具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图7，适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统，包括依次连接的信号处理模块、信号切换模块、信号采集模块、通信模块和上位机，信号处理模块电性连接有工频信号调理模块和特高频信号调理模块，工频信号调理模块电性连接有工频感应传感器，特高频信号调理模块电性连接有特高频传感器A和特高频传感器B，特高频信号调理模块与信号切换模块、信号采集模块均电性连接。

工作原理：敞开式变电站内设置有局部放电源和天线阵列。上位机的检测模式有两种，分别是定位模式和图谱分析模式，定位模式利用特高频传感器A和特高频传感器B检测的特高频电磁波信号得到局部放电源相对于天线阵列的定位，图谱分析模式下利用特高频传感器A检测的局部放电信号和工频感应传感器检测的工频信号进行图谱绘制。特高频传感器A和特高频传感器B采集特高频电磁波信号得到第一信号和第二信号，将第一信号和第二信号发送至特高频信号调理模块进行调理得到第一调理信号和第二调理信号，第一调理信号发送至信号采集模块，第二调理信号发送至信号切换模块；工频感应传感器采集并向工频信号调理模块发送工频信号，工频信号经工频信号调理模块调理后发送至信号处理模块进行处理，得到锯齿波信号；在上位机设置检测模式后，上位机通过通信模块向信号处理模块发送检测模式指令，信号处理模块根据指令控制信号切换模块向信号采集模块发送信号，若是定位模式，则信号切换模块将第二调理信号发送至信号采集模块，信号采集模块将第一调理信号和第二调理信号发送至上位机，上位机对第一调理信号和第二调理信号进行处理，得到局部放电源相对于天线阵列的定位，若是图谱分析模式，则信号切换模块将锯齿波信号发送至信号采集模块，信号采集模块将第一调理信号和锯齿波信号发送至上位机，上位机对第一调理信号和锯齿波信号进行处理，得到PRPD/PRPS图谱。

上位机实现实现数据分析与人机交互功能，可采用笔记本电脑、智能手机、平板电脑实现。信号采集模块应至少具备两个同步高速采集通道，采样率达到5GS/s以上，模拟带宽达到1GHz以上，因此采用PICO6404E型示波器作为信号采集模块，示波器可将模拟信号转换为数字信号。通信模块可以使用有线通信或者无线通信模式，有线通信使用具有两路USB接口的USB集线器作为通信模块，信号处理模块和信号采集模块各使用一路USB接口，集线器输出USB接口与上位机连接；无线通信模式使用USB转wifi模块，可以采用打印服务器。

所述特高频信号调理模块包括依次电性连接的第一信号放大子模块、信号衰减子模块、第二信号放大子模块和信号检波子模块，所述特高频传感器A和所述特高频传感器B均与第一信号放大子模块电性连接，所述信号采集模块和所述信号切换模块均与第二信号放大子模块电性连接，所述信号处理模块与信号衰减子模块、信号检波子模块均电性连接。

特高频传感器A和特高频传感器B用于接收局部放电源产生的特高频电磁波信号，特高频传感器A和特高频传感器B的检测频带覆盖400MHz-1.5GHz。第一信号和第二信号经过放大、衰减、放大三级调理，最后一级放大后，得到第一调理信号和第二调理信号，将第一调理信号直接发送至信号采集模块，第二调理信号一部分发送至信号切换模块，另一部分输出值信号检波子模块得到检波信号，将检波信号发送至信号处理模块。

所述信号处理模块包括第一AD采集子模块、第二AD采集子模块和指令接收子模块，第一AD采集子模块与所述工频信号调理模块电性连接，第一AD采集子模块依次连接有过零点提取子模块和锯齿波输出子模块，锯齿波输出子模块与所述信号切换模块电性连接，第二AD采集子模块与所述信号检波子模块电性连接，第二AD采集子模块依次连接有信号幅值计算子模块和衰减控制判断子模块，衰减控制判断子模块与所述信号衰减子模块、所述通信模块均电性连接，指令接收子模块与所述通信模块电性连接，指令接收子模块电性连接有信号切换控制子模块，信号切换控制子模块与所述信号切换模块电性连接。

信号处理模块可以采用STM32系列的单片机。第一AD采集子模块和第二AD采集子模块的采样率需达到100kS/s以上，锯齿波输出子模块具有DA输出功能。工频信号经过工频调理模块的调理得到工频方波，第一AD采集子模块采集工频方波，过零点提取子模块获取工频方波的过零点位置，锯齿波输出子模块根据过零点位置生成并向信号切换模块输出锯齿波信号；第二AD采集子模块采集检波信号，信号幅值计算子模块计算检波信号的幅值，衰减控制判断子模块根据幅值对信号衰减子模块的衰减信息进行判断，若幅值较小，则向信号衰减子模块发送指令，减小衰减倍数，增大特高频信号调理模块的放大倍数。指令接收子模块与通信模块电性连接，上位机通过通信模块向指令接收子模块发送检测模式指令，指令接收子模块将检测模式指令发送至信号切换控制子模块，信号切换控制子模块控制信号切换模块向信号采集模块发送第二调理信号或锯齿波信号。

适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法，基于上述所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统，敞开式变电站内设置有局部放电源和天线阵列，天线阵列包括两支天线，巡检方法包括以下步骤：

S1、特高频传感器A和特高频传感器B采集特高频电磁波信号得到第一信号和第二信号，将第一信号和第二信号输送至特高频信号调理模块，工频感应传感器采集工频信号，将工频信号输送至工频信号调理模块。

S2、特高频信号调理模块对第一信号和第二信号进行调理得到第一调理信号x_A(n)、第二调理信号x_B(n)和检波信号，工频信号调理模块对工频信号进行调理得到工频方波。

第一信号和第二信号均经过第一信号放大子模块、信号衰减子模块和第二信号放大子模块，第一信号经过第一级放大、衰减和第二级放大得到第一调理信号x_A(n)，第二信号经过第一级放大、衰减和第二级放大后，一部分生成第二调理信号x_B(n)，另一部分进入信号检波子模块得到检波信号。工频信号调理模块对工频信号进行滤波和放大，放大倍数设置为10000倍，直接将工频信号放大至饱和失真，得到工频方波。

S3、将第一调理信号x_A(n)、第二调理信号x_B(n)分别发送至信号采集模块和信号切换模块，将检波信号和工频方波发送至信号处理模块。

S4、信号处理模块根据检波信号调整特高频信号调理模块，并处理工频方波得到锯齿波信号g(n)，将锯齿波信号g(n)发送至信号采集模块。

S4的具体步骤为：

S401、第二AD采集模块检测检波信号，信号幅值计算子模块计算检波信号幅值。

S402、检波信号幅值小于预设的幅值阈值时，控制衰减控制判断子模块向信号衰减子模块发送指令，降低信号衰减子模块的衰减倍数。

第二信号经过特高频信号调理模块调理后得到第二调理信号和检波信号，将检波信号发送至第二AD采集模块，信号幅值计算子模块计算检波信号幅值，当衰减控制判断子模块检测到检波信号幅值小于幅值阈值时，控制衰减控制判断子模块向信号衰减子模块发送指令，即发送衰减控制系数，降低信号衰减子模块的衰减倍数，增大特高频信号调理模块的放大倍数。

S403、第一AD采集模块采集工频方波，过零点提取子模块获取工频方波上升沿的过零点位置。

S404、以过零点位置作为起始点，锯齿波输出模块生成并向信号切换模块输出锯齿波信号g(n)，锯齿波信号g(n)的信号幅值为U。

图7中，第一行为工频信号的波形，第二行为工频方波的波形，第三行为锯齿波信号的波形，锯齿波信号的频率与工频信号的频率相同，信号幅值U为固定值。

S5、设置上位机的检测模式，若为定位模式则执行S6至S9，若为图谱分析模式则执行S10至S13。

信号采集模块采用PICO6404E型虚拟示波器，其采样率为10GS/s，信号采集模块能将模拟信号转换为数字信号，即信号采集模块发送至上位机的信号均为数字信号。

S6、信号采集模块采集第二调理信号x_B(n)并将第一调理信号x_A(n)和第二调理信号x_B(n)发送至上位机。

S7、对第一调理信号x_A(n)和第二调理信号x_B(n)进行插值处理，得到第一插值信号s_A(n)和第二插值信号s_B(n)。

S7的具体方法为：上位机接收到第一调理信号x_A(n)和第二调理信号x_B(n)，用三次样条插值方法对第一调理信号x_A(n)和第二调理信号x_B(n)进行插值，得到第一插值信号s_A(n)和第二插值信号s_B(n)。

设定插值点数为3，插值后的采样率等效为40GS/s。

S8、计算第一插值信号s_A(n)和第二插值信号s_B(n)的时间差Δt。

S8的具体步骤为：

S801、计算第一插值信号s_A(n)的最小累积能量E_min(n)得到最小累积能量曲线，获得最小累积能量曲线最小值对应的采样点序数χ：

其中，N为第一调理信号x_A(n)的总点数，E(n)为第一调理信号x_A(n)的能量累积曲线，n为第一调理信号x_A(n)的序数，s²(q)为s_A ²(n)，q为计算能量累积曲线过程中计数用序数，E_N为能量累积曲线E(n)的最大值。

S802、依据信号采样率，以χ’作为第一插值信号s_A(n)的截取起始点，以χ’+40或χ’+80作为截取长度，获取首波段s_A’(n)，其中，χ’＝χ-4或者χ’＝χ-9。

S803、对s_A’(n)进行平滑滤波，得到第一滤波信号s_A”(n)。

S804、基于s_A”(n)最大值设置信号阈值，统计s_A”(n)的波峰和波谷的位置，搜索波峰和波谷之间的过零点，以第一个过零点和第三个过零点对应的时刻t_cro1和t_cro3作为首波的截取位置，在第一插值信号s_A(n)中截取首波，在截取首波的前后依次补0，获得与s_A(n)等长的信号，即为第一插值信号s_A(n)的首波s_{wh_A}(n)。

S804中，将s_A”(n)最大值的20％作为信号阈值。

S805、重复S801至S804，获得第二插值信号s_B(n)的首波s_{wh_B}(n)。

S806、根据s_{wh_A}(n)和s_{wh_B}(n)，利用互相关算法进行时延估计，获得第一插值信号s_A(n)和第二插值信号s_B(n)的时间差Δt。

S9、根据时间差Δt计算局部放电源相对于天线阵列的方位角θ，判断局部放电源相对于天线阵列的位置。

S9的具体方法为：计算局部放电源相对于天线阵列的方位角θ：

其中，c为电磁波传播速度，这里取c＝3*10⁸m/s，L为两支天线的距离。

多次变换检测位置，重复S1至S9，得到多个方位角，依据方位角判断局部放电源相对于天线阵列的位置。

S10、信号采集模块采集锯齿波信号g(n)并将第一调理信号x_A(n)和锯齿波信号g(n)发送至上位机。

S11、计算第一调理信号x_A(n)对应的工频相位

S11的具体方法为：第一调理信号x_A(n)对应的工频相位

其中，N为x_A(n)的总点数，n为x_A(n)中离散点的序数，U为锯齿波信号g(n)的信号幅值。

S12、计算第一调理信号x_A(n)中有效信号的脉冲信号功率Y。

首先对第一调理信号x_A(n)进行幅值还原，通过控制衰减控制判断子模块发送的衰减控制系数和特高频信号调理模块的放大倍数对第一调理信号x_A(n)进行幅值还原，然后计算有效信号的脉冲信号功率Y。

S12的具体步骤为：

S1201、计算第一调理信号x_A(n)的最小累积能量，得到x_A(n)的最小累积能量曲线。

S1202、提取第一调理信号x_A(n)的起始点位置x_{beg_l}oc。

S1203、对第一调理信号x_A(n)进行希尔伯特变换，获得第一调理信号x_A(n)的包络x_{A_Env}(n)。

S1204、提取包络x_{A_Env}(n)的x_{beg_loc}处的包络幅值x_{beg_amp}，以包络幅值x_{beg_amp}为包络阈值，提取包络x_{A_Env}(n)下降沿处对应的终止点位置x_{end_loc}。

S1205、截取第一调理信号x_A(n)中包络幅值x_{beg_amp}和终止点位置x_{end_loc}之间的信号段x_{A_seg}(m)，信号段x_{A_seg}(m)为有效信号。这里提取到的有效信号即第一调理信号x_A(n)中的脉冲信号。

S1206、计算有效信号x_{A_seg}(m)的脉冲信号功率Y：

其中，M为x_{A_seg}(m)的总点数，m为x_{A_seg}(m)中离散点的序数。

S13、上位机根据工频相位和脉冲信号功率Y进行图谱显示。

显示的图谱为PRPD/PRPS图谱，之后将第一调理信号x_A(n)和锯齿波信号g(n)进行后台存储，建立与PRPD图谱中各个脉冲信号的索引关系，通过图谱中脉冲信号的选择，实现对应局部放电原始特高频电磁波信号的呈现和后续分析。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。