CN105606968A - 一种导线电晕放电可听噪声处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种导线电晕放电可听噪声处理方法，包括步骤：A、同时采集电晕放电可听噪声与电晕电流的时域波形；B、根据采集得到的电晕电流的波形，获得电晕电流脉冲所在的时刻，并获得电晕电流脉冲的时间间隔；C、确定第一个电晕电流脉冲所对应的可听噪声脉冲；D、根据电晕电流脉冲和可听噪声脉冲的一一对应关系，获得所有可听噪声脉冲所在时刻；E、去除所述可听噪声波形中无脉冲区间声压信号及噪声脉冲偏置信号。利用本发明的方法，能够实现对导线电晕放电可听噪声测量过程中的背景噪声的有效剔除。

Description

一种导线电晕放电可听噪声处理方法
技术领域
本发明涉及电力系统信号处理技术，特别是涉及到直流输电导线电晕放电噪声处理技术。
背景技术
随着输电线路电压等级不断提高，输电线路电晕放电产生的电磁环境问题已成为线路设计的决定性因素之一，其中电晕放电产生的可听噪声问题因其是人们能够亲身感受到的，目前也受到了人们的广泛关注。分析线路电晕放电产生的可听噪声的特性及其产生机理，来准确预测可听噪声水平，对于建设满足环保要求的输电线路具有重要意义。
目前国内外技术人员对于可听噪声的产生机理尚不明确，还没有提出能够反映电晕放电可听噪声本征特性的分析技术。因此，借助于实验手段来处理电晕放电产生的可听噪声特性，目前仍是分析电晕放电可听噪声的有效的技术手段。
在实际电晕放电可听噪声的测量过程中不可避免地受到环境中背景噪声及地面反射噪声的影响，测量结果难以准确反映电晕放电可听噪声的特性，可能会造成对线路电晕噪声水平过高估计及评价，因此需要将背景噪声剔除，才能获得准确的电晕放电可听噪声的特性。
现有技术中，电晕放电可听噪声的测量方法主要采用的是频域测试方法，测量结果反映的是一段时间内可听噪声的综合效应，只获得了可听噪声的幅频域特性，测量结果中无法区分出电晕放电产生的可听噪声和背景噪声。
目前，在实验阶段内对电晕放电过程中背景噪声的剔除主要采用的方法是在电晕放电实验前或实验后先测量未发生电晕放电时的环境噪声，然后测量电晕放电时总的噪声水平，最后，在频域内借助于声功率相减的方法来剔除背景噪声的影响。然而，这种预先测量的背景噪声难以真实地反映电晕放电过程中背景噪声的变化，因此背景噪声的影响难以有效剔除，误差较大。
而采用时域测试方法来测量电晕放电噪声的特性，可以实现噪声信号的实时采集和记录，获得电晕放电及背景噪声的声压信号随时间的变化规律，可以有效区分出电晕放电声压信号与背景噪声信号。但目前关于导线电晕放电产生的可听噪声的时域特性还未见公开，而借助于可听噪声时域波形来实现背景噪声的剔除也未被提出。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种基于可听噪声时域波形的直流导线电晕放电可听噪声的处理方法，该方法基于电晕放电产生的可听噪声的脉冲特性，及与电晕电流的时域关联关系，能够有效分离出电晕放电可听噪声脉冲波形，有效剔除背景噪声的影响，为获得准确的直流导线电晕放电可听噪声特性提供准确的数据基础。
为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。
一种导线电晕放电可听噪声处理方法，包括步骤：
A、同时采集电晕放电可听噪声与电晕电流的时域波形；
B、根据采集得到的电晕电流的波形，获得电晕电流脉冲所在的时刻，并获得电晕电流脉冲的时间间隔；
C、确定第一个电晕电流脉冲所对应的可听噪声脉冲；
D、根据电晕电流脉冲和可听噪声脉冲的一一对应关系，获得所有可听噪声脉冲所在时刻；
E、去除所述可听噪声波形中无脉冲区间声压信号及噪声脉冲偏置信号。
特别地，采集电晕放电可听噪声与电晕电流的时域波形的采样率为200MS/s。
步骤C包括：
C1、取出第一个电晕电流脉冲所在的时刻t1，计算出声波从导线表面传播到传声器所用的最小时间间隔ΔT，令t＝t1+ΔT；
C2、根据可听噪声脉冲的幅值的阈值，在记录的可听噪声时域波形中判断[t-td，t+td]区间内是否存在可听噪声脉冲，如果存在可听噪声脉冲，则记录下此时脉冲存在的时刻，提取出[t-td，t+td]区间内可听噪声波形；若在[t-td，t+td]区间内不存在可听噪声脉冲，则令t＝t1+ΔT+Δt，根据噪声脉冲阈值再去判断是否存在可听噪声脉冲，直到寻找到第一个噪声脉冲为止，其中td取为可听噪声脉冲的持续时间，Δt为0.5td。
另外，所述可听噪声脉冲的幅值的阈值为噪声脉冲最小峰值的0.5倍。
所述可听噪声脉冲的持续时间为150-180μs。
步骤E中，去除噪声脉冲偏置信号包括：对提取的每个可听噪声脉冲进行积分，得到的积分值即为背景噪声在该脉冲区间引起的偏置信号，在相应可听噪声脉冲区间减去偏置值，即可去除噪声脉冲偏置信号。
通过采用本发明的导线电晕放电可听噪声处理方法，能够利用电晕电流与可听噪声的波形均呈现出的脉冲特性，并利用可听噪声脉冲与电晕电流脉冲在时域上具有的一一对应关系，实现对电晕放电可听噪声测量过程中的背景噪声的有效剔除。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中导线放电电晕可听噪声处理方法的流程示意图。
图2为利用本发明具体实施方式中导线放电电晕可听噪声处理方法获取的可听噪声与电晕电流测量波形示意图。
图3为利用本发明具体实施方式中导线放电电晕可听噪声处理方法对图2的波形剔除背景后的可听噪声波形示意图。
图4为利用本发明具体实施方式中导线放电电晕可听噪声处理方法的一个具体示例——场强为54.8kV/cm时可听噪声测量波形示意图。
图5为利用本发明具体实施方式中导线放电电晕可听噪声处理方法对图4的波形剔除背景后的可听噪声波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明。
以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。
然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。
同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。
本发明具体实施方式中，“上”或“下”指的是物理上的上方或下方，而“前”和“后”是相对于干粉料或浆液的输送方向而言的，即与干粉料或浆液的输送方向相同为“前”，否则为“后”，这与物理上的“前”或“后”可能不同。
本发明具体实施方式中，导线电晕放电可听噪声处理方法包括以下步骤：
(1)获取同时采集到的电晕放电可听噪声与电晕电流的时域波形。
采用相同的采样率，同时记录直流导线电晕放电产生的可听噪声与电晕电流脉冲的波形，记录的可听噪声波形包括电晕放电产生的可听噪声的声压信号及实时的背景噪声信号。电晕放电产生的可听噪声的时域波形是由一系列声压脉冲组成，可听噪声脉冲与电晕电流脉冲在时域上具有一一对应关系。从测量的可听噪声的时域波形中可以直接看出，背景噪声的影响主要体现在两方面：一方面是在无电晕放电可听噪声脉冲区间引起声压信号，另一方面会引起噪声脉冲的偏置。
与现有技术的差异：现有电晕放电放电可听噪声的测试只关注的是可听噪声的声压级及倍频(或1/3倍频)特性，得到的信号是背景噪声与电晕放电可听噪声的综合效应，无法区分出电晕放电可听噪声与背景噪声。
(2)确定电晕电流脉冲所在的时刻及脉冲的时间间隔。
根据测量得到的电晕电流的波形，获得电晕电流脉冲所在的时刻，同时获得电晕电流脉冲的时间间隔。
(3)确定第一个电晕电流脉冲所对应的可听噪声脉冲。
由于电晕电流脉冲和放电产生的可听噪声脉冲在时域上是一一对应的关系，根据步骤(2)中确定的第一个电流脉冲所在的时刻，从可听噪声波形中寻找出第一个电流脉冲对应的可听噪声脉冲。
(4)获得所有可听噪声脉冲所在时刻。
由步骤(1)中获得的可听噪声与电晕电流波形可知，电晕电流脉冲和可听噪声脉冲具有一一对应关系，因此步骤(2)中获得的电晕电流脉冲的时间间隔，也等于可听噪声脉冲的时间间隔。完成步骤(3)后，从获得的首个可听噪声脉冲开始，按照步骤(2)得到的时间间隔，确定出步骤(1)中测量得到的可听噪声波形中，所有噪声脉冲所在的时刻。
(5)去除所述可听噪声波形中无脉冲区间声压信号及噪声脉冲偏置信号。
无脉冲的区间的声压信号就是背景噪声所引起的。完成步骤(4)后，将步骤(1)中测量得到的可听噪声波形中无可听噪声脉冲的区间的信号置零，即消除部分背景噪声的影响。此外，针对背景噪声引起的可听噪声脉冲出现偏置的情况，根据声波脉冲的特性，减去每个噪声脉冲信号的偏置。至此即完成背景噪声的剔除。
更具体地，本发明具体实施方式中导线电晕放电可听噪声处理方法的具体流程图如图1所示，图中TI j(j＝1,2,…m-1)为相邻两个电晕电流脉冲时间间隔(等于相邻噪声脉冲时间间隔)，m为脉冲的个数，td可以取值为噪声脉冲持续时间(在背景噪声较大，且放电脉冲较为密集的情况下，td可以适当取小一些)，Δt取0.5td，分析中ΔT取声音从导线表面传到传声器位置所需的最短时间，而程序是否结束通过观察提取的噪声与被测噪声脉冲是否能够对应来决定。
下面结合具体示例对本发明的效果作进一步详细说明。
(1)利用可听噪声时域测试系统及宽频域噪声测量系统，同时采集电晕放电可听噪声和电晕电流的时域波形，为了能够测量到电晕电流脉冲波形，采样率设置为200MS/s。
(2)根据测量得到的电晕电流的波形，寻找电晕电流脉冲峰值所在的时刻，同时获得相邻电晕电流脉冲的时间间隔序列TI j(j＝1,2,…m-1)为相邻两个电晕电流脉冲时间间隔，m为脉冲的个数。由于电晕电流脉冲与可听噪声脉冲具有一一对应关系，因此该时间间隔序列等于相邻可听噪声脉冲时间间隔。
(3)取出第一个电晕电流所在的时刻t1，计算出声波从导线表面传播到传声器所用的最小时间间隔ΔT，若以L表示导线到传声器的最小距离，c为声波传播速度，则ΔT＝L/c，令t＝t1+ΔT。
(4)取可听噪声脉冲的幅值的阈值(阈值的选取原则为：噪声脉冲最小峰值的0.5倍，且要和背景噪声引起的声压信号区分开)，在记录的可听噪声时域波形中判断[t-td，t+td]区间内是否存在可听噪声脉冲，(td取为可听噪声脉冲的持续时间，一般设置为150-180μs，在可听噪声脉冲较为密集，背景噪声较大时，可以适当取小些)。如果存在可听噪声脉冲，则记录下此时脉冲存在的时刻，提取出[t-td，t+td]区间内可听噪声波形；若在[t-td，t+td]区间内不存在可听噪声脉冲，则令t＝t1+ΔT+Δt，根据噪声脉冲阈值再去判断是否存在可听噪声脉冲，直到寻找到第一个噪声脉冲为止。
(5)令t＝t+TI j，提取[t-td，t+td]区间内，直到j≤m-1未知，对比可听噪声脉冲测量波形和所提取的噪声脉冲波形，若提取的噪声脉冲不正确，则令t＝t1+ΔT+Δt，调整阈值从步骤(3)开始重新寻找噪声脉冲波形，直至正确为止。
(6)将可听噪声测量波形中的无脉冲区间的信号置零，剔除无放电可听噪声脉冲时的背景噪声影响；
(7)根据声压脉冲的性质，单个声压脉冲对时间的积分值为0，即：对提取的每个噪声脉冲进行积分，得到的积分值即为背景噪声在该脉冲区间引起的偏置信号，在相应噪声脉冲区间减去偏置值，即可剔除背景噪声所引起的偏置。
至此，电晕放电产生的可听噪声的测量波形中的背景噪声已被剔除，所剔除的背景噪声反映的是放电时的背景噪声的变化及影响，剔除背景噪声后的波形可以真实反映出放电所产生的可听噪声的特性。图3给出了导线场强较小，可听噪声脉冲不太密集时剔除背景噪声后的波形，图5中给出了导线场强较大，可听噪声密集时剔除背景噪声后的波形。从结果上看出，背景噪声的影响已有效被剔除，可以为进一步分析电晕放电可听噪声的准确特性奠定数据基础。
因此，本发明公开了一种导线电晕放电可听噪声处理方法，包括步骤：
A、同时采集电晕放电可听噪声与电晕电流的时域波形；
B、根据采集得到的电晕电流的波形，获得电晕电流脉冲所在的时刻，并获得电晕电流脉冲的时间间隔；
C、确定第一个电晕电流脉冲所对应的可听噪声脉冲；
D、根据电晕电流脉冲和可听噪声脉冲的一一对应关系，获得所有可听噪声脉冲所在时刻；
E、去除所述可听噪声波形中无脉冲区间声压信号及噪声脉冲偏置信号。
其中，采集电晕放电可听噪声与电晕电流的时域波形的采样率为200MS/s。
另外，步骤C包括：
C1、取出第一个电晕电流冒充所在的时刻t1，计算出声波从导线表面传播到传声器所用的最小时间间隔ΔT，令t＝t1+ΔT；
C2、根据可听噪声脉冲的幅值的阈值，在记录的可听噪声时域波形中判断[t-td，t+td]区间内是否存在可听噪声脉冲，如果存在可听噪声脉冲，则记录下此时脉冲存在的时刻，提取出[t-td，t+td]区间内可听噪声波形；若在[t-td，t+td]区间内不存在可听噪声脉冲，则令t＝t1+ΔT+Δt，根据噪声脉冲阈值再去判断是否存在可听噪声脉冲，直到寻找到第一个噪声脉冲为止，其中td取为可听噪声脉冲的持续时间，Δt为0.5td。
所述可听噪声脉冲的幅值的阈值为噪声脉冲最小峰值的0.5倍。
而且所述可听噪声脉冲的持续时间为150-180μs。
步骤E中，去除噪声脉冲偏置信号包括：提取的每个可听噪声脉冲进行积分，得到的积分值即为背景噪声在该脉冲区间引起的偏置信号，在相应可听噪声脉冲区间减去偏置值，即可去除噪声脉冲偏置信号。
需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种导线电晕放电可听噪声处理方法，包括步骤：
A、同时采集电晕放电可听噪声与电晕电流的时域波形；
B、根据采集得到的电晕电流的波形，获得电晕电流脉冲所在的时刻，并获得电晕电流脉冲的时间间隔；
C、确定第一个电晕电流脉冲所对应的可听噪声脉冲；
D、根据电晕电流脉冲和可听噪声脉冲的一一对应关系，获得所有可听噪声脉冲所在时刻；
E、去除所述可听噪声波形中无脉冲区间声压信号及噪声脉冲偏置信号。
2.根据权利要求1中所述的导线电晕放电可听噪声处理方法，其特征在于，采集电晕放电可听噪声与电晕电流的时域波形的采样率为200MS/s。
3.根据权利要求1中所述的导线电晕放电可听噪声处理方法，其特征在于，步骤C包括：
C1、取出第一个电晕电流脉冲所在的时刻t1，计算出声波从导线表面传播到传声器所用的最小时间间隔ΔT，令t＝t1+ΔT；
C2、根据可听噪声脉冲的幅值的阈值，在记录的可听噪声时域波形中判断[t-td，t+td]区间内是否存在可听噪声脉冲，如果存在可听噪声脉冲，则记录下此时脉冲存在的时刻，提取出[t-td，t+td]区间内可听噪声波形；若在[t-td，t+td]区间内不存在可听噪声脉冲，则令t＝t1+ΔT+Δt，根据噪声脉冲阈值再去判断是否存在可听噪声脉冲，直到寻找到第一个噪声脉冲为止，其中td取为可听噪声脉冲的持续时间，Δt为0.5td。
4.根据权利要求3中所述的导线电晕放电可听噪声处理方法，其特征在于，所述可听噪声脉冲的幅值的阈值为噪声脉冲最小峰值的0.5倍。
5.根据权利要求3中所述的导线电晕放电可听噪声处理方法，其特征在于，所述可听噪声脉冲的持续时间为150-180μs。
6.根据权利要求1中所述的导线电晕放电可听噪声处理方法，其特征在于，步骤E中，去除噪声脉冲偏置信号包括：对提取的每个可听噪声脉冲进行积分，得到的积分值即为背景噪声在该脉冲区间引起的偏置信号，在相应可听噪声脉冲区间减去偏置值，即可去除噪声脉冲偏置信号。
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