基于DG70000全频带局部放电信号模拟重现

引言

电力对于现代经济社会的运行有着至关重要的作用。电力是社会基础工程的核心部分，它贯穿了工业生产的每一个环节，支持着各行各业的发展。而电网的安全运行成为了这种经济社会发展的保障。

电网的故障或停电不仅会打乱人们的正常生活，还会使生产、交通和服务等经济社会领域陷入瘫痪，导致经济损失、社会不安和国家利益受损。例如，2003年美国东北部停电事件的发生，让近5000万人受到影响，导致美国国内生产总值损失高达60亿美元。

图1.12020年美国德州受暴风雪影响导致大规模停电

测试原理

局部放电是导致电缆附件发生故障的主要原因之一,而高压电缆附件局部放电与内部绝缘状况有密切关系。电力电缆绝缘系统所使用的固体和液体绝缘材料可以耐受的电场强度超过了电缆本身及其他高压设备的正常运行场强。因此，电缆的绝缘中存在气隙或尖端凸起（相当于耐受较低的起始场强的缺陷），极易引起局部放电。

图2.1局部放电导致的故障

如果在初始测试期间没有被检测到，或者在运行期间发生变化，自由的初始电子在电场中加速至足以引发放电雪崩，会加重局部放电。一旦局放量达到一定程度电缆发生故障，将导致电机突然停机，直接影响并网后的电网供电，给人们的生产生活造成严重的经济损失。

因此重视电力电缆故障原因的分析，研究一种能够有效地持续监测电缆局放的方法具有重要意义。本案例中，客户通过使用任意波形发生器DG 70004还原收集到的放电信号的时序与幅度，从而还原出其放电幅值、相位、重复率的特性图谱(φ-q-n三维谱图），以此加强对电缆状态的直观判断

图2.2φ-q-n三维谱图

图2.3示波器通过余晖和点显示表现出的φ-q-n三维谱图

测试挑战

数据量极大：脉冲次数是局部放电测试中一项重要指标。它指的是在规定时间内，局部放电脉冲超过设定阈值的次数，反映了放电的频率。根据客户测试周期数不同，需要还原的的脉冲数量在几千个到十万个不等。

如此多的波形数量，如果使用传统u盘或程序数据下发的方式导入波形，不仅导入速度慢，还有可能在波形导入过程中漏失部分波形，最终导致序列无法正确组合。

脉冲有时序：放电重复率会是局部放电测试中另一项重要指标。它指的是在规定时间内的局部放电次数与时间间隔的比值。局部放电信号并不是一个连续周期的脉冲信号，其相邻脉冲时间间隔并不固定。

因此需要信号源能够按照一定的时序去播放波形，还原其相位信息。放电重复率的计算方式与脉冲信号频率的计算方式是相同的，即单位时间内信号出现的次数。

因此如果不对局部放电信号的时序进行还原就直接输出脉冲信号，就会导致多个时段内的脉冲信号出现在一个时段内，导致放电重复率指标大幅上升。

脉冲幅度不一：局部放电信号的幅度是判断其脉冲次数与放电重复率的一个关键指标。局部放电信号处理中，阈值的应用主要体现在信号降噪和干扰抑制方面。可以根据不同的算法，如HHT-MDL自适应阈值算法等，去确定相应的阈值，以实现对噪声的抑制。

测试方案

通过ftp导入波形数据；通过参数调增：DG70004可以通过FTP的方式把文件从电脑导入到机器内部存储空间，从而快速地调用不同的波表组成对应的序列输出。

在导入文件中，借用软件filezilla可以实现稳定的、大规模的波表文件落盘。除此之外，新版固件版本引入k系数，通过配置系数控制波形幅度，不再需要预先建立大量的波表。

图4.1通过filezilla落盘波形文件

通过复杂序列编辑控制脉冲时间间隔

在对局部放电信号进行模拟重现的过程中，脉冲之间的间隔时间非常重要，它直接反应了放电信号的频率，即放电重复率。DG70004可以通过复杂序列的方式实现周期性触发，输出具有特定时间间隔的脉冲串信号。具体实现方式如下：

a.把内存中的波表按确定顺序导入序列中；

图4.2DG70004复杂序列

b.把每个触发周期中的**个信号等待动作设置为外触发；

图4.3序列触发设置

需要注意的是，在设置外触发之后，要设置对应触发通道的触发电平，否则可能无法正常触发。

图4.4触发设置界面

c.在脉冲间加入一个最小持续时间的零电平，通过设置不同的循环周期实现；

图4.5序列脉冲示意图

通过针对浮点数转化成范围值做归一化

DG70004可以通过在外部波表导入时进行归一化实现不同电压波表的加载。加载方式分为两种：

• 按照垂直分辨率的归一值进行波表的编辑。DG70004可以在-32768~32767的范围内进行波表的编辑。实际输出会按照设置的输出值乘以波表点值与归一化范围的比值。

图4.6DG70004波形表格编辑界面

• 按照电压值的浮点数进行归一化编辑。DG70004可以实现根据电压值-1~1V范围内的电压点进行波表编辑。实际输出的点电压值等于编辑电压值乘以实际输出电压。

优化

由于脉冲电压波形除了电压外形状大体是已知的，所以除了可以通过FTP大规模把事前编辑好的波表下发到机器内部存储空间，我们还可以通过配置波形系数的方式来实现大规模不同电压的波表文件生成。

通过编写好一个脉冲波形，然后通过编写系数的下发指令的方式可以实现一次性生成大规模的不同电压的脉冲信号。可以大幅减少编辑波表与导入的时间，让整个流程更加方便与快捷。

指令示例：STOR:DATA:FIL:IMP<波形1名称>,<波形1的幅度系数>,<波形2名称>,<波形2的幅度系数>,<....>,<通道号>

总结

通过DG70004加上复杂序列的选件就可以实现对局部放电信号的时序波形模拟重现，完成对其φ-q-n三维谱图的构建与分析。除了局部放电信号以外，其他的如雷达接收信号等具备时序要求的信号也可以通过相同的方式实现模拟重现，对于该类信号的分析提供了方便。

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