组合谐波电压下局部放电分频检测方法和装置与流程

本技术涉及电力系统绝缘检测，尤其涉及一种组合谐波电压下局部放电分频检测方法和装置。

背景技术：

1、电力系统中，变压器、气体绝缘开关设备（gis）、电缆等高压设备的绝缘状态直接关系到系统运行的安全性和可靠性。局部放电作为绝缘缺陷的早期特征信号，其检测与分析是评估设备绝缘健康状况的关键手段。

2、局部放电检测技术通过监测绝缘介质局部击穿过程中产生的物理信号（如电脉冲、电磁波、声波等）来评估绝缘状态，其基本原理基于局部放电伴随的多物理现象：当绝缘介质中存在气隙、杂质或缺陷时，电场集中区域会发生局部击穿，产生电荷转移形成脉冲电流，通过传感器捕捉这些信号并分析特征参数（放电量、相位、频率、幅值等），可判断绝缘缺陷的类型、位置及严重程度。

3、但是，目前现有的局部放电检测技术在应用中存在一定局限性：

4、激励电源方式单一，无法高效激发放电。传统检测多采用单一工频电压（50hz/60hz）激励，对缺陷的激发效率较为单一，也无法复现电网中谐波电压对绝缘缺陷放电特性的影响。部分研究采用独立谐波源叠加方式构建激励电源，但仅能实现2-3次谐波的分离检测，且未建立放电脉冲与谐波电压相位的直接关联模型，无法区分不同谐波分量下的放电特征。

5、谐波分离精度不足，宽频谐波处理能力弱。现有技术中，谐波分离多依赖傅里叶变换（fft）的离线频谱分析，该方法在低信噪比下频谱泄露严重，当谐波频率间隔较小时，分离误差较大。同时，传统锁频放大单元仅支持固定次数谐波分解，无法动态跟踪电压畸变中的宽频谐波成分，导致高频谐波下放电信号无法被识别。

6、信号同步性较差，相位关联精度低。局部放电相位统计图谱（prpd）的绘制需基于放电脉冲与电压相位的精确对应，而实验设备中电压监测（电容分压器）与电流检测（高频ct）的信号传输路径差异，导致放电脉冲时刻与谐波电压波形的同步误差较大，使得无法解离放电脉冲与谐波频率的相关性。

7、相关性分析缺乏，放电归属准确率低。现有技术对放电脉冲与谐波频率的关联分析多基于线性回归或阈值比较，未考虑不同谐波下放电脉冲的幅值分布特性及频变效应。实验数据显示，在多谐波叠加下，传统算法的放电归属相位失效，无法满足精细诊断需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供一种组合谐波电压下局部放电分频检测方法和装置，以解决上述提及的至少一个问题。

2、为了实现上述目的，本技术采用以下方案：

3、根据本技术的第一方面，提供一种组合谐波电压下局部放电分频检测装置，所述装置包括：

4、高压激励模块，用于产生并输出包含工频基波和多频次谐波的组合电压信号，所述高压激励模块的输出端与被测绝缘试品的高压端电连接，以向所述被测绝缘试品施加组合谐波激励；

5、电压监测模块，并联连接于所述被测绝缘试品两端，用于实时采集所述被测绝缘试品上的电压信号，并将采集到的所述电压信号传输至信号处理模块；

6、电流耦合模块，设置于所述被测绝缘试品的接地线上，用于采集所述被测绝缘试品的放电脉冲信号，并将所述放电脉冲信号传输至所述信号处理模块；

7、信号处理模块，分别与所述电压监测模块和所述电流耦合模块的输出端通信连接，所述信号处理模块包括谐波分解电路和脉冲提取电路，所述谐波分解电路用于将所述电压信号实时分解为各次谐波交流信号并锁定频率，所述脉冲提取电路用于对所述放电脉冲信号进行脉冲提取以获得放电脉冲特征数据；

8、高速采集卡，与所述信号处理模块的数据输出端连接，用于同步采集并数字化输出所述放电脉冲特征数据及各次谐波交流信号；

9、上位机，与所述高速采集卡通信连接，用于接收数字化后的数据，并根据放电脉冲与各次谐波电压相位的相关性系数，将放电脉冲归属至对应的谐波频率，进而生成对应谐波下的相位统计图谱。

10、在本技术的一个实施例中，上述高压激励模块包括：

11、工频逆变器，用于输出基波电压；

12、谐波发生器，用于输出多频次谐波电压；

13、耦合变压器，用于将所述工频逆变器输出的基波电压与所述谐波发生器输出的多频次谐波电压进行叠加升压，并输出至所述被测绝缘试品；

14、控制单元，分别与所述工频逆变器和所述谐波发生器连接，用于通过电压闭环和滤波电容电流内环的双环控制方式调节输出电压的稳定性。

15、在本技术的一个实施例中，上述信号处理模块还包括同步时钟电路；

16、所述同步时钟电路与所述谐波分解电路、所述脉冲提取电路及所述高速采集卡分别连接，用于生成全局同步时钟信号并分发至各连接端，以触发所述谐波分解电路的频率锁定动作、所述脉冲提取电路的脉冲提取动作以及所述高速采集卡的采集动作。

17、在本技术的一个实施例中，上述谐波分解电路包含多路并行的处理通道，每一路处理通道均配置有复系数陷波滤波器和锁相环；

18、所述复系数陷波滤波器用于对输入的电压信号进行窄带滤波以提取特定频率的谐波分量；

19、所述锁相环用于对滤波后的谐波分量进行相位锁定。

20、在本技术的一个实施例中，上述复系数陷波滤波器的传递函数为：

21、h(z)=(1-2cos(ω0)z-1+z-2)/(1-2acos(ω0)z-1+a2z-2) ；

22、其中，ω0为目标谐波角频率，a为阻尼系数，取0.98。

23、在本技术的一个实施例中，上述脉冲提取电路，具体用于通过自适应阈值法提取放电脉冲的峰值时刻和放电峰值，并将所述峰值时刻和放电峰值作为所述放电脉冲特征数据输出。

24、在本技术的一个实施例中，上述上位机还用于，基于执行改进相位差算法计算放电脉冲与各次谐波电压相位的相关性系数，所述改进相位差算法包括：

25、对所述放电脉冲特征数据中的峰值时刻，计算各次谐波对应的相位角；

26、引入相速度修正系数对所述相位角进行修正；

27、根据修正后的相位角计算放电脉冲与各次谐波频率的相关性系数。

28、在本技术的一个实施例中，上述电压监测模块包括高压电容分压器，所述高压电容分压器的频率响应范围覆盖20hz至1mhz；所述电流耦合模块包括高频电流传感器，所述高频电流传感器的带宽范围覆盖10mhz至150mhz。

29、根据本技术的第二方面，提供一种组合谐波电压下局部放电分频检测方法，所述方法包括：

30、产生包含工频基波和多频次谐波的组合电压信号，并将所述组合电压信号施加至被测绝缘试品；

31、实时采集施加在所述被测绝缘试品上的电压信号，以及所述被测绝缘试品产生的放电脉冲信号；

32、将采集到的所述电压信号实时分解为各次谐波交流信号并锁定频率，同时对采集到的所述放电脉冲信号进行脉冲提取以获得放电脉冲特征数据；

33、同步采集并数字化输出所述放电脉冲特征数据及各次谐波交流信号；

34、基于数字化后的数据计算放电脉冲与各次谐波电压相位的相关性系数，根据所述相关性系数将放电脉冲归属至对应的谐波频率，进而生成对应谐波下的相位统计图谱。

35、根据本技术的第三方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

36、根据本技术的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

37、根据本技术的第五方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

38、本技术所提出的组合谐波电压下局部放电分频检测方法和装置，具有如下有益效果：本技术通过高压激励模块施加包含工频基波与多频次谐波的组合电压激励，有效模拟了实际电网中的复杂电压畸变环境，克服了传统单一频率检测无法激发特定频率下绝缘缺陷的局限；利用信号处理模块对宽频电压信号进行实时分解与频率锁定，避免了传统频谱分析的泄露问题，确保了谐波提取精度；结合高速采集卡对放电脉冲特征数据与各次谐波交流信号的同步采集，消除了信号传输路径差异导致的相位误差，显著提升了相位定位精度；最终通过上位机基于相关性系数将放电脉冲精准归属至对应的谐波频率并生成相位统计图谱，实现了在复杂混合信号下对特定谐波诱发缺陷的有效分离与精细化诊断，大幅提高了绝缘状态评估的准确性与抗干扰能力。