一种局部放电智能感知终端的性能检测方法及系统与流程

1.本发明涉及局部放电智能感知终端的评价技术，具体涉及一种局部放电智能感知终端的性能检测方法及系统。


背景技术：

2.在变电设备的在线监测方面，目前变电站虽然配置了很多针对gis、变压器放电检测的特高频传感器、高频电流传感器、超声波传感器，针对开关柜设备广泛应用的超声波传感器和暂态地电波传感器，这些传感单元，目前仍然是各自独立的、不具备智能对话功能的信息孤岛装置，关键的故障信息和决策需要人工来关注、理解和处理这些设备的信息，完全没有达到智能变电站的智能运行管理的要求。智能感知终端具有与外部系统双向通信手段，用于发送测量、状态信息，接收和处理外部命令的传感器。如目前市场上已经得到应用的gis特高频局部放电检测智能传感器、开关柜局部放电检测智能传感器等。智能传感器通过物联网技术自动、实时对设备进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件，实现对设备的实时管理和控制。在这些智能感知终端的基础上，逐步建立一套全站公用的智能监测与辅助控制系统，达到“智能监测、智能判断、智能管理、智能验证”要求，减少人员的介入，真正实现智能化运行、自动化控制的智能变电站建设目标。
3.随着电网运维部门对在线监测和智能化运检的重视，各种监测功能的智能终端逐步普及进入了电网设备的检测和运检服务，主要包括特高频(ultra high frequency uhf)智能终端、高频(high frequency hf)智能终端、超声波(ultrasonic wave ae)智能终端、暂态地电压(transient earth voltage tev)智能终端四大类产品，针对这些批量入围投入使用的智能传感器，迫切需要一个成熟的平台和评估方法针对智能终端的各项核心的性能指标进行了校核和评估，保证入围智能终端设备的参数和性能满足专项考核指标和现场实验条件下正常运行。
4.目前局部放电智能感知终端的各种状态监测终端，在线完成电力设备状态的数据采集，站端状态监测平台主要为一个软件系统，实现以下功能：统一使用iec 61850对各种智能组件数据的采集，数据处理、分析、保存和诊断，对外提供统一的基于iec 61850的通信接口，以及站内数据同远方数据平台的通信。但各智能传感器性能缺乏评价的指标，无法评价。之前旧的集中式在线监测装置采用总线式工作方式、将变电设备按地理位置分为若干个区域，分别进行信号采集和选择，然后通过一根多芯屏蔽电缆把选择的模拟信号传入主机。由主机进行循环检测和处理。接线复杂，人为处理信息且缺乏可量化的指标，受客观因素影响大。现在的智能感知终端，去掉了复杂的引线，由电池供电，简化了设备，且对外提供统一的基于iec 61850的通信接口，采用无线通讯，真正实现了无线化、自动化。集中式在线监测系统检测设备多、项目广、现场引线困难复杂。变电设备的在线监测所用传感器的传感单元，目前仍然是各自独立的、不具备智能对话功能，关键的故障信息和决策需要人工来关注、理解和处理这些设备的信息，耗时久，费人力，受人为影响因素大，且缺乏可量化指标。智能传感器通过物联网技术自动、实时对设备进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件，
实现对设备的实时管理和控制。在这些智能感知终端的基础上，逐步建立一套全站公用的智能监测与辅助控制系统，达到“智能监测、智能判断、智能管理、智能验证”要求，但现有智能感知终端缺乏可量化的评价指标。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种局部放电智能感知终端的性能检测方法及系统。本发明可实现包括灵敏度在内的多项性能评价指标进行测试，为局部放电智能感知终端建立一套全站公用的智能监测与辅助控制机制，提供统一的通信接口，减少人员的介入，真正实现智能化、自动化、无线化；对于智能传感器可靠运行也提供了保障，也为智能传感器入网检测提供了判据。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
7.一种局部放电智能感知终端的性能检测方法，包括灵敏度测试的步骤：
8.a1)记录被测局部放电智能感知终端的噪音水平v
noise
，设置初始的测试幅度v
host
；
9.a2)向被测局部放电智能感知终端发出幅度为当前的测试幅度v
host
的标准放电脉冲波形，然后与被测局部放电智能感知终端通讯，召唤被测局部放电智能感知终端上传当前的检测信号幅值v
test
，基于噪音水平v
noise
判断被测局部放电智能感知终端是否对当前的测试幅度v
host
可测，若被测局部放电智能感知终端对当前的测试幅度v
host
可测，则将当前的测试幅度v
host
降低后作为新的当前的测试幅度v
host
，跳转执行步骤a2)；否则，将上一个当前的测试幅度v
host
作为被测局部放电智能感知终端可测的最小测试幅度v
s
；
10.a3)基于最小测试幅度v
s
确定被测局部放电智能感知终端放置处的电场强度值e
s
，并将电场强度值e
s
作为被测局部放电智能感知终端的检测灵敏度值输出。
11.可选地，步骤a2)中判断被测局部放电智能感知终端是否对当前的测试幅度v
host
可测时，判定被测局部放电智能感知终端对当前的测试幅度v
host
可测的条件为：
12.v
test
>2
×
v
noise
13.上式中，v
test
为当前的检测信号幅值，v
noise
为被测局部放电智能感知终端的噪音水平。
14.可选地，步骤a2)中确定被测局部放电智能感知终端放置处的电场强度值e
s
的步骤包括：将智能传感器置于gtem小室的开孔处，调节标定源输出电压幅值为最小测试幅度v
s
，得到智能传感器在标定源输出电压幅值为最小测试幅度v
s
时的电压响应v
mr
，然后根据e
s
＝v
mr
/h
ref
计算得到被测局部放电智能感知终端放置处的电场强度值e
s
，其中h
ref
为智能传感器的有效高度。
15.可选地，还包括线性度测试的步骤：
16.b1)记录被测局部放电智能感知终端的噪音水平v
noise
，初始化迭代变量i为1，设置初始的测试幅度v
hosti
；
17.b2)向被测局部放电智能感知终端发出幅度为当前的测试幅度v
hosti
的标准放电脉冲波形，然后与被测局部放电智能感知终端通讯，召唤被测局部放电智能感知终端上传当前的检测信号幅值v
testi
，基于噪音水平v
noise
判断当前的测试幅度v
hosti
、检测信号幅值v
testi
是否为一对有效测试数据对，若为一对有效测试数据对，则将当前的测试幅度v
hosti
增加后作为新的当前的测试幅度v
hosti
，跳转执行步骤b2)；否则，跳转执行下一步；
18.b3)将得到的n对有效测试数据以测试幅度、检测信号幅值分别为坐标轴绘成曲线图，并找到曲线中线性区的顶点对应的测试幅度作为线性度峰值点v
e
；
19.b4)基于线性度峰值点v
e
确定被测局部放电智能感知终端放置处的电场强度值e
e
，并将电场强度值e
e
作为被测局部放电智能感知终端的检测线性度值输出。
20.可选地，步骤b2)中判断当前的测试幅度v
hosti
、检测信号幅值v
testi
是否为一对有效测试数据对时，判定当前的测试幅度v
hosti
、检测信号幅值v
testi
为一对有效测试数据对的条件为：
21.v
testi
>2
×
v
noise
22.上式中，v
testi
为当前的检测信号幅值，v
noise
为被测局部放电智能感知终端的噪音水平。
23.可选地，步骤b2)中，所述跳转执行步骤b2)之前还包括判断当前的检测信号幅值v
testi
、上一次的检测信号幅值v
testi
‑1之间的变化率是否小于预设阈值，且仅当变化率不小于预设阈值时才跳转执行步骤b2)，否则跳转执行下一步。
24.可选地，还包括数据稳定性测试的步骤：将被测局部放电智能感知终端调至正常工作模式并持续运行指定时长，在该指定时长内按照指定协议定时召唤被测局部放电智能感知终端背景底噪的测试数值，所述背景底噪的测试数值为关闭信号源输出状态下传感器附近的电场测量数值；将该指定时长内的所有测试数据按照时间长度分组，然后求出各组数据之间的平均值μ和标准差σ，若电场测量数值在μ
±
3σ以内的占比超过预设阈值，则判定被测局部放电智能感知终端通过稳定性评估，否则判定被测局部放电智能感知终端未通过稳定性评估。
25.可选地，还包括数据可靠性测试的步骤：将被测局部放电智能感知终端分别调至正常工作模式并进行温湿度环境测试和emc响应测试，并在温湿度环境测试和emc响应测试中分别召唤被测局部放电智能感知终端背景底噪的测试数值，所述背景底噪的测试数值为关闭信号源输出状态下传感器附近的电场测量数值；将该指定时长内的所有测试数据按照时间长度分组，然后求出各组数据之间的平均值，温湿度环境测试下的任意一个电场测量数值与对应分组的平均值之间的误差超过预设阈值、或emc响应测试下的任意一个电场测量数值与对应分组的平均值之间的误差超过预设阈值，则判定被测局部放电智能感知终端未通过数据可靠性测试，否则判定被测局部放电智能感知终端通过数据可靠性测试。
26.此外，本发明还提供一种局部放电智能感知终端的性能检测系统，包括上位机、程控信号源、耦合装置以及协议转换装置，所述上位机与程控信号源的控制端相连，所述程控信号源的输出端与耦合装置相连，所述协议转换装置包括用于与设于耦合装置内的被测局部放电智能感知终端相连的连接端子，且所述协议转换装置与上位机相连，所述上位机的微处理器被编程或配置以执行所述局部放电智能感知终端的性能检测方法的步骤。
27.此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述局部放电智能感知终端的性能检测方法的计算机程序。
28.和现有技术相比，本发明具有下述优点：针对现有的局部放电智能感知终端运行时缺乏性能评价指标无法评价、性能未知的问题，本发明智能感知终端的性能评价方法可实现包括灵敏度在内的多项性能评价指标进行测试，为局部放电智能感知终端建立一套全站公用的智能监测与辅助控制机制，提供统一的通信接口，减少人员的介入，真正实现智能
化、自动化、无线化；对于智能传感器可靠运行也提供了保障，也为智能传感器入网检测提供了判据。
附图说明
29.图1为本发明实施例中灵敏度测试的流程图。
30.图2为本发明实施例中灵敏度测试的原理图。
31.图3为本发明实施例中电场强度值试验的原理示意图。
32.图4为本发明实施例中线性度测试的流程图。
33.图5为本发明实施例中线性度测试的原理图。
34.图6为本发明实施例中数据稳定性测试的原理图。
35.图7为本发明实施例中数据可靠性测试的原理图。
36.图8为本发明实施例中的传感器传输阻抗试验接线图。
37.图9为本发明实施例中的检测频率试验接线图。
具体实施方式
38.如图1所示，本实施例局部放电智能感知终端的性能检测方法包括灵敏度测试的步骤：
39.a1)记录被测局部放电智能感知终端的噪音水平v
noise
，设置初始的测试幅度v
host
(本实施例中取值为100v，自100v起始测试灵敏度)；
40.a2)向被测局部放电智能感知终端发出幅度为当前的测试幅度v
host
的标准放电脉冲波形，然后与被测局部放电智能感知终端通讯，召唤被测局部放电智能感知终端上传当前的检测信号幅值v
test
，基于噪音水平v
noise
判断被测局部放电智能感知终端是否对当前的测试幅度v
host
可测，若被测局部放电智能感知终端对当前的测试幅度v
host
可测，则将当前的测试幅度v
host
降低后作为新的当前的测试幅度v
host
，跳转执行步骤a2)；否则，将上一个当前的测试幅度v
host
作为被测局部放电智能感知终端可测的最小测试幅度v
s
；
41.a3)基于最小测试幅度v
s
确定被测局部放电智能感知终端放置处的电场强度值e
s
，并将电场强度值e
s
作为被测局部放电智能感知终端的检测灵敏度值输出。
42.参见图2，本实施例步骤a2)中判断被测局部放电智能感知终端是否对当前的测试幅度v
host
可测时，判定被测局部放电智能感知终端对当前的测试幅度v
host
可测的条件为：
43.v
test
>2
×
v
noise
44.上式中，v
test
为当前的检测信号幅值，v
noise
为被测局部放电智能感知终端的噪音水平。
45.本实施例中，步骤a2)中确定被测局部放电智能感知终端放置处的电场强度值e
s
的步骤包括：参见图3，将智能传感器置于gtem小室的开孔处，调节标定源输出电压幅值为最小测试幅度v
s
，得到智能传感器在标定源输出电压幅值为最小测试幅度v
s
时的电压响应v
mr
，然后根据e
s
＝v
mr
/h
ref
计算得到被测局部放电智能感知终端放置处的电场强度值e
s
，其中h
ref
为智能传感器的有效高度。
46.如图4所示，本实施例还包括线性度测试的步骤：
47.b1)记录被测局部放电智能感知终端的噪音水平v
noise
，初始化迭代变量i为1，设置
初始的测试幅度v
hosti
(本实施例中初始为0，从0v开始测试)；
48.b2)向被测局部放电智能感知终端发出幅度为当前的测试幅度v
hosti
的标准放电脉冲波形，然后与被测局部放电智能感知终端通讯，召唤被测局部放电智能感知终端上传当前的检测信号幅值v
testi
，基于噪音水平v
noise
判断当前的测试幅度v
hosti
、检测信号幅值v
testi
是否为一对有效测试数据对，若为一对有效测试数据对，则将当前的测试幅度v
hosti
增加后作为新的当前的测试幅度v
hosti
，跳转执行步骤b2)；否则，跳转执行下一步；
49.b3)将得到的n对有效测试数据以测试幅度、检测信号幅值分别为坐标轴绘成曲线图，并找到曲线中线性区的顶点对应的测试幅度作为线性度峰值点v
e
，如图5所示；本实施例中将所有测试幅度v
hosti
(为x轴)、检测信号幅值v
testi
(为y轴)绘成曲线图，根据曲线的变化，可分为线性区、过渡区和饱和区，其中线性区为当前的测试幅度v
hosti
、检测信号幅值v
testi
两者呈现线性比例关系的区域。
50.b4)基于线性度峰值点v
e
确定被测局部放电智能感知终端放置处的电场强度值e
e
，具体方法与步骤a3)中相同，并将电场强度值e
e
作为被测局部放电智能感知终端的检测线性度值输出。
51.本实施例中，步骤b2)中判断当前的测试幅度v
hosti
、检测信号幅值v
testi
是否为一对有效测试数据对时，判定当前的测试幅度v
hosti
、检测信号幅值v
testi
为一对有效测试数据对的条件为：
52.v
testi
>2
×
v
noise
53.上式中，v
testi
为当前的检测信号幅值，v
noise
为被测局部放电智能感知终端的噪音水平。
54.本实施例中，步骤b2)中，所述跳转执行步骤b2)之前还包括判断当前的检测信号幅值v
testi
、上一次的检测信号幅值v
testi
‑1之间的变化率是否小于预设阈值(可根据需要进行设置，例如本实施例中取值为5％)，且仅当变化率不小于预设阈值时才跳转执行步骤b2)，否则跳转执行下一步。
55.局部放电智能感知终端的稳定性评估是为了检测智能检测终端在长期运行下的监测数值的一致性和稳定性。因为智能传感器都面临着无人值守的长期运行，必须保证在免维护情况下的监测数据稳定性。因此，本实施例还包括数据稳定性测试的步骤：将被测局部放电智能感知终端调至正常工作模式并持续运行指定时长(可根据需要指定，例如本实施例中设置为2小时)，在该指定时长内按照指定协议定时召唤被测局部放电智能感知终端背景底噪的测试数值，所述背景底噪的测试数值为关闭信号源输出状态下传感器附近的电场测量数值；将该指定时长内的所有测试数据按照时间长度分组，然后求出各组数据之间的平均值μ和标准差σ，参见图6，若电场测量数值在μ
±
3σ以内的占比超过预设阈值(可根据需要进行设置，本实施例中预设阈值为95％)，则判定被测局部放电智能感知终端通过稳定性评估，否则判定被测局部放电智能感知终端未通过稳定性评估。
56.局部放电智能感知终端的可靠性评估是为了检测智能检测终端在复杂的自然环境下运行的可靠性性能。因为智能传感器一般是暴露下电气设备表面自然环境中直接运行，因此该项性能评估对于智能传感器也同样实际且必要。因此，本实施例还包括数据可靠性测试的步骤：将被测局部放电智能感知终端分别调至正常工作模式并进行温湿度环境测试和emc响应测试，并在温湿度环境测试和emc响应测试中分别召唤被测局部放电智能感知
终端背景底噪的测试数值，所述背景底噪的测试数值为关闭信号源输出状态下传感器附近的电场测量数值；将该指定时长内的所有测试数据按照时间长度分组，然后求出各组数据之间的平均值，温湿度环境测试下的任意一个电场测量数值与对应分组的平均值之间的误差超过预设阈值、或emc响应测试下的任意一个电场测量数值与对应分组的平均值之间的误差超过预设阈值，则判定被测局部放电智能感知终端未通过数据可靠性测试，否则判定被测局部放电智能感知终端通过数据可靠性测试。本实施例中进行温湿度环境测试时，被测局部放电智能感知终端被调至正常工作模式，然后将其放置于温湿箱中，设定一定的温湿度数值，具体设置数值量级和考验时间可根据传感器运行工作地点的自然条件强度对应的气候分类，参考《gb/t4797.1
‑
2005电工电子产品自然环境条件温度和湿度》选取。在整个温湿度实验过程中，通过上位机远程软件按照指定协议定时召唤智能终端的背景底噪的测试数值，每10秒一组数据，温湿度考验结束的所有数据进行共同计算，求出平均值，且每一个测量值与平均值的误差均在10％以内，认为该智能终端通过可靠性评估，否认认定未通过。本实施例中进行emc响应测试时，被测局部放电智能感知终端被调至正常工作模式，针对智能终端进行了响应的emc实验，设定一定的emc施压数值，具体设置数值量级和考验时间可参考《gb/t
‑
2017电气和电子设备(装置和系统)电磁兼容试验和测量技术》选取。在整个emc测试过程中，通过上位机远程软件按照指定协议定时召唤智能终端的背景底噪的测试数值，每10秒一组数据，温湿度考验结束的所有数据进行共同计算，求出平均值，且每一个测量值与平均值的误差均在10％以内，认为该智能终端通过可靠性评估，否认认定未通过。
57.综上所述，针对现有的局部放电智能感知终端运行时缺乏性能评价指标无法评价、性能未知的问题，本发明智能感知终端的性能评价方法可实现包括灵敏度在内的多项性能评价指标进行测试，引入四项具体可量化的性能评价指标即：线性度、灵敏度、可靠性、稳定性，为局部放电智能感知终端建立一套全站公用的智能监测与辅助控制机制，提供统一的通信接口，减少人员的介入，真正实现智能化、自动化、无线化；对于智能传感器可靠运行也提供了保障，也为智能传感器入网检测提供了判据。
58.在灵敏度、线性度、数据稳定性、可靠性(环境适应性和emc)4项指标中，智能感知终端的灵敏度、线性度是针对智能感知终端检测信号能力的考核，需要建立固定的可溯源的信号耦合通道进行测试。因此，如图7所示，本实施例还提供一种局部放电智能感知终端的性能检测系统，包括上位机1、程控信号源2、耦合装置3以及协议转换装置4，上位机1与程控信号源2的控制端相连，程控信号源2的输出端与耦合装置3相连，协议转换装置4包括用于与设于耦合装置3内的被测局部放电智能感知终端相连的连接端子，且协议转换装置4与上位机1相连，上位机1的微处理器被编程或配置以执行前述局部放电智能感知终端的性能检测方法的步骤。其中，耦合装置3为金属框体结构，用于放置被测局部放电智能感知终端，将程控信号源2输出信号的耦合到被测局部放电智能感知终端。控制上位机1通过内置软件程序控制信号源输出指定的信号波形形态和幅度，信号注入信号耦合装置3形成稳定可溯源的电场环境，被测局部放电智能感知终端放置在预留的测量窗口上方。局部放电智能感知终端通过61850协议将指定的检测结果上传至控制上位机1，上位机1可实现数据处理比对和各项功能的自动校验、结果输出等。
59.此外，本实施例还提供针对被测局部放电智能感知终端的传感器传输阻抗试验。
被测局部放电智能感知终端的传感器传输阻抗试验接线图如图8所示。信号发生器u
s
输出频率可调的电压，在试验回路中产生相应频率的、峰
‑
峰值介于10ma～30ma的正弦电流信号。在3mhz～30mhz范围内调整频率，用示波器同时测量不同频率f下被检传感器(hfct)的输出电压v 2
(f)及电阻r0两端的电压v1(f)，按式(1)求得该频率下的传输阻抗值。
60.z(f)＝r0(v2(f)/v1(f))
61.上式中各个符号定义如下：
62.z(f)—输入正弦信号频率f下的传输阻抗值；
63.r0—电阻；
64.v2(f)—输入正弦信号频率f下被检传感器的输出电压；
65.v1(f)—输入正弦信号频率f下电阻r0两端的输出电压。
66.试验回路应满足如下要求：(1)示波器的模拟信号测量带宽不应低于100mhz；(2)r0宜为50ω
±
0.2％的无感电阻，其两端电压v1(f)的测量应采用示波器高阻电压探头(测量带宽不应低于100mhz)；(3)被检传感器(hfct)的输出端应设置50ω负载，并通过1米长度的50同轴电缆接示波器。
67.此外，本实施例还提供针对被测局部放电智能感知终端的检测频率试验。检测频率试验的接线图如图9所示。信号发生器u
s
输出频率可调的电压，通过r0(r0宜为50ω
±
0.2％的无感电阻)在试验回路中产生相应频率的、峰
‑
峰值介于5ma～10ma的正弦电流信号。在0.5mhz～50mhz范围内调整频率，通过示波器测量电阻r0两端的电压监视电流，在调整频率时保持电流不变。被检仪器(含hfct)显示最大读数(或者模拟信号端口输出最大幅度)时所对应的频率应位于3mhz～30mhz频段内，且6db带宽不应小于2mhz。
68.此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述局部放电智能感知终端的性能检测方法的计算机程序。
69.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
70.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。