一种基于时域参数的局部放电特高频传感器性能评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种评价方法，尤其设及一种基于时域参数的局部放电特高频传感器 性能评价方法。
【背景技术】
[0002] 特高频（ultra-hi曲化equency, UHF)检测技术是目前电力设备绝缘状态诊断领 域广泛使用的局部放电检测手段。当电力设备内部发生局部放电时，将产生很睹的脉冲电 流，上升时间小于1ns，从而激发起高达数GHz的电磁波。UHF检测技术通过接收并分析此 类电磁波信号来获取局部放电的相关信息。
[0003] UHF传感器是将电磁波信号转换成电压信号的装置，在UHF技术中起到关键作用。 UHF传感器的工作方式和天线类似，其性能也多由天线的频域参数表征。常见的天线频域 参数包括方向性、输入阻抗、增益、有效面积和有效高度等，均为随频率变化的参数。现阶段 在UHF传感器性能评价方法上主要采用M. D.化dd等人提出的频域有效高度参数和相应的 测量系统，即GTEM小室脉冲测量系统。（参考文献：化dd M D，Farish O.A pulsed GTEM system for UHF sensor calibration[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1998,47(4) ;875-880)该系统使用亚纳秒级脉冲信号发生器，在GTEM小室内 产生均匀的脉冲电磁场。通过高速示波器记录下待测传感器在该电磁场下的输出信号，结 合由标准参考天线测得的入射场强，并经由快速傅利叶算法便可求得传感器的频域有效高 度参数。
[0004] 然而使用天线频域参数描述UHF传感器存在着不足。局部放电UHF检测将传感器 信号的时域波形或频谱作为局部放电是否存在的依据，其中时域波形凭借直观和易处理的 特点成为现场检测的主要判据。而使用频域参数表征的方式却忽视了 UHF传感器的瞬态特 性，无法完全描述不同传感器在脉冲信号下时域波形的差异。事实上频域参数通常用于描 述窄带天线的性能，即天线工作频率为定值或者小段范围的情况。而UHF传感器检测的脉 冲信号为宽频信号，工程上将该种工作于脉冲状态的天线称为时域天线。频域参数很难清 晰完整地描述天线在接收或发射脉冲信号时的行为特征。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有评价方式的不足，本发明的目的在于提供一种基于时域参数的局部 放电特高频传感器性能评价方法，该方法通过时域参数表征特高频传感器的性能，在GTEM 小室脉冲测量系统测量数据的基础上，经由HUbed变换获取时域解析脉冲响应函数，并 提取出包络峰值、包络宽度和振荡时间S种时域参数。利用Guillaume-Nahman技术克服频 域反卷积求取时域参数过程中的病态问题，避免系统脉冲响应淹没于高频毛刺之中。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
[0007] 一种基于时域参数的局部放电特高频传感器性能评价方法，其特点在于，该方法 包括W下步骤：
[0008] 步骤1、利用GTEM小室脉冲测量系统作为电磁测量环境，测量出脉冲源发出的场 强输入信号x(k)和被测特高频传感器的电压输出采样信号y化)，k= 1，2...，N，N为采样 点数；
[0009] 步骤2、对输入信号x(k)和输出采样信号y(k)进行快速傅利叶变换得到输入信号 频谱X(n)和输出信号频谱Y(n)，n = 1，2...，N;
[0010] 步骤3、计算估计系统传递函数，公式如下：
[0011] D (n) = H (n) ? R (n)
[001引 式中，H(n)为实测系统传递函数，H(n) = Y(n)/X(n)，R(n)为 Guillaume-Nahman 滤波器；
[0013] 步骤4、构造脉冲响应函数频谱H+(n)，公式如下：
[0014]
【主权项】
1. 一种基于时域参数的局部放电特高频传感器性能评价方法，其特征在于，该方法包 括以下步骤： 步骤1、利用GTEM小室脉冲测量系统作为电磁测量环境，测量出脉冲源发出的场强输 入信号x(k)和被测特高频传感器的电压输出采样信号y(k)，k= 1，2. . .，N，N为采样点数； 步骤2、对场强输入信号x(k)和电压输出采样信号y(k)进行快速傅利叶变换得到输入 信号频谱X(n)和输出信号频谱Y(n)，n= 1，2. ..，N; 步骤3、计算估计系统传递函数，公式如下： D(n) =H(n) ?R(n) 式中，H(n)为实测系统传递函数，H(n) =Y(n)/X(n)，R(n)为Guillaume-Nahman滤波 器； 步骤4、构造脉冲响应函数频谱H+(n)，公式如下：
式中：N为采样点数，[N]代表不大于N的最大整数； 步骤5、对响应函数频谱H+(n)进行快速傅利叶反变换，得到估计脉冲响应h+(k); 步骤6、根据估计脉冲响应h+(k)提取与被测特高频传感器性能相关的时域参数，包括 包络峰值、包络宽度和振荡时间。
2. 根据权利要求1所述的一种基于时域参数的局部放电特高频传感器性能评价方法， 其特征在于：步骤3、所述的Guillaume-Nahman滤波器的构造公式为：
式中：y为波形平滑度的权重，C(n)为离散二阶差分算子，C(n) = (21131/N)2,N为采 样点数。
3. 根据权利要求1所述的一种基于时域参数的局部放电特高频传感器性能评价方法， 其特征在于：步骤6、根据估计脉冲响应h+(k)提取与被测特高频传感器性能相关的时域参 数，具体是： 包络峰值p，公式如下：
包络宽度tfwhm，公式如下：
振荡时间Ta，公式如下：
a为振荡的最小振幅与包络峰值的比值。
【专利摘要】本发明公开一种基于时域参数的局部放电特高频传感器性能评价方法，通过时域参数表征特高频传感器的性能，在GTEM小室脉冲测量系统测量数据的基础上，经由Hilbert变换获取时域解析脉冲响应函数，并提取出包络峰值、包络宽度和振荡时间三种时域参数。利用Guillaume-Nahman技术克服频域反卷积求取时域参数过程中的病态问题，避免系统脉冲响应淹没于高频毛刺之中。与现有评价体系相比发明能够更准确地描述UHF传感器在接收脉冲信号时的行为特征，为局部放电UHF检测信号时域波形的有效对比和分析提供了技术支撑。
【IPC分类】G01R35-00
【公开号】CN104569894
【申请号】CN201510039766
【发明人】陈孝信, 钱勇, 许永鹏, 舒博, 张一鸣, 盛戈皞, 江秀臣
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月27日