一种超高频局部放电测试仪考核校验和量值标定的方法

1.一种超高频局部放电测试仪考核校验和量值标定的方法，该方法所使用的装置包括高频信号发生器、脉冲调制装置、GTEM小室、频谱分析仪；其中高频信号发生器用来提供超高频信号源；脉冲调制装置用来将信号源的正弦波信号调制成射频脉冲信号，其具有脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲幅值三种可调功能，使输出信号更接近实际放电信号；GTEM小室通过内置芯板发射广谱超高频信号，构建均匀脉冲电磁场，并有效屏蔽外界电磁信号的干扰；频谱分析仪用来检测超高频传感器输出信号的频谱，也可作为高频信号源；其特征在于：该方法通过检测灵敏度、线性度和带宽三大指标来反映超高频局部放电测试仪的性能，并且可以对超高频局部放电测试仪所测的量值进行标定；具体方法如下：
A.灵敏度测量
灵敏度测量分传感器连同主机测量和单独传感器测量两种；
1）传感器连同主机测量
高频信号发生器作为信号源，被测仪器通过被测传感器接收；高频信号发生器输出信号的频率调节至幅值最高的位置并维持不变，调节输出信号幅值大小，观察被测仪器测到的信号，找出被测仪器在该频率下能检测到的最小信号值，即该频率下的灵敏度；
针对需要检测100MHz～3000MHz的信号，确保对其整个频段的灵敏度进行评价，将整个频段平均分成数小段来分别测量；在每一小段频率内，重复上述过程，测量仪器在各频率点下的灵敏度；将所有小段的灵敏度求平均，即整个频段的均值灵敏度；
2）单独传感器测量
频谱分析仪作为高频信号源输出扫频信号，并通过被测传感器到频谱分析仪的信号输入端接收；频谱分析仪输出某一幅值固定、频率连续变化的扫频信号，频率范围为
100MHz～3000MHz，观察频谱分析仪测得的幅频响应曲线；
B.线性度误差测量
高频信号发生器作为信号源，被测仪器通过被测传感器接收；将高频信号发生器输出信号的频率调节至幅值最高的位置并维持不变，调节输出信号幅值大小，使局部放电测试仪的示值接近满刻度，记录此时高频信号发生器的输出值和局部放电仪测量值；依次按比例降低高频信号发生器输出信号幅值，记录局部放电检测仪输出的相应示值，即可计算线性度误差；
C.带宽测量
高频信号发生器作为信号源，被测仪器通过被测传感器接收；高频信号发生器幅值调至适当大小并维持不变，在给定的上下限截止频率之间改变信号源的频率，记录各频率点下局部放电检测仪测得的信号幅值；在测得的信号幅值中找一稳定幅值作为归一化基准，在所有测量点中找出归一化结果小于0.707的点，统计其个数占所有测试点个数的比值，即频带误差；
D.量值标定
高频信号发生器作为信号源，被测仪器通过被测传感器接收；将高频信号发生器输出信号的频率调节至幅值最高的位置并维持不变，调节输出信号幅值至适当大小并维持不变；根据GTEM小室的衰减特性，即可用高频信号发生器上的输出幅值来标定被测仪器在上述幅值最高的位置时所测的量值；
通过分析上述对灵敏度、线性度、带宽的测量结果，即可实现对超高频局部放电测试仪的考核校验，同时可对超高频局部放电测试仪所测值进行标定。

一种超高频局部放电测试仪考核校验和量值标定的方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于仪器仪表检测技术领域，涉及一种对超高频局部放电测试仪进行考核校验和量值标定的方法。\n背景技术\n[0002] 局部放电检测是评估电力设备绝缘状况的有效手段，在浙江省电力公司企业标准Q/GDW-11-41.1～41.59-2011《高压试验现场标准化作业指导书》中就明确指出要对GIS、变压器、电压互感器、电流互感器等电力设备进行局部放电试验，其中对变压器、电压互感器、电流互感器的局部放电试验采用电脉冲法，对GIS设备采用UHF超高频法或者超声波法。采用超高频局部放电测试仪进行GIS设备局部放电检测是一项必不可少的实验项目。\n[0003] 电脉冲法测量局部放电技术成熟，已有相关标准、导则来规范局部放电的测量，而采用UHF超高频法或者超声波法测量局部放电，国内尚未制定相关标准。超高频局部放电测试仪性能良莠不齐，没有统一标准对其进行考核校验，这大大影响了电力设备局部放电检测结果的有效性和可靠性，将对电力设备的安全运行带来隐患。\n发明内容\n[0004] 针对目前超高频局部放电测试仪性能良莠不齐的现状，本发明提供了一种能有效对超高频局部放电测试仪进行考核校验的方法。该方法通过分析灵敏度、线性度和带宽三大指标，来实现仪器性能的考核和量值的标定。\n[0005] 本发明中所涉及的装置包括高频信号发生器、脉冲调制装置、GTEM小室、频谱分析仪。其中高频信号发生器用来提供超高频信号源，信号频率范围在100MHz～3000MHz可调；脉冲调制装置用来将信号源的正弦波信号调制成射频脉冲信号，其具有脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲幅值三种可调功能，使输出信号更接近实际放电信号；GTEM小室又称吉赫兹横电磁波室，是根据同轴及非对称矩形传输线原理设计，通过内置芯板发射广谱超高频信号，能在GTEM室内芯板和底板之间形成矩形均匀场区，并有效屏蔽外界电磁信号的干扰；频谱分析仪用来检测超高频传感器输出信号的频谱，也可作为高频信号源。\n[0006] 本发明通过检测传感器的灵敏度、线性度和带宽三大指标来反映超高频局部放电测试仪的性能，并且可以根据GTEM小室衰减特性对超高频所测值进行量值标定，在测试过程中通过芯板发射射频脉冲信号，在GTEM小室内建立均匀脉冲电磁场，并通过GTEM小室金属外壳来屏蔽外界信号干扰。\n[0007] 本发明的有益效果：能够构建频率、幅值均可调的均匀脉冲电磁场，并有效屏蔽外界电磁信号的干扰，实现对超高频局部放电测试仪的考核校验并标定量值，提高考核校验的准确度，使用方便。\n附图说明\n[0008] 图1为超高频局部放电测试仪考核校验装置；\n[0009] 图2为测量超高频局部放电测试仪单独传感器灵敏度接线图；\n[0010] 其中，1.高频信号发生器，2.脉冲调制装置，3.N型同轴接头，4.GTEM小室，5.芯板，6.被测传感器，7.屏蔽门，8.尖劈状的吸波材料，9.终端，10.被测仪器，11.频谱分析仪。\n具体实施方式\n[0011] 下面结合附图对本发明作进一步说明。\n[0012] 图1为实现该方法所用装置结构图，该装置主体GTEM小室4采用全金属结构；其输入端采用N型同轴接头3，同轴接头内导体展平成为一块扇形板，即芯板5。在GTEM室内芯板和底板之间形成矩形均匀场区。GTEM小室终端采用50Ω无感电阻进行匹配，终端9内壁均是尖劈状的吸波材料8。屏蔽门7可打开，用于更换放置在内部的被测传感器6；被测传感器可通过底部接口连接被测仪器10或频谱仪11。\n[0013] 具体校验方法如下：\n[0014] 1.灵敏度测量\n[0015] 灵敏度测量分传感器连同主机测量和单独传感器测量两种。\n[0016] 1）传感器连同主机测量。\n[0017] 步骤1：高频信号发生器1经脉冲调制装置2与GTEM小室的N型同轴接头3相连，被测传感器6通过底部接口与被测仪器10输入端相连；\n[0018] 步骤2：将信号发生器输出信号的频率调节至幅值最高的位置并维持不变，调节输出信号幅值大小，观察被测仪器测到的信号，找出被测仪器在该频率下能检测到的最小信号值，即该频率下的灵敏度；\n[0019] 步骤3：针对需要检测100MHz～3000MHz的信号，确保对其整个频段的灵敏度进行评价，所以将整个频段平均分成数小段来分别测量。在每一小段频率内，重复一次步骤2，测量仪器在各频率点下的灵敏度。\n[0020] 步骤4：将所有小段的灵敏度求平均，即整个频段的均值灵敏度。\n[0021] 结论：被测仪器能检测到的最小信号越小，仪器的灵敏度越高，性能越优。\n[0022] 2）单独传感器测量，参见图2。\n[0023] 步骤1：频谱分析仪的扫频输出端经脉冲调制装置与GTEM小室的N型同轴接头相连，被测传感器通过底部接口与频谱分析仪的信号输入端相连；\n[0024] 步骤2：频谱分析仪输出某一幅值固定、频率连续变化的扫频信号，频率范围为\n100MHz～3000MHz，观察频谱分析仪测得的幅频响应曲线；\n[0025] 结论：该频带内幅频响应曲线越接近频谱分析仪输出值，传感器性能越优。\n[0026] 2.线性度误差测量。\n[0027] 步骤1：高频信号发生器经脉冲调制装置与GTEM小室的N型同轴接头相连，被测传感器通过底部接口与被测仪器输入端相连；\n[0028] 步骤2：将高频信号发生器输出信号的频率调节至幅值最高的位置并维持不变，调节输出信号幅值大小，使局部放电测试仪的示值接近满刻度，记录此时高频信号发生器的输出值U和局部放电仪测量值A；依次降低高频信号发生器输出信号幅值为λU，λ=0.8、\n0.6、0.4、0.2；记录局部放电检测仪输出的相应示值Aλ。各测量点的线性度误差按如下公式计算：\n[0029] \n[0030] 结论：被测仪器的线性度误差值越小，线性度越好，仪器性能越优。\n[0031] 3.带宽测量。\n[0032] 步骤1：高频信号发生器经脉冲调制装置与GTEM小室的N型同轴接头相连，被测传感器通过底部接口与被测仪器输入端相连；\n[0033] 步骤2：将高频信号发生器幅值调至适当大小并维持不变，在给定的上下限截止频率之间改变信号源的频率，记录各频率点下局部放电检测仪测得的信号幅值U(f)；\n[0034] 步骤3：在测得的U(f)中找一稳定幅值作为归一化基准，在所有测量点中找出归一化结果小于0.707（-3dB）的点，统计其个数n。频带误差Δf按如下公式计算：\n[0035] \n[0036] n——所有测量点中归一化结果小于0.707（-3dB）的点的个数。\n[0037] N——所有测量点的个数，N≥20。\n[0038] 结论：频带误差Δf越小，说明其在整个频段上的响应越好，仪器性能越优。\n[0039] 4.量值标定。\n[0040] 步骤1：高频信号发生器经脉冲调制装置与GTEM小室的N型同轴接头相连，被测传感器通过底部接口与被测仪器输入端相连；\n[0041] 步骤2：将高频信号发生器输出信号的频率调节至幅值最高的位置并维持不变，调节输出信号幅值至适当大小并维持不变。根据GTEM小室的衰减特性，即可用高频信号发生器上的输出幅值来标定被测仪器在该点所测的量值。\n[0042] 综上，分析上述对灵敏度、线性度、带宽的测量结果，即可实现对超高频局部放电测试仪的考核校验，同时可对超高频局部放电分析仪所测值进行标定。