電力對于現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會的運行有著至關(guān)重要的作用。電力是社會基礎(chǔ)工程的核心部分，它貫穿了工業(yè)生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)，支持著各行各業(yè)的發(fā)展。而電網(wǎng)的安全運行成為了這種經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的保障。電網(wǎng)的故障或停電不僅會打亂人們的正常生活，還會使生產(chǎn)、交通和服務(wù)等經(jīng)濟(jì)社會領(lǐng)域陷入癱瘓，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)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(fā)生，讓近5000萬人受到影響，導(dǎo)致美國國內(nèi)生產(chǎn)總值損失高達(dá)60億美元。

測試原理

局部放電是導(dǎo)致電纜附件發(fā)生故障的主要原因之一,而高壓電纜附件局部放電與內(nèi)部絕緣狀況有密切關(guān)系。

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

局部放電導(dǎo)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(fā)生變化，自由的初始電子在電場中加速至足以引發(fā)放電雪崩，會加重局部放電。一旦局放量達(dá)到一定程度電纜發(fā)生故障，將導(dǎo)致電機(jī)突然停機(jī)，直接影響并網(wǎng)后的電網(wǎng)供電，給人們的生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)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(xù)監(jiān)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(fā)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(fù)率的特性圖譜（φ-q-n 三維譜圖），以此加強(qiáng)對電纜狀態(tài)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(xiàn)出的 φ-q-n 三維譜圖

測試挑戰(zhàn)

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

2.脈沖有時序放電重復(fù)率會是局部放電測試中另一項重要指標(biāo)。它指的是在規(guī)定時間內(nèi)的局部放電次數(shù)與時間間隔的比值。局部放電信號并不是一個連續(xù)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(fù)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(nèi)信號出現(xiàn)的次數(shù)。因此如果不對局部放電信號的時序進(jìn)行還原就直接輸出脈沖信號，就會導(dǎo)致多個時段內(nèi)的脈沖信號出現(xiàn)在一個時段內(nèi)，導(dǎo)致放電重復(fù)率指標(biāo)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(shù)與放電重復(fù)率的一個關(guān)鍵指標(biāo)。局部放電信號處理中，閾值的應(yīng)用主要體現(xiàn)在信號降噪和干擾抑制方面。可以根據(jù)不同的算法，如HHTMDL自適應(yīng)閾值算法等，去確定相應(yīng)的閾值，以實現(xiàn)對噪聲的抑制。

解決方案

1.通過 ftp 導(dǎo)入波形數(shù)據(jù)；通過參數(shù)調(diào)增DG70004可以通過FTP的方式把文件從電腦導(dǎo)入到機(jī)器內(nèi)部存儲空間，從而快速地調(diào)用不同的波表組成對應(yīng)的序列輸出。在導(dǎo)入文件中，借用軟件filezilla可以實現(xiàn)穩(wěn)定的、大規(guī)模的波表文件落盤。除此之外，新版固件版本引入k系數(shù)，通過配置系數(shù)控制波形幅度，不再需要預(yù)先建立大量的波表。

通過 filezilla 落盤波形文件

2. 通過復(fù)雜序列編輯控制脈沖時間間隔在對局部放電信號進(jìn)行模擬重現(xiàn)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(fù)率。 DG70004可以通過復(fù)雜序列的方式實現(xiàn)周期性觸發(fā)，輸出具有特定時間間隔的脈沖串信號。具體實現(xiàn)方式如下：

a. 把內(nèi)存中的波表按確定順序?qū)胄蛄兄校?

DG70004 復(fù)雜序列

b. 把每個觸發(fā)周期中的第一個信號等待動作設(shè)置為外觸發(fā)；

序列觸發(fā)設(shè)置

需要注意的是，在設(shè)置外觸發(fā)之后，要設(shè)置對應(yīng)觸發(fā)通道的觸發(fā)電平，否則可能無法正常觸發(fā)。

觸發(fā)設(shè)置界面

c. 在脈沖間加入一個最小持續(xù)時間的零電平，通過設(shè)置不同的循環(huán)周期實現(xiàn)；

序列脈沖示意圖

3. 通過針對浮點數(shù)轉(zhuǎn)化成范圍值做歸一化

DG70004可以通過在外部波表導(dǎo)入時進(jìn)行歸一化實現(xiàn)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(jìn)行波表的編輯。DG70004可以在-32768~32767 的范圍內(nèi)進(jìn)行波表的編輯。實際輸出會按照設(shè)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(shù)進(jìn)行歸一化編輯。DG70004可以實現(xiàn)根據(jù)電壓值-1~1V 范圍內(nèi)的電壓點進(jìn)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(yōu)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(guī)模把事前編輯好的波表下發(fā)到機(jī)器內(nèi)部存儲空間，我們還可以通過配置波形系數(shù)的方式來實現(xiàn)大規(guī)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(shù)的下發(fā)指令的方式可以實現(xiàn)一次性生成大規(guī)模的不同電壓的脈沖信號。可以大幅減少編輯波表與導(dǎo)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(shù)>,<波形 2 名稱>,<波形 2 的幅度系數(shù)>,<....>,<通道號>

小結(jié)

通過DG70004加上復(fù)雜序列的選件就可以實現(xiàn)對局部放電信號的時序波形模擬重現(xiàn)，完成對其φ-q-n三維譜圖的構(gòu)建與分析。除了局部放電信號以外，其他的如雷達(dá)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(xiàn)模擬重現(xiàn)，對于該類信號的分析提供了方便。

儀器支持

RIGOL DG70000系列函數(shù)/任意波形發(fā)生器

DG70000系列任意波形發(fā)生器是業(yè)界領(lǐng)先的高性能任意波形發(fā)生器，獨創(chuàng)SiFi III技術(shù)平臺和 Android 操作系統(tǒng)，具有采樣率精確可調(diào)、輸出逐點生成任意波、不失真的還原信號細(xì)節(jié)等優(yōu)勢。DG70000系列任意波形發(fā)生器立足客戶，支持多種切合實際應(yīng)用的功能，例如創(chuàng)建高級序列可以滿足用戶自定義復(fù)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(yè)和通信領(lǐng)域的應(yīng)用。

產(chǎn)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(dá)5GHz的信號

■-70dBc無雜散動態(tài)范圍

一直以來，普源精電專注于電子設(shè)計、測試、生產(chǎn)、優(yōu)化，提供為滿足客戶需求的廣泛解決方案及產(chǎn)品組合，并通過強(qiáng)化在硬件、算法及軟件方面的技術(shù)實力，緊密對接客戶需求和市場動態(tài)，持續(xù)探索提升產(chǎn)品應(yīng)用的行業(yè)覆蓋性。

未來，公司將進(jìn)一步聚焦客戶應(yīng)用，圍繞通信、新能源、半導(dǎo)體等前沿科技賽道，加強(qiáng)高端產(chǎn)品和解決方案的部署，形成從技術(shù)到產(chǎn)品、從時域到頻域、從通信到新能源半導(dǎo)體的全方位解決能力，為客戶解決測試挑戰(zhàn)和創(chuàng)造核心價值。