一種局部放電特高頻檢測設備接收性能的標定系統及方法技術方案

一種局部放電特高頻檢測設備接收性能的標定系統：包括依次以導線連接的GTEM傳輸小室、標準脈沖發生器、測控計算機和高速寬帶示波器，所述的高速寬帶示波器還另有分路信號至GTEM傳輸小室，所述的GTEM傳輸小室頂上開有專用測試窗口，放置有參考傳感器和被測傳感器，所述的參考傳感器和被測傳感器分別與所述的高速寬帶示波器連接。本發明專利技術還包括采用所述系統的標定方法。本發明專利技術的局部放電特高頻檢測設備接收性能的標定系統及方法，具有寬頻帶特性，低造價，既可用于電磁輻射敏感度試驗，又可用于電磁輻射試驗，而且所用儀器配置簡單、成本便宜，可用于快速和自動測試。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種采用GTEM小室、對適用于電力變壓器和氣體絕緣組合開關設備(GIS)局部放電在線檢測
的特高頻(UHF)局部放電檢測設備(傳感器、檢測系統)進行標定的系統。本專利技術還涉及采用所述系統的局部放電特高頻檢測設備接收性能的標定方法。
技術介紹
以GIS為例進行說明。近年來，GIS局部放電在線監測系統在電網中的應用日益廣泛，已經形成一定規模。主要的測試原理包括特高頻法(英文 簡稱UHF)，檢測頻帶在300MHz 1500MHz之間，其具有抗干擾能力強、靈敏度高等特點，而且這種非接觸式的測量方式對于二次設備和檢測人員而言都更安全，系統結構簡單，特別適合于在線監測，因而較之于其它檢測方法具有明顯的優勢。近年來全國各地通過特高頻在線監測和帶電測試發現了大量GIS內部缺陷案例，成為目前GIS在線檢測領域最重要的檢測手段。總結近年來國網和南網GIS局放在線監測系統運行經驗，發現當前存在的影響局部放電特高頻技術推廣應用的關鍵瓶頸問題之一，就是檢測系統規范化和標準化評價的問題。目前IEC、CIGRE都沒有發布特高頻法的靈敏度校核標準。UHF局部放電檢測技術檢測的是特高頻頻段的電磁波信號，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部傳播過程中會有一定程度的衰減，因此，所檢測到的UHF信號與傳統的脈沖電流法的檢測結果難以良好的對應，尤其是在幅值上沒有確定的比例關系。對特高頻檢測系統的靈敏度無法用統一的單位、數值進行衡量。各供貨商對靈敏度的承諾有所差異，由此導致用戶單位的準入質量檢驗手段不完善。全國各地對此類產品的統一要求中僅限于機械、絕緣以及電磁兼容等常規性試驗內容，而最關鍵的表征裝置核心性能的傳感器特性、檢測系統靈敏度等卻缺乏統一、科學和有效的檢驗評價方法，處于一個空白狀態。常規的傳感器標定多采用掃頻法，這也是計量領域采用的標準化方法。由于局部放電產生的UHF信號為瞬態脈沖型式，掃頻測試無法準確反映傳感器和檢測系統對于瞬態信號的接收能力，而且局部放電UHF信號有高達數GHz的豐富頻譜分量，掃頻測量系統所必需的微波暗室造價高達數百萬元，成本極其高昂。因此，采用經典的掃頻標定方法應用于局部放電特高頻檢測傳感器和檢測系統的標定既不經濟，也不科學。采用GTEM (吉赫茲橫電磁波)進行電磁測試是近年來國際電磁領域發展的一項新技術。由于GTEM的寬頻帶特性(從直流到微波)，低造價(只相當電波暗室造價的百分之幾)，既可用于電磁輻射敏感度試驗(EMS試驗，也稱抗擾度試驗)，又可用于電磁輻射試驗(EMI試驗)，而且所用儀器配置簡單、成本便宜，可用于快速和自動測試的特點，所以越來越受到國際和國內有關人士的重視。目前在射頻測試中GTEM小室對小體積設備應用測試結果的一致性已為很多檢測機構認同，使其成為性能價格比最佳的測試方案。
技術實現思路
本專利技術所要解決的第一個技術問題，就是提供一種基于GTEM傳輸小室、對適用于GIS局部放電在線檢測
的特高頻(UHF)局部放電檢測設備(傳感器、檢測系統)進打標定的系統。本專利技術所要解決的第二個技術問題，就是提供采用上述系統的基于GTEM傳輸小室、對適用于GIS局部放電在線檢測
的特高頻(UHF)局部放電檢測設備(傳感器、檢測系統)進行標定的脈沖時域參考法。解決上述第一個技術問題，本專利技術采用的技術方案如下一種局部放電特高頻檢測設備接收性能的標定系統，其特征是包括依次以導線連接的GTEM傳輸小室、標準脈沖發生器、測控計算機和高速寬帶示波器，所述的高速寬帶示波器還另有分路信號至GTEM傳輸小室，所述的GTEM傳輸小室頂上開有專用測試窗口，放 置有參考傳感器和被測傳感器，所述的參考傳感器和被測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。標定系統原理標準脈沖發生器產生一定占空比脈沖電壓信號，該信號傳到GTEM小室的輸入端并在其內部產生電場Ei (t)，傳感器耦合的輸出信號U()(t)可通過高速寬帶示波器捕獲。被測傳感器的接收特性可由其輸出的電壓與入射電場的比值來表示，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的能力，等效高度越高，則表明對于同樣強度的入射電磁波，其輸出的電平越大，即耦合能力越強。目前，GTEM小室內某一位置的電場Ei(t)難以精確測定，本專利技術采用參考法計算待測傳感器的幅頻特性，即通過傳遞特性已知的參考天線對待測傳感器進行標定。如圖2所/Jn ο設標準脈沖發生器注入至GTEM小室的信號為Vi, GTEM小室的傳遞函數Heell,參考天線傳感器的傳遞函數H&，則參考傳感器的響應信號為Uor,標定系統的傳遞特性Hsys，則待測傳感器的傳遞函數特性為 U UrnTT— uOS — uMSsens — J7 — τ τ Y7(。)HsysIi1這里不用標定入射電場，而是首先記錄參考探針對于入射場E1的響應V吣然后將待測傳感器安裝到暫態測量小室內，測量其輸出Vms，那么入射電場可以表示為E1 =(3)將(2)式帶入(I)即可得被測傳感器的頻率響應H _ =ref(4) U Mr由(4)式知，通過參考傳感器的傳遞函數H,ef，參考傳感器和被測傳感器對于注入脈沖信號的電壓響應，即可求得待測傳感器的傳遞函數特性。參考法的好處之一在于不必要求知道測量設備的頻域響應Hsys,因為其對于所有測量的影響都是一樣的，并且在取比值時被約掉了。而且，這種測量技術對于入射波E1的波形畸變也不敏感，因為其作用對于兩種方式測量信號的影響都是相同的。2、GTEM 小室GTEM小室的作用是提供一個終端匹配的、能屏蔽外部干擾的電磁波傳輸環境，其工作頻帶應覆蓋特高頻或被測傳感器的工作頻帶。3、標準信號源對標準脈沖源的要求是產生的脈沖具有足夠寬的頻譜分布，能夠有效的覆蓋特 高頻或關注的射頻頻率范圍；脈沖源內阻與GTEM小室的阻抗匹配；脈沖占空比至少應保證連續兩次脈沖信號之間的時間間隔足夠大，使得被測傳感器耦合的前后兩次電磁波信號不發生波形重疊；脈沖幅值穩定可控，輸出信號的不穩定度不超過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)檢測頻帶覆蓋被標定傳感器的工作頻帶；(3)對被測電場影響小。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，對被測電場影響小；而且短單極探針在接收瞬變場信號時具有不失真檢測的特點；特別是因其結構簡單，其理論接收特性研究得比較透徹，并建立起了精確的數學模型，因此適合作為局放檢測傳感器的參考天線傳感器。5、平均等效高度為了表征被測傳感器在寬頻帶內的接收特性，這里定義了在測量頻率(f\，f2)內的平均等效高度，即在規定的測試頻帶內，在各頻率點等效高度的累計平均值，具體表示為I"".) O)這里N為參與計算的頻率采樣點數。解決上述第二個技術問題，本專利技術采用的技術方案如下一種局部放電特高頻檢測設備接收性能的標定方法，包括以下步驟SI首先測試并記錄參考傳感器-短單極探針天線對于入射場E1的響應Vsfr ；S2然后將待測傳感器安裝到GTEM傳輸小室頂上開有本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種局部放電特高頻檢測設備接收性能的標定系統，其特征是：包括依次以導線連接的GTEM傳輸小室、標準脈沖發生器、測控計算機和高速寬帶示波器，所述的高速寬帶示波器還另有分路信號至GTEM傳輸小室，所述的GTEM傳輸小室頂上開有專用測試窗口，放置有參考傳感器和被測傳感器，所述的參考傳感器和被測傳感器分別與所述的高速寬帶示波器連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：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(專利權)人：廣東電網公司電力科學研究院，華北電力大學，
類型：發明
國別省市：