[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种评价方法，尤其涉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

特高频(ultra-high frequency,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，将产生很陡的脉冲电流，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。

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.Judd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：Judd 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。

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，工程上将这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

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。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

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；

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。

进一步，步骤3中所述的Guillaume-Nahman滤波器的构造公式为：

式中：γ为波形平滑度的权重，C(n)为离散二阶差分算子，C(n)＝(2nπ/N)²，N为采样点数。

步骤6中根据估计脉冲响应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：