專利名稱：一種局部放電特高頻檢測(cè)設(shè)備接收性能的標(biāo)定系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用GTEM小室、對(duì)適用于電力變壓器和氣體絕緣組合開關(guān)設(shè)備(GIS)局部放電在線檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的特高頻(UHF)局部放電檢測(cè)設(shè)備(傳感器、檢測(cè)系統(tǒng))進(jìn)行標(biāo)定的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及采用所述系統(tǒng)的局部放電特高頻檢測(cè)設(shè)備接收性能的標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
以GIS為例進(jìn)行說明。近年來，GIS局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應(yīng)用日益廣泛，已經(jīng)形成一定規(guī)模。主要的測(cè)試原理包括特高頻法(英文 簡(jiǎn)稱UHF)，檢測(cè)頻帶在300MHz 1500MHz之間，其具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)，而且這種非接觸式的測(cè)量方式對(duì)于二次設(shè)備和檢測(cè)人員而言都更安全，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適合于在線監(jiān)測(cè)，因而較之于其它檢測(cè)方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。近年來全國各地通過特高頻在線監(jiān)測(cè)和帶電測(cè)試發(fā)現(xiàn)了大量GIS內(nèi)部缺陷案例，成為目前GIS在線檢測(cè)領(lǐng)域最重要的檢測(cè)手段。總結(jié)近年來國網(wǎng)和南網(wǎng)GIS局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前存在的影響局部放電特高頻技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸問題之一，就是檢測(cè)系統(tǒng)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)的問題。目前IEC、CIGRE都沒有發(fā)布特高頻法的靈敏度校核標(biāo)準(zhǔn)。UHF局部放電檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)的是特高頻頻段的電磁波信號(hào)，由于每次放電輻射出的電磁波頻譜分布不完全一致，而且特高頻在腔體內(nèi)部傳播過程中會(huì)有一定程度的衰減，因此，所檢測(cè)到的UHF信號(hào)與傳統(tǒng)的脈沖電流法的檢測(cè)結(jié)果難以良好的對(duì)應(yīng)，尤其是在幅值上沒有確定的比例關(guān)系。對(duì)特高頻檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度無法用統(tǒng)一的單位、數(shù)值進(jìn)行衡量。各供貨商對(duì)靈敏度的承諾有所差異，由此導(dǎo)致用戶單位的準(zhǔn)入質(zhì)量檢驗(yàn)手段不完善。全國各地對(duì)此類產(chǎn)品的統(tǒng)一要求中僅限于機(jī)械、絕緣以及電磁兼容等常規(guī)性試驗(yàn)內(nèi)容，而最關(guān)鍵的表征裝置核心性能的傳感器特性、檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度等卻缺乏統(tǒng)一、科學(xué)和有效的檢驗(yàn)評(píng)價(jià)方法，處于一個(gè)空白狀態(tài)。常規(guī)的傳感器標(biāo)定多采用掃頻法，這也是計(jì)量領(lǐng)域采用的標(biāo)準(zhǔn)化方法。由于局部放電產(chǎn)生的UHF信號(hào)為瞬態(tài)脈沖型式，掃頻測(cè)試無法準(zhǔn)確反映傳感器和檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于瞬態(tài)信號(hào)的接收能力，而且局部放電UHF信號(hào)有高達(dá)數(shù)GHz的豐富頻譜分量，掃頻測(cè)量系統(tǒng)所必需的微波暗室造價(jià)高達(dá)數(shù)百萬元，成本極其高昂。因此，采用經(jīng)典的掃頻標(biāo)定方法應(yīng)用于局部放電特高頻檢測(cè)傳感器和檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定既不經(jīng)濟(jì)，也不科學(xué)。采用GTEM (吉赫茲?rùn)M電磁波)進(jìn)行電磁測(cè)試是近年來國際電磁領(lǐng)域發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。由于GTEM的寬頻帶特性(從直流到微波)，低造價(jià)(只相當(dāng)電波暗室造價(jià)的百分之幾)，既可用于電磁輻射敏感度試驗(yàn)(EMS試驗(yàn)，也稱抗擾度試驗(yàn))，又可用于電磁輻射試驗(yàn)(EMI試驗(yàn))，而且所用儀器配置簡(jiǎn)單、成本便宜，可用于快速和自動(dòng)測(cè)試的特點(diǎn)，所以越來越受到國際和國內(nèi)有關(guān)人士的重視。目前在射頻測(cè)試中GTEM小室對(duì)小體積設(shè)備應(yīng)用測(cè)試結(jié)果的一致性已為很多檢測(cè)機(jī)構(gòu)認(rèn)同，使其成為性能價(jià)格比最佳的測(cè)試方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題，就是提供一種基于GTEM傳輸小室、對(duì)適用于GIS局部放電在線檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的特高頻(UHF)局部放電檢測(cè)設(shè)備(傳感器、檢測(cè)系統(tǒng))進(jìn)打標(biāo)定的系統(tǒng)。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題，就是提供采用上述系統(tǒng)的基于GTEM傳輸小室、對(duì)適用于GIS局部放電在線檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的特高頻(UHF)局部放電檢測(cè)設(shè)備(傳感器、檢測(cè)系統(tǒng))進(jìn)行標(biāo)定的脈沖時(shí)域參考法。解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種局部放電特高頻檢測(cè)設(shè)備接收性能的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是包括依次以導(dǎo)線連接的GTEM傳輸小室、標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器、測(cè)控計(jì)算機(jī)和高速寬帶示波器，所述的高速寬帶示波器還另有分路信號(hào)至GTEM傳輸小室，所述的GTEM傳輸小室頂上開有專用測(cè)試窗口，放 置有參考傳感器和被測(cè)傳感器，所述的參考傳感器和被測(cè)傳感器分別與所述的高速寬帶示波器連接。所述的參考傳感器為短單極探針天線。標(biāo)定系統(tǒng)原理標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一定占空比脈沖電壓信號(hào)，該信號(hào)傳到GTEM小室的輸入端并在其內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)Ei (t)，傳感器耦合的輸出信號(hào)U()(t)可通過高速寬帶示波器捕獲。被測(cè)傳感器的接收特性可由其輸出的電壓與入射電場(chǎng)的比值來表示，Hsens(Z) =CD
Ei(Z)其中U。為U。⑴的FFT變換，Ei為Ei⑴的FFT變換，Hsens的量綱為mm,故此稱為等效高度。傳感器的等效高度表征了它在不同頻率下接收或輻射信號(hào)的能力，等效高度越高，則表明對(duì)于同樣強(qiáng)度的入射電磁波，其輸出的電平越大，即耦合能力越強(qiáng)。目前，GTEM小室內(nèi)某一位置的電場(chǎng)Ei(t)難以精確測(cè)定，本發(fā)明采用參考法計(jì)算待測(cè)傳感器的幅頻特性，即通過傳遞特性已知的參考天線對(duì)待測(cè)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。如圖2所
/Jn ο設(shè)標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器注入至GTEM小室的信號(hào)為Vi, GTEM小室的傳遞函數(shù)Heell,參考天線傳感器的傳遞函數(shù)H&，則參考傳感器的響應(yīng)信號(hào)為Uor,標(biāo)定系統(tǒng)的傳遞特性Hsys，則待測(cè)傳感器的傳遞函數(shù)特性為
U U
rnTT— uOS — uMSsens — J7 — τ τ Y7(。)
HsysIi1這里不用標(biāo)定入射電場(chǎng)，而是首先記錄參考探針對(duì)于入射場(chǎng)E1的響應(yīng)V吣然后將待測(cè)傳感器安裝到暫態(tài)測(cè)量小室內(nèi)，測(cè)量其輸出Vms，那么入射電場(chǎng)可以表示為E1 =(3)將(2)式帶入(I)即可得被測(cè)傳感器的頻率響應(yīng)H _ =ref(4)
U Mr
由(4)式知，通過參考傳感器的傳遞函數(shù)H,ef，參考傳感器和被測(cè)傳感器對(duì)于注入脈沖信號(hào)的電壓響應(yīng)，即可求得待測(cè)傳感器的傳遞函數(shù)特性。參考法的好處之一在于不必要求知道測(cè)量設(shè)備的頻域響應(yīng)Hsys,因?yàn)槠鋵?duì)于所有測(cè)量的影響都是一樣的，并且在取比值時(shí)被約掉了。而且，這種測(cè)量技術(shù)對(duì)于入射波E1的波形畸變也不敏感，因?yàn)槠渥饔脤?duì)于兩種方式測(cè)量信號(hào)的影響都是相同的。2、GTEM 小室GTEM小室的作用是提供一個(gè)終端匹配的、能屏蔽外部干擾的電磁波傳輸環(huán)境，其工作頻帶應(yīng)覆蓋特高頻或被測(cè)傳感器的工作頻帶。3、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脈沖源的要求是產(chǎn)生的脈沖具有足夠?qū)挼念l譜分布，能夠有效的覆蓋特 高頻或關(guān)注的射頻頻率范圍；脈沖源內(nèi)阻與GTEM小室的阻抗匹配；脈沖占空比至少應(yīng)保證連續(xù)兩次脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔足夠大，使得被測(cè)傳感器耦合的前后兩次電磁波信號(hào)不發(fā)生波形重疊；脈沖幅值穩(wěn)定可控，輸出信號(hào)的不穩(wěn)定度不超過1%。4、參考傳感器的選擇參考傳感器需要具備如下特性(1)、接收特性已知；(2)檢測(cè)頻帶覆蓋被標(biāo)定傳感器的工作頻帶；(3)對(duì)被測(cè)電場(chǎng)影響小。這里參考傳感器我們選擇短單極探針天線。短單極探針尺寸小，對(duì)被測(cè)電場(chǎng)影響??；而且短單極探針在接收瞬變場(chǎng)信號(hào)時(shí)具有不失真檢測(cè)的特點(diǎn)；特別是因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其理論接收特性研究得比較透徹，并建立起了精確的數(shù)學(xué)模型，因此適合作為局放檢測(cè)傳感器的參考天線傳感器。5、平均等效高度為了表征被測(cè)傳感器在寬頻帶內(nèi)的接收特性，這里定義了在測(cè)量頻率(f\，f2)內(nèi)的平均等效高度，即在規(guī)定的測(cè)試頻帶內(nèi)，在各頻率點(diǎn)等效高度的累計(jì)平均值，具體表示為I"".)
O)這里N為參與計(jì)算的頻率采樣點(diǎn)數(shù)。解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種局部放電特高頻檢測(cè)設(shè)備接收性能的標(biāo)定方法，包括以下步驟SI首先測(cè)試并記錄參考傳感器-短單極探針天線對(duì)于入射場(chǎng)E1的響應(yīng)Vsfr ；S2然后將待測(cè)傳感器安裝到GTEM傳輸小室頂上開有專用測(cè)試窗口，測(cè)量其輸出
V·
vMs S3被測(cè)傳感器的頻率響應(yīng)H 識(shí)s =ref
U MrS4在測(cè)量頻率(f\，f2)內(nèi)選取頻率采樣點(diǎn)數(shù)N，重復(fù)步驟S2和S3共N次，得各頻率點(diǎn)得等效高度；S5被測(cè)傳感器在寬頻帶內(nèi)的接收特性，這里定義了在測(cè)量頻率(f\，f2)內(nèi)的平均等效高度，即在規(guī)定的測(cè)試頻帶內(nèi)，在各頻率點(diǎn)等效高度的累計(jì)平均值，具體表示為
權(quán)利要求
1.一種局部放電特高頻檢測(cè)設(shè)備接收性能的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是包括依次以導(dǎo)線連接的GTEM傳輸小室、標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器、測(cè)控計(jì)算機(jī)和高速寬帶示波器，所述的高速寬帶示波器還另有分路信號(hào)至GTEM傳輸小室，所述的GTEM傳輸小室頂上開有專用測(cè)試窗口，放置有參考傳感器和被測(cè)傳感器，所述的參考傳感器和被測(cè)傳感器分別與所述的高速寬帶示波器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的局部放電特高頻檢測(cè)設(shè)備接收性能的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征是所述的參考傳感器為短單極探針天線。
3.一種采用如權(quán)利要求I所述標(biāo)定系統(tǒng)的局部放電特高頻檢測(cè)設(shè)備接收性能的標(biāo)定 方法，包括以下步驟 Si首先測(cè)試并記錄參考傳感器-短單極探針天線對(duì)于入射場(chǎng)E1的響應(yīng)Vsfr ； S2然后將待測(cè)傳感器安裝到GTEM傳輸小室頂上開有專用測(cè)試窗口，測(cè)量其輸出Vms ； S3被測(cè)傳感器的頻率響應(yīng) UTT_Ms TT sens — j jref U Mr S4在測(cè)量頻率(f\，f2)內(nèi)選取頻率采樣點(diǎn)數(shù)N，重復(fù)步驟S2和S3共N次，得各頻率點(diǎn)得等效高度； S5被測(cè)傳感器在寬頻帶內(nèi)的接收特性，這里定義了在測(cè)量頻率(f\，f2)內(nèi)的平均等效高度，即在規(guī)定的測(cè)試頻帶內(nèi)，在各頻率點(diǎn)等效高度的累計(jì)平均值，具體表示為 y//(/)H . --V ；N 這里N為參與計(jì)算的頻率采樣點(diǎn)數(shù)。
全文摘要
一種局部放電特高頻檢測(cè)設(shè)備接收性能的標(biāo)定系統(tǒng)包括依次以導(dǎo)線連接的GTEM傳輸小室、標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器、測(cè)控計(jì)算機(jī)和高速寬帶示波器，所述的高速寬帶示波器還另有分路信號(hào)至GTEM傳輸小室，所述的GTEM傳輸小室頂上開有專用測(cè)試窗口，放置有參考傳感器和被測(cè)傳感器，所述的參考傳感器和被測(cè)傳感器分別與所述的高速寬帶示波器連接。本發(fā)明還包括采用所述系統(tǒng)的標(biāo)定方法。本發(fā)明的局部放電特高頻檢測(cè)設(shè)備接收性能的標(biāo)定系統(tǒng)及方法，具有寬頻帶特性，低造價(jià)，既可用于電磁輻射敏感度試驗(yàn)，又可用于電磁輻射試驗(yàn)，而且所用儀器配置簡(jiǎn)單、成本便宜，可用于快速和自動(dòng)測(cè)試。
文檔編號(hào)G01R35/00GK102866375SQ20121033095
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者盧啟付, 唐志國, 姚森敬, 許鶴林, 呂鴻, 李成榕, 李興旺, 彭向陽, 王宇, 王流火 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 華北電力大學(xué)