UHF技術(shù)原理

數(shù)字化儀作為一種高性能數(shù)據(jù)采集設(shè)備，在局部放電檢測中展現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢,，能夠有效提升檢測精度,、抗干擾能力和數(shù)據(jù)分析效率。其優(yōu)勢如下：

(1) 高采樣率：數(shù)字化儀的采樣率可達GS/s,，能夠精確捕捉局部放電產(chǎn)生的超高頻（UHF）或高頻（HF）瞬態(tài)脈沖（脈寬低至 ns 級）,。相較于普通局部放電檢測儀的采樣率，數(shù)字化儀是專門強調(diào)以高采樣率為核心指標,、專注于高速數(shù)據(jù)采集的高精度設(shè)備,。

(2) 高分辨率：數(shù)字化儀可以提供高分辨率（通常為14位或16位），能夠區(qū)分更微小的電壓或電流變化,，從而可有效區(qū)分微弱放電信號與背景噪聲,，尤其適用于低能量放電（如電暈放電）或強電磁干擾環(huán)境。

(3) 更強大的觸發(fā)能力：數(shù)字化儀相較于普通局部放電檢測儀的觸發(fā)功能可謂是豐富而強大,，因為數(shù)字化儀支持算法級可編程觸發(fā)?（如局部放電檢測中需同時滿足相位相關(guān)性,、脈沖簇密度、幅值變化率等復(fù)合條件）,，以及脈寬/斜率/相位窗口組合觸發(fā)等更智能的觸發(fā)方式,。

(4) 超大的采集存儲深度：數(shù)字化儀通常配備比普通局部放電檢測儀更高的板載緩存,，而且支持多通道擴展存儲架構(gòu)，可輕松配置出TB級的存儲空間,。而且,，數(shù)字化儀因為采用PCIe等高速總線架構(gòu)，可以輕松實現(xiàn)GB/s級別的數(shù)據(jù)吞吐率,，遠超任何類型的局部放電檢測儀,。

(5) 強大的分析功能：數(shù)字化儀可以與工頻電壓信號進行精確的相位同步，將局部放電信號與工頻電壓的相位關(guān)系進行關(guān)聯(lián)分析,。這種相位同步功能可以生成PRPD（相位分辨局部放電）圖譜,，顯示放電脈沖在工頻電壓周期內(nèi)的分布情況。PRPD圖譜可以顯示放電的強度和頻率分布,，幫助評估放電的嚴重程度,，并分析放電的發(fā)展趨勢，為故障預(yù)測提供依據(jù),。另外,，數(shù)字化儀還可以提供PRPS（相位分辨脈沖序列）、N-Q（放電量-相位）分析,、頻譜分析,、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理,、高級統(tǒng)計分析等多種專業(yè)功能,。

(6) 高性能與便攜性兼顧：數(shù)字化儀因為是模塊化架構(gòu)?，所以更容易實現(xiàn)?高采樣率,、小體積、低功耗?,。相較于便攜式或臺式的局部放電檢測儀,，數(shù)字化儀在局部放電檢測中憑借輕量化設(shè)計、靈活擴展性和便攜性,，可以很容易支持移動巡檢,、分布式在線監(jiān)測（GIS設(shè)備）、電纜隧道監(jiān)測,、機架部署與復(fù)雜的系統(tǒng)集成等,，通過高精度采集、多維度分析等強大功能實現(xiàn)高性能與便攜性的兼顧,。

除此以外,，數(shù)字化儀還有以下特性和優(yōu)勢：

(7) 更高的有效位數(shù)：數(shù)字化儀通過專用ADC架構(gòu)仍然可以在1GS/s以上的采樣率情況下仍然保持較高的有效位數(shù)（ENOB），而局部放電檢測儀和數(shù)字示波器類似,，由于硬件架構(gòu)和多級信號鏈的緣故,，通常在高采樣率下的有效位數(shù)會顯著降低，所以同樣都是基于ADC原理，數(shù)字化儀更能確保微弱放電脈沖觸發(fā)的可靠性,。

(8) 多通道同步采集：數(shù)字化儀通常支持2~8通道同步采集,，而且擴展出更多通道也很容易，所以能夠同時接入不同類型的傳感器,，例如高頻電流互感器（HFCT）,、超聲波傳感器（AE）等。多通道同時采集可以探測放電信號的快慢與強弱,，實現(xiàn)電-聲-電磁聯(lián)合檢測,，提供更全面的放電信息；通過對不同位置傳感器接收到的信號進行分析,，可以更準確地定位放電源的位置,。

(9) 實時處理：數(shù)字化儀內(nèi)置的FPGA可以實現(xiàn)實時信號處理（如濾波、降噪,、脈沖提取,、峰值檢測等），從而減少后端計算機的負擔,，提高數(shù)據(jù)處理效率,。

通過上述列舉數(shù)字化儀在局部放電中的優(yōu)勢，用戶可以很清楚地了解到數(shù)字化儀不僅解決了普通局部放電檢測儀在應(yīng)用中的痛點,，還表現(xiàn)出專業(yè)檢測工具才擁有的特質(zhì),。

案例一：某電力客戶選擇德國Spectrum公司的數(shù)字化儀產(chǎn)品，目的是為了模擬局部放電的脈沖電流經(jīng)過高頻傳感器之后完成信號采集這一完整過程,，具體方案流程如下圖2所示：

圖2. 局部放電的脈沖信號經(jīng)過高頻傳感器的采集方案流程圖

按照上圖2的流程完成實物連接,，如下圖3顯示。該系統(tǒng)中高壓電源輸出端通過高壓電纜連接到被試品（變壓器）的高壓電極,，被試品的低壓電極（或接地端）通過檢測阻抗（通常為50Ω或1kΩ）接地,，形成回路。通過線纜將脈沖電流傳導(dǎo)出去,，經(jīng)過安裝的高頻傳感器檢測高頻電流信號,，通過傳感器的BNC輸出接口將信號傳輸出去，最終由數(shù)字化儀采集設(shè)備進行采集顯示和數(shù)據(jù)存儲,。

該數(shù)字化儀采型號為M4i.2211-x8,，采用PCIe接口，可實現(xiàn)2通道同步采集,，每通道最高1.25GS/s采樣率,，分辨率為8bit。用戶也可以設(shè)置不同的采樣率,，滿足不同帶寬信號的采集要求,。在模擬過程中,，高壓電源系統(tǒng)產(chǎn)生不同大小的放電信號，隨著高壓電源產(chǎn)生放電信號的減弱,，傳感器接收并轉(zhuǎn)換的信號也會隨之變小,，利用數(shù)字化儀的通道觸發(fā)可以有效采集信號并捕獲信號的變化（如圖3所示）。

圖3. 數(shù)字化儀通過高頻傳感器采集到的局部放電信號示意圖

在檢測到微弱信號時,，可預(yù)先設(shè)定一個略高于背景噪聲的閾值,，只有當信號強度超過此閾值時，數(shù)字化儀才啟動采集工作,。利用數(shù)字化儀的頻譜分析功能,，能夠?qū)π盘栠M行深入處理，從而實現(xiàn)相位信息的精確計算（如圖4）,，這對于分析信號的特性和來源具有重要意義,。此外，考慮到局部放電檢測可能需要長時間連續(xù)監(jiān)測的需求,，理想的數(shù)字化儀應(yīng)具備將采集到的數(shù)據(jù)持續(xù)存儲至硬盤的能力,，以便完整記錄某段時間內(nèi)發(fā)生的全部放電信息，為后續(xù)的詳細分析和處理提供全面的數(shù)據(jù)支持,。

圖4. 左邊為數(shù)字化儀的時域和頻域圖,，右邊為局部放電關(guān)注的相位圖

案例二：某電力檢測公司客戶選擇坤馳科技自研的數(shù)字化儀（型號為QT12131+DC，4通道,，每通道采樣率為2GS/s,，帶寬900MHz，14 bit,，PCIe 3.0 x8）,，將其電力線纜的隨機放電信號通過數(shù)字化儀的4通道進行采集，用于判斷信號的方位與距離測量,。具體方案流程如下圖5所示（圖中的圓圈表示每個通道等待信號的過程）：

圖5. 用4通道數(shù)字化儀對隨機放電信號進行采集的方案流程圖

由上面的流程框圖可知,，該方案利用數(shù)字化儀的4路通道,，同步采集來自不同位置的隨機放電信號，實際采集效果如圖6所示,。借助數(shù)字化儀的通道觸發(fā)功能,，判斷各位置信號到達的先后順序,，從而確定放電源的大致方位,。再利用時間戳功能獲取精確的時間信息,，進而實現(xiàn)對放電源距離的測量。

圖6. 利用數(shù)字化儀QT12131+DC采集到的隨機放電信號