一种宽频局放的检测仿真方法、检测电路和检测系统与流程

本发明涉及一种宽频局放的检测仿真方法、检测电路和检测系统，属于局放信号检测。

背景技术：

1、现行gb/t7354标准中定义检测阻抗耦合输出的信号上限频率小于等于1mhz，即经过标准阻抗耦合、调制、输出的频率在1mhz以内，虽然在这一频段，可以反映信号一些微观波形和一些必要信息，但这样输出的信号频带窄、信息量少，难以区分局放信号和干扰信号，无法真实还原信号的脉冲的微观特征，导致局放检测精度不高，检测效果不好。

2、进一步，现有局部放电检测设备的设计研发，需要考虑复杂的结构电路设计以及进行检测效果的反复校验，研发周期长，人力成本高，研发效率低，不利于新型局部放电检测设备的开发使用。

3、本背景技术中公开的信息仅用于理解本发明构思的背景，因此它可以包括不构成现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的一在于提供一种宽频局放的检测仿真方法，通过创建传感模型、模拟信号调理模型、数字处理模型、形状生成模型，利用宽频阻抗单元并结合宽频检测算法以及信号采集算法，可以得到10khz至80mhz的原始波形以及宽频模拟信号，信号频带宽、信息量多，因而能真实反映局放和干扰脉冲的微观特征，进而实现抗干扰，并可以更早发现局部放电现象中的微弱信号，可实现强干扰环境下局部放电检测，能准确评估电力设备运行绝缘状况，从而提高电网系统的安全性和可靠性。

2、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的二在于提供一种宽频局放的检测仿真方法，通过创建传感模型、模拟信号调理模型、数字处理模型、形状生成模型，形成多仿真模型结构，对电信号进行处理，实现宽频局放的检测以及虚拟仿真，得到可信的检测结果，从而可用于局部放电检测设备的结构电路设计分析以及检测效果的校验，因而可以有效缩短研发周期，降低人力、制造成本，研发效率高，增强了用户体验。

3、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的三在于提供一种宽频局放的检测电路和宽频局放的检测系统，设有检测频带大于10khz并小于等于80mhz的宽频阻抗单元，同时设置宽频检测通道的带宽10k至80mhz，使得宽频局放的检测电路测量宽带大于80mhz；并设置采样频率大于或等于250m/s的采集单元，从而可以输出10khz至80mhz的宽频信号，信号频带宽、信息量多，因此能够真实还原局放信号和干扰信号，并能真实反映局放和干扰脉冲的微观特征，进而实现抗干扰局放检测；并使得传感单元检测灵敏度可达0.1pc，可以更早发现局部放电现象中的微弱信号，从而可以实现强干扰环境下局部放电检测，能准确评估电力设备运行绝缘状况，从而提高电网系统的安全性和可靠性。

4、为实现上述目的之一，本发明的第一种技术方案为：

5、一种宽频局放的检测仿真方法，包括以下步骤：

6、步骤1，获取待检测的电信号；电信号包含原始局放和干扰脉冲；

7、步骤2，通过先期创建的传感模型，利用宽频阻抗单元，将电信号还原成高保真的频段为10khz至80mhz的原始波形；原始波形包含局放信号和干扰信号；

8、步骤3，采用先期创建的模拟信号调理模型，根据宽频检测算法，对原始波形进行滤波和放大处理，得到10khz至80mhz的宽频模拟信号；

9、步骤4，使用先期创建的数字处理模型，基于信号采集算法，对宽频模拟信号进行高频率采集、数据提取、时域频域转换以及数字滤波处理，得到宽频数字信号；并将宽频数字信号，基于逻辑阵列fpga，进行时域、频域以及图谱算法处理，得到宽频信号数据；

10、步骤5，通过先期创建的形状生成模型，根据宽频信号数据进行绘图，得到关于局放信号和干扰信号的微观形状，用于识别电信号中的原始局放和干扰脉冲，实现宽频局放的检测以及仿真。

11、本发明经过不断探索以及试验，发现在局部放电检测中，局放信号和干扰信号频段主要分布在10khz至80mhz，在1mhz以下的信号频带窄、信息量少；在1mhz以上，80mhz以下频段覆盖了大量的局放信号，在这一频段，更能高精度反映信号微观波形和足够的信息。

12、因此，本发明通过创建传感模型、模拟信号调理模型、数字处理模型、形状生成模型，利用宽频阻抗单元并结合宽频检测算法以及信号采集算法，可以得到10khz至80mhz的原始波形以及宽频模拟信号，信号频带宽、信息量多，因此有效真实还原信号的特征量，能真实反映局放和干扰脉冲的微观特征，进而实现抗干扰，并可以更早发现局部放电现象中的微弱信号，局放检测精度高，检测效果好，可实现强干扰环境下局部放电检测，能准确评估电力设备运行绝缘状况，从而提高电网系统的安全性和可靠性。

13、进一步，本发明通过创建传感模型、模拟信号调理模型、数字处理模型、形状生成模型，形成多仿真模型结构，对电信号进行处理，实现宽频局放的检测以及虚拟仿真，得到可信的检测结果，从而可用于局部放电检测设备的结构电路设计分析以及检测效果的校验，因而可以有效缩短研发周期，降低人力、制造成本，研发效率高，增强了用户体验。

14、微观形状以及微观特征包括时长、幅值、上升和下降时间、带宽、相位等参数。

15、作为优选技术措施：

16、步骤2，通过先期创建的传感模型，利用宽频阻抗单元，将电信号还原成高保真的频段为10khz至80mhz的原始波形的方法如下：

17、步骤21，将电感lm、电容cm、电阻rm并联，组成rlc型检测阻抗等效电路；

18、步骤22，将rlc型检测阻抗等效电路与耦合电容ck串联，形成宽频阻抗单元，并使得宽频阻抗单元的检测带宽大于10khz、小于等于80mhz，用于捕捉频段分布在10khz至80mhz的局放信号和干扰信号；

19、步骤23，将电信号输入到宽频阻抗单元中，产生谐振电压，并使得谐振频率落在测量系统的测量范围以内，以及让谐振电容ct落在调谐电容ct′的范围，从而得到能保证在宽频带下高保真耦合局放信号的原始波形，所述原始波形包括局放信号和干扰信号；

20、谐振频率f的计算公式如下：

21、

22、其中，lm为电感，ct为谐振电容；

23、谐振电容ct的计算公式如下：

24、ct＝cx*ck/(cx+ck)，

25、其中，cx为试品电容，ck为耦合电容。

26、作为优选技术措施：

27、当进行互感器试验时，调谐电容的取值范围如下：

28、6pf≤ct′≤100pf

29、同时，最大电流有效值在不平衡回路时为30ma，在平衡回路时为0.25a；

30、或者，调谐电容的取值范围如下：

31、25pf≤ct′≤400pf

32、同时，最大电流有效值在不平衡回路时为60ma，在平衡回路时为0.5a；

33、或/和，当进行变压器试验时，调谐电容的取值范围如下：

34、100pf≤ct′≤1500pf

35、同时，最大电流有效值在不平衡回路时为120ma，在平衡回路时为1a；

36、或者，调谐电容的取值范围如下：

37、400pf≤ct′≤6000pf

38、同时，最大电流有效值在不平衡回路时为250ma，在平衡回路时为2a。

39、作为优选技术措施：

40、步骤3，采用先期创建的模拟信号调理模型，根据宽频检测算法，对原始波形进行滤波和放大处理，得到10khz至80mhz的宽频模拟信号的方法如下：

41、步骤31，构建带宽为10khz至80mhz的宽频检测通道；

42、步骤32，利用宽频检测通道对输入的局放信号和干扰信号进行滤波以及放大，得到足够清晰的局放信号和干扰信号。

43、作为优选技术措施：

44、步骤4，使用先期创建的数字处理模型，基于信号采集算法，对宽频模拟信号进行高频率采集、数据提取、时域频域转换以及数字滤波处理，得到宽频数字信号；并将宽频数字信号，基于逻辑阵列fpga，进行时域、频域以及图谱算法处理，得到宽频信号数据的方法如下：

45、步骤41，构建采集速度为250m/s的ad采集单元，对宽频模拟信号进行高频率的采集，实现局放信号和干扰信号的高保真还原，得到信号高频率信息；

46、步骤42，对信号高频率信息进行时域频域转换以及数字滤波处理，得到数字化后的宽频数字信号；

47、步骤43，基于信号处理算法，利用可编程门阵列电路，构建逻辑阵列fpga；

48、步骤44，基于逻辑阵列fpga对宽频数字信号进行时域、频域以及图谱算法处理，得到宽频信号数据。

49、作为优选技术措施：

50、步骤5，通过先期创建的形状生成模型，根据宽频信号数据进行绘图，得到关于局放信号和干扰信号的微观形状的方法如下：

51、步骤51，接收数字处理模型计算好的宽频信号数据；

52、步骤52，通过250m/s高采样率进行宽频信号数据拾取，得到能反映原始局放和干扰脉冲的形状参数信息；

53、步骤53，根据形状参数信息，用第一颜色绘制局放信号，得到局放信号曲线，用第二颜色绘制干扰信号，得到干扰信号曲线；干扰信号曲线与局放信号曲线的颜色不同；

54、步骤54，将干扰信号曲线与局放信号曲线进行耦合，得到色彩分明的微观形状，从而进行原始局放和干扰脉冲的识别。

55、为实现上述目的之一，本发明的第二种技术方案为：

56、一种宽频局放的检测电路，包括传感单元、模拟信号调理模块、数字处理模块和中央处理模块；

57、所述传感单元与所述模拟信号调理模块连接，所述模拟信号调理模块与所述数字处理模块连接，所述数字处理模块与所述中央处理模块连接；

58、所述的传感单元，设有检测频带大于10khz并小于等于80mhz的宽频阻抗单元，用于耦合和检测被测设备局放产生的各类电信号，能够真实还原局放信号和干扰信号；

59、所述的模拟信号调理模块，设有宽频检测通道，宽频检测通道的带宽10k至80mhz，用于对电信号进行滤波和放大处理，使得局放信号和干扰信号清晰分辨；

60、所述的数字处理模块，设有采样频率大于或等于250m/s的采集单元，用于对局放信号和干扰信号进行ad采集、数据提取、时域频域转换以及数字滤波处理，确保局放信号和干扰信号能高保真还原至中央处理模块；

61、所述中央处理模块，用于接收数字处理模块计算好的数据，并通过高采样率进行宽频信号拾取，用于反映原始局放和干扰脉冲的微观形状，从而完成原始局放和干扰脉冲的识别。

62、本发明设有检测频带大于10khz并小于等于80mhz的宽频阻抗单元，同时设置宽频检测通道的带宽10k至80mhz，使得宽频局放的检测电路测量宽带大于80mhz；并设置采样频率大于或等于250m/s的采集单元，从而可以输出10khz至80mhz的宽频信号，信号频带宽、信息量多，因此能够真实还原局放信号和干扰信号，并能真实反映局放和干扰脉冲的微观特征，进而实现抗干扰局放检测；并使得传感单元检测灵敏度可达0.1pc，可以更早发现局部放电现象中的微弱信号，从而可以实现强干扰环境下局部放电检测，能准确评估电力设备运行绝缘状况，从而提高电网系统的安全性和可靠性。

63、作为优选技术措施：

64、宽频阻抗单元的检测频带大于10khz并小于等于80mhz，能够真实还原局放信号和干扰信号的特征量，将局放信号和干扰信号高保真还原至模拟信号调理模块，不将局放信号和干扰信号调制成10khz至1mhz；

65、宽频检测通道使输入的局放信号和干扰信号放大，用于使得局放信号和干扰信号清晰分辨；

66、采集单元的采集速度为250m/s，高频率的采集速度确保局放信号和干扰信号高保真还原至中央处理模块；所述的数字处理模块还设有逻辑阵列fpga，使得数字化后的局放信号，由逻辑阵列fpga的可编程门阵列电路进行时域参数、频域参数以及图谱算法处理；

67、所述中央处理模块，用于接收数字处理模块计算好的数据，再将数字处理模块中得到的局放信号和干扰信号在pc端显示；通过250m/s高采样率进行宽频信号拾取，反映原始局放和干扰脉冲的微观形状，再进行数字滤波，从而进行原始局放和干扰脉冲的识别。

68、为实现上述目的之一，本发明的第三种技术方案为：

69、一种宽频局放的检测仿真方法，应用上述的一种宽频局放的检测电路，其包括以下内容：

70、电信号输入至传感单元；

71、传感单元的宽频阻抗频宽为10khz至80mhz，将传感单元中获得的局放信号和干扰信号高保真还原至模拟信号调理模块；

72、模拟信号调理模块中的宽频检测通道将传感单元传输进的局放信号和干扰信号进行滤波和放大处理后传输至数字处理模块；

73、数字处理模块中的250m/s的采集单元通过时间分辨率为4ns、采集深度12位来进行高频率采集、数据提取、时域频域转换和数字滤波处理后传输至数字处理模块中的逻辑阵列fpga，逻辑阵列fpga将数字化后的局放信号，进行时域参数、频域参数和图谱的算法处理，最后将局放信号和干扰信号通过数字处理后传输至中央处理模块；

74、中央处理模块进行检测，并在pc端进行滤波鉴别，接收数字处理模块计算好的数据，经操作软件绘图显示原始局放和干扰脉冲的微观形状，从而进行原始局放和干扰脉冲识别。

75、本发明可以在局部放电检测过程中，实现检测阻抗耦合输出10khz至80mhz的宽频信号，更能高精度反映信号微观波形和足够的信息，因此本发明可以有效真实还原信号的特征量，通过分析波形微观特征，能鉴别局放信号和干扰，实现强干扰环境下局部放电检测，能准确评估电力设备运行绝缘状况。

76、为实现上述目的之一，本发明的第四种技术方案为：

77、一种宽频局放的检测系统，其包括一个或多个处理器，并利用一个或多个处理器实现上述的一种宽频局放的检测仿真方法；

78、或/和，其包括上述的一种宽频局放的检测电路。

79、与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

80、本发明经过不断探索以及试验，通过创建传感模型、模拟信号调理模型、数字处理模型、形状生成模型，利用宽频阻抗单元并结合宽频检测算法以及信号采集算法，可以得到10khz至80mhz的原始波形以及宽频模拟信号，信号频带宽、信息量多，从而能真实反映局放和干扰脉冲的微观特征，进而实现抗干扰，并可以更早发现局部放电现象中的微弱信号，因而局放检测精度高，检测效果好，可实现强干扰环境下局部放电检测，能准确评估电力设备运行绝缘状况，从而提高电网系统的安全性和可靠性。

81、进一步，本发明通过创建传感模型、模拟信号调理模型、数字处理模型、形状生成模型，形成多仿真模型结构，对电信号进行处理，实现宽频局放的检测以及虚拟仿真，得到可信的检测结果，从而可用于局部放电检测设备的结构电路设计分析以及检测效果的校验，因而可以有效缩短研发周期，降低人力、制造成本，研发效率高，增强了用户体验。

82、更进一步，本发明设有检测频带大于10khz并小于等于80mhz的宽频阻抗单元，同时设置宽频检测通道的带宽10k至80mhz，使得宽频局放的检测电路测量宽带大于80mhz；并设置采样频率大于或等于250m/s的采集单元，从而可以输出10khz至80mhz的宽频信号，信号频带宽、信息量多，因此能够真实还原局放信号和干扰信号，并能真实反映局放和干扰脉冲的微观特征，进而实现抗干扰局放检测；并使得传感单元检测灵敏度可达0.1pc，可以更早发现局部放电现象中的微弱信号，从而可以实现强干扰环境下局部放电检测，能准确评估电力设备运行绝缘状况，从而提高电网系统的安全性和可靠性。