CN103558517A - 基于能量变化定位高压设备放电源的方法 - Google Patents

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黄兴仓
吴波
马庆龙
周志新
熊超
段军鹏
汪韬
沈燚
张尔健
赵思明
欧智
杨家凯
王一豪
张加明
赵成华
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Abstract

基于能量变化定位高压设备放电源的方法，通过对安装在GIS盆式绝缘子上外置UHF传感器获得的原始信号进行小波变换，滤除空气中的电晕放电等辐射频率在150MHz以内的干扰噪声信号，获得信噪比高的放电波形，然后简化信号波形、检测放电起始点，最后根据放电信号能量变化定位高压设备局部放电源位置。本发明是基于能量变化求取时间差，从而进行高压设备局部放电信号源定位的方法，可以克服高压设备现场局部放电噪声干扰强、局部放电波形复杂等问题，力求将环境干扰降低到最小，以便于局部放电监测系统的推广。

Description

基于能量变化定位高压设备放电源的方法
技术领域
本发明涉及一种定位高压设备局部放电信号源的方法。
背景技术
气体绝缘开关设备（Gas Insulated Switchgear）简称GIS，其体积庞大，在评估其绝缘状况时，仅仅判断其内部是否有局部放电存在是远远不够的，利用在线监测技术实现GIS局部放电源的定位是高压设备绝缘状况研究和发展的重要方向。
目前采用外置UHF传感器采集局放信号进行定位的方法有峰峰值信号比较法、信号先后比较法和时间差计算法。其中时间差法的定位原理较为简单，是当前局放监测系统采用较多的技术。判定时间差的方法主要有：时域初始过零点法、最大峰值法、互功率相位谱法等。各种方法适用于不同的信号特点：时域初始过零点法只有在没有噪声干扰或者噪声很小的情况下才能估计信号间的时间延时，而GIS的结构决定其局放信号波形复杂，不利于采用时域初始过零点法；GIS局放信号达到纳秒级，其将引起超过1微秒的振荡波形，而放电信号峰值出现在振动过程中，故峰值法将产生很大的误差；互功率相位谱法也因对噪声敏感而难以应用。因此选择一种有效的局部放电源定位软件识别模块，将有利于局部放电监测系统的应用推广。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于能量变化求取时间差，从而进行高压设备局部放电信号源定位的方法，以克服高压设备现场局部放电噪声干扰强、局部放电波形复杂等问题，力求将环境干扰降低到最小，以便于局部放电监测系统的推广。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
基于能量变化定位高压设备放电源的方法，包括如下步骤：
步骤1：提高信噪比，方法是利用小波变换算法对安装在GIS盆式绝缘子上外置UHF传感器获得的原始信号进行100MHz中心频率小波变换，滤除空气中的电晕放电等辐射频率在150MHz以内的干扰噪声信号，从而获得信噪比高的放电波形；
步骤2：简化信号波形，方法是对于步骤1获得的较高信噪比的放电波形，先从每个样本中去掉噪声平均值，从而提高信号波形的清晰度；
步骤3：检测放电起始点，方法是将步骤2处理后得到的放电信号数字序列xi按以下的公式进行平方积分处理后，以平滑背景噪声，突出放电信号的起始位置，以便根据能量变化识别放电起始点：                                                
Figure 201310519494X100002DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤4：根据放电信号能量变化定位放电源，即在步骤3处理后的信号x(t)上加上一个T宽度的矩形窗，则矩形窗中心两边的能量比可利用以下的能量比函数P（t）计算放电信号到达各个外置UHF传感器间的相对延时时间和能量大小，从而定位高压设备局部放电源位置：
Figure 746999DEST_PATH_IMAGE002
；
上式中的T小于信号的持续振荡时间，且大于信号一个振荡波形的周波时间就可以有效的收敛于信号前沿；上式中，T表示矩形窗的时间周期宽度，t表示时间，x(t)表示步骤3处理好得到的信号与时间的函数关系，τ表示微积分计算中的无限小，h（t+τ）、h(t-τ)分别表示x(t)在t+τ和t-τ的值，dt表示微积分计算。
本发明方法在强干扰的情况下，仍能有效估计两个UHF传感器信号间的时延，实现高压设备局部放电源位置的定位。
下面结合附图进一步阐述本发明的内容。
附图说明
图1为局部放电原始波形；
图2为图1经过步骤1、2、3后的局部放电波形；
图3为整体的定位判断步骤流程图。
具体实施方式
本发明提出的一种基于能量变化定位高压设备放电源的方法，主要是将如图1所示的局部放电原始波形按以下步骤进行处理：
步骤1：提高信噪比。SF6气体的绝缘强度比较高，GIS中的局部放电能够辐射很高频率的电磁波，相比之下空气中的电晕放电等干扰的辐射频率一般在150MHz以内，可利用小波变换算法对安装在GIS盆式绝缘子上外置UHF传感器获得的原始信号进行100MHz中心频率小波变换，获得信噪比高的放电波形；
步骤2：简化信号波形。对于步骤1获得的较高信噪比的放电波形，其中噪声的平均值往往并不为零，相当于有一个直流偏置分量存在。不论此直流源是什么，这一分量在时域、频域中都会出现，会遮蔽频域中的局放信号波形分量，因此可在进行步骤3的运算之前先从每个样本中去掉噪声平均值，从而提高信号波形的清晰度；
步骤3：检测放电起始点。将步骤2处理后得到的放电信号数字序列xi按以下的公式进行平方积分处理后，可平滑背景噪声，突出放电信号的起始位置，以便根据能量变化识别放电起始点：
Figure 17575DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤4：根据放电信号能量变化定位放电源。在上述步骤3处理后的信号x(t)上加上一个T宽度的矩形窗，则矩形窗中心两边的能量比可利用以下的能量比函数P（t）进行计算放电信号到达各个外置UHF传感器间的相对延时时间和能量大小，从而定位高压设备局部放电源位置：
Figure 122627DEST_PATH_IMAGE002
；
上式中的T小于信号的持续振荡时间，且大于信号一个振荡波形的周波时间就可以有效的收敛于信号前沿；上式中，T表示矩形窗的时间周期宽度，t表示时间，x(t)表示步骤3处理好得到的信号与时间的函数关系，τ表示微积分计算中的无限小，h（t+τ）、h(t-τ)分别表示x(t)在t+τ和t-τ的值，dt表示微积分计算。
经过步骤1、步骤2和步骤3后的信号波形如图2所示。图2中阀值H的作用是检测从放电点到UHF传感器传播过来的电磁波信号，其设置应高于环境背景噪声。阀值L的作用是提高时延查找程序快速性，通过阀值H查找到放电信号的峰值区后开始回退，通过L查找放电信号起始前沿。其中阀值L设置应大于环境背景噪声的平均值而远小于阀值H，以有效定位到放电信号起始前沿。因此通过能量比函数P（t）计算每个UHF传感器的信号到达时刻估计各通道信号间的相对时间延迟和各自的能量大小，即可定位高压设备局部放电源的位置。图3为整体的定位判断步骤流程。

Claims (1)

1.基于能量变化定位高压设备放电源的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：提高信噪比，方法是利用小波变换算法对安装在GIS盆式绝缘子上外置UHF传感器获得的原始信号进行100MHz中心频率小波变换，滤除空气中的电晕放电等辐射频率在150MHz以内的干扰噪声信号，从而获得信噪比高的放电波形；
步骤2：简化信号波形，方法是对于步骤1获得的较高信噪比的放电波形，先从每个样本中去掉噪声平均值，从而提高信号波形的清晰度；
步骤3：检测放电起始点，方法是将步骤2处理后得到的放电信号数字序列xi按以下的公式进行平方积分处理后，以平滑背景噪声，突出放电信号的起始位置，以便根据能量变化识别放电起始点：                                                
Figure 201310519494X100001DEST_PATH_IMAGE001
；
式中：xi′为xj经过平方积分处理后的结果；
令x(t)为所有关于所有xi′与时间的函数关系，即xi′为某一时刻点的x(t)；
步骤4：根据放电信号能量变化定位放电源，即在步骤3处理后的信号x(t)上加上一个T宽度的矩形窗，则矩形窗中心两边的能量比可利用以下的能量比函数P（t）计算放电信号到达各个外置UHF传感器间的相对延时时间和能量大小，从而定位高压设备局部放电源位置：
Figure 871899DEST_PATH_IMAGE002
；
上式中的T小于信号的持续振荡时间，且大于信号一个振荡波形的周波时间就可以有效的收敛于信号前沿；上式中，T表示矩形窗的时间周期宽度，t表示时间，x(t)表示步骤3处理后得到的信号与时间的函数关系，τ表示微积分计算中的无限小，h（t+τ）、h(t-τ)分别表示x(t)在t+τ和t-τ的值，dt表示微积分计算。
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