CN104655914B - Gis设备干扰信号和局部放电信号的检测方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法与装置，对GIS设备内部或周边的采样信号进行分窗，计算每个窗内的平均能量及相邻窗口的能量比值，得到能量梯度序列，根据该能量梯度序列的最大值判断该采样信号属于干扰信号还是局部放电信号。采用本方法与装置可以根据干扰信号和局放信号的波形能量特征进行干扰的滤除，极大的提高了GIS设备局部放电检测的准确性。

Description

GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法与装置
技术领域
本发明涉及高压输电技术领域，特别是涉及一种GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法与装置。
背景技术
封闭式气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)具有良好的绝缘性能，广泛应用于高压输电系统中。GIS运行可靠性高、维护工作量小、检修周期长，但是由于其的全封闭结构特点，一旦出现事故，造成的后果比分离敞开式设备严重得多，其故障修复尤为复杂。
GIS在制造及安装过程中容易引入缺陷，如灰尘、导电微粒、应力过高、金属尖端、内装松动等，随着GIS运行年限的增加，缺陷会逐渐发展严重，在过电压或操作过程等外界诱因下，就会引发击穿或闪络现象。在发生这些绝缘故障前，常伴有局部放电的现象。局部放电的出现往往说明GIS存在安装、制造、甚至设计方面的缺陷。
上述局部放电现象会激发达数千兆赫兹(GHz)的电磁波，利用特高频电磁波信号进行GIS设备局部放电的检测在现场得到了广泛的应用。但现场检测时的干扰信号一直是影响现场检测准确度的关键问题，目前常用的办法都是将采集的原始信号经过小波分析等滤波措施后进行干扰的剔除，但这样也容易将局部放电信号的幅值和频带进行消弱，其去噪效果通常较差。
发明内容
基于上述情况，本发明提出了一种GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法与装置，以便判别两种信号，所采用的技术方案如下。
一种GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法，包括步骤：
在GIS设备内部或周边进行信号采样，所述周边为能够反映GIS设备局部放电现象或所受干扰现象的范围；
对采样信号进行分窗，计算每个窗内的平均能量；
计算相邻窗内的能量比值，得到能量梯度序列；
计算能量梯度序列的最大值；
将能量梯度序列的最大值与预定值比较，若大于预定值则将采样信号判定为局部放电信号，若小于预定值则将采样信号判定为干扰信号。
一种GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测装置，包括：
传感器，用于在GIS设备内部或周边进行信号采样，所述周边为能够反映GIS设备局部放电现象或所受干扰现象的范围；
信号分窗模块，用于对采样信号进行分窗，计算每个窗内的平均能量；
能量梯度计算模块，用于计算相邻窗内的能量比值，得到能量梯度序列，计算能量梯度序列的最大值；
信号判定模块，用于将能量梯度序列的最大值与预定值比较，若大于预定值则将采样信号判定为局部放电信号，若小于预定值则将采样信号判定为干扰信号。
本发明GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法与装置，根据干扰信号和局部放电信号的能量梯度特征，利用能量梯度差别进行干扰信号和局部放电信号的区分，整个过程对信号没有任何影响，极大地提高了GIS设备局部放电检测的准确性，进而有助于提高去噪效果。
附图说明
图1为本发明GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法的流程示意图；
图2为典型的现场采集到的干扰信号的示意图；
图3为典型的现场采集到的局部放电信号的示意图；
图4为干扰信号的能量梯度序列图；
图5为局部放电信号的能量梯度序列图；
图6为本发明GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
图1所示为本发明GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法的流程示意图，本方法包括如下步骤：
步骤s101、在GIS设备内部或周边进行信号采样。
所述周边不能超过一定距离，应是能够反映GIS设备局部放电现象或所受干扰现象的范围。优选地，可在GIS设备相应位置设置特高频传感器，例如GIS设备的盆式绝缘子处，也可采用内置式特高频传感器进行信号的传感。采样信号可能为局部放电信号，也可能为干扰信号，还有可能两种信号同时出现，但同时出现的概率较低，本方案忽略不计，只讨论一种信号的情况。
典型的现场采集到的干扰信号如图2所示，典型的现场采集到的局部放电信号如图3所示。干扰信号的主要来源是各种通信信号、开关操作等，其呈现一种不明显的脉冲形式，而局部放电信号则呈现一种明显的脉冲形式。本方法正是利用这种区别进行信号的检测。
步骤s102、对采样信号进行分窗，计算每个窗内的平均能量。
如当采用2.5GHz的采样率进行信号的采集时，窗口长度设置为10个采样点，则每个窗内的平均能量为：
其中j为窗口编号，x为采样信号，表示第j个窗口中第i个采样点的能量，采样长度为2μs时，x包含5000个采样点。
步骤s103、计算相邻窗内的能量比值，得到能量梯度序列。
则根据如下公式可求能量梯度序列G：
图4为干扰信号的能量梯度序列图；图5为局部放电信号的能量梯度序列图。
步骤s104、计算能量梯度序列的最大值。
步骤s105、根据能量梯度序列的最大值判断当前采样信号属于干扰信号还是局部放电信号。具体地，当能量梯度序列最大值大于等于某个预定值时确定为局部放电信号；当能量梯度序列最大值小于所述预定值时判断为干扰信号。所述预定值属于经验值，可以根据图4图5选取一个合适的值，优选的值为5。
本发明GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测装置是与上述检测方法对应的装置，如图6所示，包括：
传感器，用于在GIS设备内部或周边进行信号采样，所述周边为能够反映GIS设备局部放电现象或所受干扰现象的范围；
信号分窗模块，用于对采样信号进行分窗，计算每个窗内的平均能量；
能量梯度计算模块，用于计算相邻窗内的能量比值，得到能量梯度序列，计算能量梯度序列的最大值；
信号判定模块，用于将能量梯度序列的最大值与预定值比较，若大于预定值则将采样信号判定为局部放电信号，若小于预定值则将采样信号判定为干扰信号。
作为一个优选的实施例，所述传感器为按照2.5GHz的采样频率进行采样的特高频传感器，且采样时长为2μs；
所述信号分窗模块还用于以10个采样点为窗口长度对采样信号进行分窗。
作为一个优选的实施例，其特征在于，
所述信号分窗模块采用下式计算每个窗内的平均能量:
其中，j表示窗口编号，j＝1,2,3,...,500，为第j个窗口中第i个采样点的能量。
作为一个优选的实施例，所述能量梯度计算模块根据如下公式计算能量梯度序列：
式中，k表示窗口编号，k＝1,2,…,499。
作为一个优选的实施例，所述预定值为5。
本发明与传统的GIS局部放电干扰抑制方法不同，其基于干扰信号和局部放电信号能量梯度幅值的显著差异进行干扰和局部放电信号的区分，具有不损失局部放电信号幅值和带宽特征的优点，有利于现场检测结果的准确判断。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法，其特征在于，包括步骤：
在GIS设备内部或周边进行信号采样，所述周边为能够反映GIS设备局部放电现象或所受干扰现象的范围；其中，采用特高频传感器进行信号采样，并按照2.5GHz的采样频率进行采样，采样时长设置为2μs；
对采样信号进行分窗，计算每个窗内的平均能量；其中，对采样信号进行分窗时，窗口长度设置为10个采样点；
计算相邻窗内的能量比值，得到能量梯度序列；
计算能量梯度序列的最大值；
将能量梯度序列的最大值与预定值比较，若大于预定值则将采样信号判定为局部放电信号，若小于预定值则将采样信号判定为干扰信号。
2.根据权利要求1所述的GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法，其特征在于，
每个窗内平均能量的表达式为:
其中，j表示窗口编号，j＝1,2,3,...,500，为第j个窗口中第i个采样点的能量。
3.根据权利要求2所述的GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法，其特征在于，
根据如下公式计算能量梯度序列：
式中，k表示窗口编号，k＝1,2,…,499。
4.根据权利要求1或2或3所述的GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测方法，其特征在于，所述预定值为5。
5.一种GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测装置，其特征在于，包括：
传感器，用于在GIS设备内部或周边进行信号采样，所述周边为能够反映GIS设备局部放电现象或所受干扰现象的范围；所述传感器为按照2.5GHz的采样频率进行采样的特高频传感器，且采样时长为2μs；
信号分窗模块，用于对采样信号进行分窗，计算每个窗内的平均能量；所述信号分窗模块还用于以10个采样点为窗口长度对采样信号进行分窗；
能量梯度计算模块，用于计算相邻窗内的能量比值，得到能量梯度序列，计算能量梯度序列的最大值；
信号判定模块，用于将能量梯度序列的最大值与预定值比较，若大于预定值则将采样信号判定为局部放电信号，若小于预定值则将采样信号判定为干扰信号。
6.根据权利要求5所述的GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测装置，其特征在于，
所述信号分窗模块采用下式计算每个窗内的平均能量:
其中，j表示窗口编号，j＝1,2,3,...,500，为第j个窗口中第i个采样点的能量。
7.根据权利要求6所述的GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测装置，其特征在于，
所述能量梯度计算模块根据如下公式计算能量梯度序列：
式中，k表示窗口编号，k＝1,2,…,499。
8.根据权利要求5或6或7所述的GIS设备干扰信号和局部放电信号的检测装置，其特征在于，所述预定值为5。
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