一实施例中，所述GTEM小室的主要技术参数为：频率范围0-2GHZ ; 输入阻抗50 Ω ;电压驻波比彡1. 5 ;工作场强范围0. 5 μ V/m-10V/m ;规格尺寸 4200mmX2200mmX 1400mm ;所述待测传感器测试窗口位于GTEM小室顶部后三分之一磁场 较均匀的的区域，开孔直径彡150mm。
[0010] 在本发明一实施例中，所述扫频信号源的主要技术参数为：频率范围 10kHz-2GHz ;输出阻抗50Ω ;最大输出功率彡lOdBm;输出标准正弦波。
[0011] 在本发明一实施例中，所述高速数字示波器的主要技术参数为：模拟带宽 彡2GHz ;采样率彡20Gs/s。
[0012] 在本发明一实施例中，所述单极标准探针的推荐规格尺寸为：半径r = 0. 65mm ;高 度 h = 25mm〇
[0013] 在本发明一实施例中，所述测控计算机的主要性能参数为：主频多1G ;内存多2G ; 操作系统为Windows XP及更高系统。
[0014] 在本发明一实施例中，所述标定软件采用Labview开发，通过串口控制线与扫频 信号源建立通信，通过网线与高速数字示波器建立通信，执行标定软件中配置的扫频及示 波器采集参数，控制扫频信号源根据设定的参数进行扫频，高速数字示波器采集单极标准 探针及待测UHF传感器输出各频率点的电压信号幅值，进而依据扫频参考法计算UHF传感 器频域的等效高度，显示、保存和打印测试结果。
[0015] 在本发明一实施例中，所述扫频参考法的实现原理和步骤如下：步骤S31 :采用频 域等效高度来标定UHF传感器的耦合性能，其值为传感器输出电压U。(f)与入射电场E: (f) 的比值，即
·，步骤S32 :通过标定扫频信号源注入电压1^至GTEM小室，在 GTEM小室内部建立电场E:，单极标准探针和被测传感器耦合输出的电压分别为IV和U ^经 过测量系统后输出的电压分别为UMdP U Ms;步骤S33 :设GTEM小室的传递函数为H Mll，单极 标准探针的传递函数为H"f，待测传感器的传递函数为Hs_，测量系统的传递特性为Hsys，则 单极标准探针和待测传感器的测量系统输出可分别表示为：
，由 此可推导得到
通过测量待测传感器和单极标准探针在同一电压下的频响 特性，并根据单极标准探针的等效高度，计算得到待测传感器的等效高度。
[0016] 与现有技术相比，本发明方案具有以下优点和有益效果：
[0017] 1、实现原理清晰、明确，可有效测量GIS局部放电UHF传感器的等效高度曲线；
[0018] 2、软件集约化程度高，平台操作简便；
[0019] 3、测量精度高，扫频信号源稳定性高，消除了脉冲信号源的输出幅值和上升时间 等参数对UHF传感器等效高度标定结果的影响，以及对时域信号进行FFT变换产生的中间 误差，可实现GIS局部放电UHF传感器耦合性能的科学评价。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明方法原理接线图。
[0021] 图2是本发明实施例中一个UHF传感器等效高度曲线的标定结果。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0023] 本发明通过扫频信号源向GTEM小室内注入幅值一定的连续正弦波电压信号，分 别将单极标准探针和待测传感器的输出端口接至示波器的测量端口，通过软件实时采集单 极标准探针和待测传感器耦合到的电压信号，根据扫频参考法计算得到待测传感器的频域 等效尚度曲线。
[0024] 具体步骤如下：
[0025] 步骤S1 :建立由GTEM小室、扫频信号源、高速数字示波器、单极标准探针、待测传 感器、测控计算机、标定软件及各种线缆附件等组成的GIS局部放电UHF传感器等效高度标 定平台，如图1所示。
[0026] 步骤S2 :通过扫频信号源向GTEM小室内注入幅值一定（幅值为UI)的连续正弦 波电压信号，分别将单极标准探针和待测传感器的输出端口接至示波器的测量端口，合理 配置示波器，通过安装在测定计算机的软件实时采集单极标准探针和待测传感器耦合到的 电压信号；步骤S3 :根据扫频参考法计算得到待测传感器的频域等效高度曲线。
[0027] 所述扫频信号源的主要技术参数为：频率范围10kHz-2GHz ;输出阻抗50 Ω ;最大 输出功率多10dBm;输出标准正弦波。所述高速数字示波器的主要技术参数为：模拟带宽 多2GHz ;采样率多20Gs/s。所述单极标准探针的推荐规格尺寸为：半径r = 0. 65mm ;高度 h = 25mm。所述测控计算机的主要性能参数为：主频多1G ;内存多2G ;操作系统为Windows XP及更高系统