電力對于現代經濟社會的運行有著至關重要的作用。電力是社會基礎工程的核心部分，它貫穿了工業生產的每一個環節，支持著各行各業的發展。而電網的安全運行成為了這種經濟社會發展的保障。電網的故障或停電不僅會打亂人們的正常生活，還會使生產、交通和服務等經濟社會領域陷入癱瘓，導致經濟損失、社會不安和國家利益受損。例如，2003年美國東北部停電事件的發生，讓近5000萬人受到影響，導致美國國內生產總值損失高達60億美元。

測試原理

局部放電是導致電纜附件發生故障的主要原因之一,而高壓電纜附件局部放電與內部絕緣狀況有密切關系。

電力電纜絕緣系統所使用的固體和液體絕緣材料可以耐受的電場強度超過了電纜本身及其他高壓設備的正常運行場強。因此，電纜的絕緣中存在氣隙或尖端凸起（相當于耐受較低的起始場強的缺陷），極易引起局部放電。

局部放電導致的故障

如果在初始測試期間沒有被檢測到，或者在運行期間發生變化，自由的初始電子在電場中加速至足以引發放電雪崩，會加重局部放電。一旦局放量達到一定程度電纜發生故障，將導致電機突然停機，直接影響并網后的電網供電，給人們的生產生活造成嚴重的經濟損失。因此重視電力電纜故障原因的分析，研究一種能夠有效地持續監測電纜局放的方法具有重要意義。

本案例中，客戶通過使用任意波形發生器DG70004還原收集到的放電信號的時序與幅度，從而還原出其放電幅值、相位、重復率的特性圖譜（φ-q-n 三維譜圖），以此加強對電纜狀態的直觀判斷。

φ-q-n 三維譜圖

示波器通過余暉和點顯示表現出的 φ-q-n 三維譜圖

測試挑戰

1.數據量極大脈沖次數是局部放電測試中一項重要指標。它指的是在規定時間內，局部放電脈沖超過設定閾值的次數，反映了放電的頻率。根據客戶測試周期數不同，需要還原的的脈沖數量在幾千個到十萬個不等。如此多的波形數量，如果使用傳統 u 盤或程序數據下發的方式導入波形，不僅導入速度慢，還有可能在波形導入過程中漏失部分波形，最終導致序列無法正確組合。

2.脈沖有時序放電重復率會是局部放電測試中另一項重要指標。它指的是在規定時間內的局部放電次數與時間間隔的比值。局部放電信號并不是一個連續周期的脈沖信號，其相鄰脈沖時間間隔并不固定。因此需要信號源能夠按照一定的時序去播放波形，還原其相位信息。放電重復率的計算方式與脈沖信號頻率的計算方式是相同的，即單位時間內信號出現的次數。因此如果不對局部放電信號的時序進行還原就直接輸出脈沖信號，就會導致多個時段內的脈沖信號出現在一個時段內，導致放電重復率指標大幅上升。

3.脈沖幅度不一局部放電信號的幅度是判斷其脈沖次數與放電重復率的一個關鍵指標。局部放電信號處理中，閾值的應用主要體現在信號降噪和干擾抑制方面。可以根據不同的算法，如HHTMDL自適應閾值算法等，去確定相應的閾值，以實現對噪聲的抑制。

解決方案

1.通過 ftp 導入波形數據；通過參數調增DG70004可以通過FTP的方式把文件從電腦導入到機器內部存儲空間，從而快速地調用不同的波表組成對應的序列輸出。在導入文件中，借用軟件filezilla可以實現穩定的、大規模的波表文件落盤。除此之外，新版固件版本引入k系數，通過配置系數控制波形幅度，不再需要預先建立大量的波表。

通過 filezilla 落盤波形文件

2. 通過復雜序列編輯控制脈沖時間間隔在對局部放電信號進行模擬重現的過程中，脈沖之間的間隔時間非常重要，它直接反映了放電信號的頻率，即放電重復率。 DG70004可以通過復雜序列的方式實現周期性觸發，輸出具有特定時間間隔的脈沖串信號。具體實現方式如下：

a. 把內存中的波表按確定順序導入序列中；

DG70004 復雜序列

b. 把每個觸發周期中的第一個信號等待動作設置為外觸發；

序列觸發設置

需要注意的是，在設置外觸發之后，要設置對應觸發通道的觸發電平，否則可能無法正常觸發。

觸發設置界面

c. 在脈沖間加入一個最小持續時間的零電平，通過設置不同的循環周期實現；

序列脈沖示意圖

3. 通過針對浮點數轉化成范圍值做歸一化

DG70004可以通過在外部波表導入時進行歸一化實現不同電壓波表的加載。加載方式分為兩種： a. 按照垂直分辨率的歸一值進行波表的編輯。DG70004可以在-32768~32767 的范圍內進行波表的編輯。實際輸出會按照設置的輸出值乘以波表點值與歸一化范圍的比值。

DG70004 波形表格編輯界面

b. 按照電壓值的浮點數進行歸一化編輯。DG70004可以實現根據電壓值-1~1V 范圍內的電壓點進行波表編輯。實際輸出的點電壓值等于編輯電壓值乘以實際輸出電壓。

4. 優化

由于脈沖電壓波形除了電壓外形狀大體是已知的，所以除了可以通過FTP大規模把事前編輯好的波表下發到機器內部存儲空間，我們還可以通過配置波形系數的方式來實現大規模不同電壓的波表文件生成。

通過編寫好一個脈沖波形，然后通過編寫系數的下發指令的方式可以實現一次性生成大規模的不同電壓的脈沖信號。可以大幅減少編輯波表與導入的時間，讓整個流程更加方便與快捷。

指令示例DATAIMP <波形 1 名稱>,<波形 1 的幅度系數>,<波形 2 名稱>,<波形 2 的幅度系數>,<....>,<通道號>

小結

通過DG70004加上復雜序列的選件就可以實現對局部放電信號的時序波形模擬重現，完成對其φ-q-n三維譜圖的構建與分析。除了局部放電信號以外，其他的如雷達接收信號等具備時序要求的信號也可以通過相同的方式實現模擬重現，對于該類信號的分析提供了方便。

儀器支持

RIGOL DG70000系列函數/任意波形發生器

DG70000系列任意波形發生器是業界領先的高性能任意波形發生器，獨創SiFi III技術平臺和 Android 操作系統，具有采樣率精確可調、輸出逐點生成任意波、不失真的還原信號細節等優勢。DG70000系列任意波形發生器立足客戶，支持多種切合實際應用的功能，例如創建高級序列可以滿足用戶自定義復雜波形，而多通道高精度同步、高帶寬低抖動的波形輸出，可滿足用戶在多種工業和通信領域的應用。

產品特點：

■最高12Gsa/s采樣率

■2GHz模擬帶寬

■16bit垂直分辨率

■1.5Gpts的任意波長度

■直接生成載波高達5GHz的信號

■-70dBc無雜散動態范圍

一直以來，普源精電專注于電子設計、測試、生產、優化，提供為滿足客戶需求的廣泛解決方案及產品組合，并通過強化在硬件、算法及軟件方面的技術實力，緊密對接客戶需求和市場動態，持續探索提升產品應用的行業覆蓋性。

未來，公司將進一步聚焦客戶應用，圍繞通信、新能源、半導體等前沿科技賽道，加強高端產品和解決方案的部署，形成從技術到產品、從時域到頻域、從通信到新能源半導體的全方位解決能力，為客戶解決測試挑戰和創造核心價值。