CN112698170A - 基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，包括特高频局部放电检测装置，至少包含两个采集通道，分别为检测通道和参考通道，检测通道接收局部放电信号脉冲，参考通道接收噪声干扰信号脉冲；应用该装置对检测通道与参考通道采集的脉冲信号进行相似度判定，满足条件的进一步根据设定的阈值条件判断，满足阈值条件的脉冲滤除，不满足阈值条件的脉冲保留；最后综合相似度判定结果和阈值条件判定结果，生成新的检测图谱。基于时域波形的特高频局部放电脉冲的对比分析，对于测试现场广泛存在的白噪声干扰滤除、位置已知的局部放电干扰，均具有良好的效果。可以有效降低噪声干扰脉冲的采集，提高局部放电检测装置的灵敏度。

Description

基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法

技术领域

本发明属于高压设备局部放电检测领域，具体涉及一种基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法。

背景技术

特高频局部放电检测技术广泛应用在电力设备的局部放电检测中，被测设备包括GIS、变压器、开关柜、电缆终端接头等高压设备。特高频局部放电检测技术的原理为每一次局部放电过程都伴随着正负电荷的中和，并出现陡度很大的电流脉冲，同时向周围辐射电磁波。当放电间隙比较小、放电间隙的绝缘强度比较高时，放电过程的时间比较短，电流脉冲的陡度比较大，可激励起数GHz的特高频电磁波脉冲。特高频局部放电检测是通过特高频传感器测量局部放电所激励的特高频脉冲，实现局部放电的测量和定位。常用的特高频检测频带范围为300MHz～1500MHz。

实际在现场应用中发现，特高频检测易受现场电磁波脉冲信号的干扰，这些干扰包括手机信号干扰，雷达干扰，灯光干扰，马达干扰，环境白噪声以及电力设备本身发出的强电磁脉冲干扰等。这些干扰对检测结果造成了误差，大大影响了检测灵敏度和检测效果。

目前主流的抗干扰方法基本采用的是窄带滤波方法，比如采用高通滤波器，低通滤波器或带阻滤波器，对一些特定频率的干扰进行滤除，取得了良好的效果，但是也存在一定的问题。

一、牺牲了检测装置的部分检测带宽，同样也会导致这一部分频带内局部放电信号的丢失。

二、对于测试现场广泛存在的白噪声干扰，抗干扰效果大打折扣。

三、对于远处架空线上或其他位置真实发生的局部放电干扰，滤波效果也比较差。

还有一些抗干扰方法是通过物理手段进行的。比如采用屏蔽带对传感器周围裸露的绝缘部件进行包裹，减少绝缘裸露面积，降低外部干扰信号进入被测设备内部从而被传感器采集到的可能性。或者根据特高频传感器具有方向性的特点，通过调整传感器的开口方向，背向干扰源从而达到干扰降低的目的。但是这些方法不能滤除干扰脉冲，仅可降低干扰对检测结果的影响，效果一般。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，解决了现有技术中局部放电检测灵敏度和检测效果达不到预期效果的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，包括特高频局部放电检测装置，至少包含两个采集通道，分别为检测通道和参考通道，检测通道接收局部放电信号脉冲，参考通道接收噪声干扰信号脉冲；应用该装置对检测通道与参考通道采集的脉冲信号进行相似度判定，满足条件的进一步根据设定的阈值条件判断，满足阈值条件的脉冲滤除，不满足阈值条件的脉冲保留；最后综合相似度判定结果和阈值条件判定结果，生成新的检测图谱。

每个采集通道的时标必须一致，且信号采样率应该足够大，满足局部放电脉冲时域波形的采集要求。

所有采集通道的时标一致，信号采集开窗时间一致，对每个通道采集的同一时刻的时域波形进行相似度对比分析。

检测通道连接局部放电信号采集传感器，该传感器靠近或紧贴在被测高压设备上；参考通道连接噪声干扰信号采集传感器，该传感器安装在远离被测高压设备的位置。

相比较未滤波前的检测图谱，新的检测图谱不包含环境噪声干扰信号。

应用相似度分析算法判定相似度，在时域波形的上升沿、半波长、全波长和起伏度四个维度进行分析比较，相似度S的计算公式如下：

S＝|TRa-TRb|*K1+|THa-THb|*K2+|TFa-TFb|*K3+|Ma-Mb|*K4

其中TRa、THa、TFa、Ma分别为检测通道时域波形的上升沿、半波长、全波长和起伏度，TRb、THb、TFb、Mb分别为参考通道时域波形的上升沿、半波长、全波长和起伏度，K1、K2、K3、K4分别为权重因子；

相似度判定如下：

当S≥1时，说明检测通道与参考通道同一时刻采集到的两个脉冲信号差异较大，来自于不同信号源的可能性较大，脉冲保留；

当S＜1时，说明两个脉冲信号差异较小，时域波形相似度较高，来自于同一信号源的可能性较大，需要进一步根据阈值条件判定，是否滤除。

对于时域波形相似度较高的脉冲信号，进一步根据设定的阈值条件进行判断，其中满足阈值条件的滤除，不满足阈值条件的保留；阈值条件可以根据现场实际进行调整，可调整的参数分别为幅值比例和时差范围。

所述的幅值比例为不同采集通道时域波形的最大幅值的比值，所述的时差范围为不同采集通道时域波形的波头位置的绝对时间的差值，根据幅值和时差的侧重点不同，可以分为幅值比较法和时差比较法。

所述幅值比较法阈值条件判定过程如下：

当参考通道脉冲幅值与检测通道脉冲幅值的比值大于或等于设定的幅值比例，且参考通道脉冲到达时间与检测通道脉冲到达时间的差值绝对值小于或等于设定的时差范围时，滤除局部放电检测通道的脉冲，反之，则保留该脉冲。

所述时差比较法阈值条件判定过程如下：

当参考通道脉冲幅值与检测通道脉冲幅值的比值大于或等于设定的幅值比例，且参考通道脉冲先于检测通道脉冲达到，且到达时间的差值大于或等于设定的时差范围时，滤除局部放电检测通道的脉冲，反之，则保留该脉冲。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、基于时域波形的特高频局部放电脉冲的对比分析，对于测试现场广泛存在的白噪声干扰滤除具有良好的效果。

2、对于位置已知的局部放电干扰，也具有非常好的效果。

3、可以有效降低噪声干扰脉冲的采集，提高局部放电检测装置的灵敏度。

附图说明

图1为本发明基于时域滤波的特高频局部放电检测抗干扰方法流程图。

图2为本发明时域波形相似度参数定义示意图。

图3为本发明双通道特高频局部放电检测原理示意图。

图4为本发明时域波形幅值比较法滤波流程示意图。

图5为本发明时域波形时差比较法滤波流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构及工作过程作进一步说明。

本方案公开了一种基于时域波形的特高频局部放电抗干扰方法，可应用于特高频局部放电检测装置，有效提升检测装置的检测灵敏度和检测效果。

基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，包括特高频局部放电检测装置，至少包含两个采集通道，分别为检测通道和参考通道，检测通道接收局部放电信号脉冲，参考通道接收噪声干扰信号脉冲；应用该装置对检测通道与参考通道采集的脉冲信号进行相似度判定，满足条件的进一步根据设定的阈值条件判断，满足阈值条件的脉冲滤除，不满足阈值条件的脉冲保留；最后综合相似度判定结果和阈值条件判定结果，生成新的检测图谱。

具体实施例，如图1至图5所示，

该实施例基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，包括特高频局部放电检测装置，至少包含两个采集通道，分别为检测通道和参考通道，其中，检测通道通过特高频电缆与传感器A相连，传感器A为局部放电信号采集传感器，靠近或贴在被测高压设备非连续金属屏蔽处。当高压设备内部因绝缘存在缺陷产生的局部放电时，放电信号将以电磁波的方式向外传播。金属对电磁波信号具有屏蔽效果，因此只能通过非金属连续屏蔽的位置向外辐射传播。

参考通道通过特高频电缆与传感器B相连，传感器B为噪声干扰信号采集传感器，远离被测高压设备，通常放置在地面上，采集空间中广泛存在的电磁波干扰信号。

传感器A与传感器B之间的距离为D，通过移动传感器B的位置，可以调节传感器之间的间距D。

在实际操作中，传感器间距D不能过小，这是因为根据电磁波传播衰减规律，距离越近，局部放电脉冲相似度越高，同时两者之间的时差越小，容易把真实局部放电脉冲当成干扰滤除。同时传感器间距D也不能过大，当距离过大，两传感器采集的干扰脉冲差异过大，脉冲相似度不能满足条件，将会把噪声当成真实局部放电脉冲保留。传感器间距D以1米至5米为宜。

当被测高压设备内部发生局部放电时，产生的局部放电脉冲将以电磁波的方式沿着非连续金属屏蔽处向高压设备外部传播。因此，局部放电脉冲将首先被传感器A接收，然后才被传感器B接收；而电磁波干扰脉冲在被测设备周围环境中广泛存在着，这些干扰脉冲可以透过被测高压设备非连续金属屏蔽处，被传感器A接收，也可以直接被传感器B接收。在干扰源方位不知道的情况下，脉冲可能先被传感器A收到，也可能先被传感器B收到。

用户主要通过检测通道的PRPD图谱或PRPS图谱来判断被测设备内部是否存在局部放电。

每个采集通道的时标必须一致，误差不超过10ps，且信号采样率应该足够大，满足局部放电脉冲时域波形的采集要求。

每个采集通道的信号采集开窗时间一致，对每个通道采集的同一时刻的时域波形进行相似度对比分析。

传感器和检测装置之间采用特高频电缆相连，每个通道连接的特高频电缆型号一致，长度相等。

特高频局部放电抗干扰方法如下：检测通道采集的脉冲时域波形与参考通道采集的同一时刻脉冲时域波形进行比较分析，判断两个脉冲波形的相似度。相似度分析维度包括上升沿、半波长、全波长和起伏度四个参数，参数定义见图2。

在时域波形的上升沿、半波长、全波长和起伏度四个维度进行分析比较，相似度S的计算公式如下：

S＝|TRa-TRb|*K1+|THa-THb|*K2+|TFa-TFb|*K3+|Ma-Mb|*K4

其中，TRa、THa、TFa、Ma分别为检测通道时域波形的上升沿、半波长、全波长和起伏度，TRb、THb、TFb、Mb分别为参考通道时域波形的上升沿、半波长、全波长和起伏度，K1、K2、K3、K4分别为权重因子；

相似度判定如下：

当S≥1时，说明检测通道与参考通道同一时刻采集到的两个脉冲信号差异较大，来自于不同信号源的可能性较大，脉冲保留；

当S＜1时，说明两个脉冲信号差异较小，时域波形相似度较高，来自于同一信号源的可能性较大，需要进一步根据阈值条件判定，是否滤除。

对于时域波形相似度较高的脉冲信号，进一步根据设定的阈值条件进行判断，其中满足阈值条件的滤除，不满足阈值条件的保留；阈值条件可以根据现场实际进行调整，可调整的参数分别为幅值比例和时差范围。

所述的幅值比例为不同采集通道时域波形的最大幅值的比值，所述的时差范围为不同采集通道时域波形的波头位置的绝对时间的差值，根据幅值和时差的侧重点不同，可以分为幅值比较法和时差比较法。

所述幅值比较法阈值条件判定过程如下：

当参考通道脉冲幅值与检测通道脉冲幅值的比值大于或等于设定的幅值比例，且参考通道脉冲到达时间与检测通道脉冲到达时间的差值绝对值小于或等于设定的时差范围时，滤除局部放电检测通道的脉冲，反之，则保留该脉冲。

所述时差比较法阈值条件判定过程如下：

当参考通道脉冲幅值与检测通道脉冲幅值的比值大于或等于设定的幅值比例，且参考通道脉冲先于检测通道脉冲达到，且到达时间的差值大于或等于设定的时差范围时，滤除局部放电检测通道的脉冲，反之，则保留该脉冲。

以下通过具体实例对该方法进行说明。

实施例一：

当检测通道脉冲和参考通道脉冲相似度满足条件时，进一步根据设定的阈值条件判断。图4为根据幅值比较法进行滤波的方法，其中Ch1为检测通道脉冲，Ch2为参考通道脉冲。

图4左侧图为阈值条件设置示意图，幅值设置为70％，时差设置为100ns，V为当前Ch1的最大幅值；若参考通道检测到的Ch2脉冲，幅值大于或等于Ch1脉冲的70％，且与Ch1到达时差绝对值小于或等于100ns时，Ch1脉冲将被当做噪声滤除，如图4中间所示；若Ch2脉冲与Ch1脉冲对比，不满足幅值条件或时差范围的任何一项，脉冲将当做局部放电脉冲做保留，如图4右侧图所示。

实施例二：

当检测通道脉冲和参考通道脉冲相似度满足条件时，进一步根据设定的阈值条件判断。图5为根据时间先后到达比较法进行滤波的方法，其中Ch1为检测通道脉冲，Ch2为参考通道脉冲。

图5左侧图为阈值条件设置示意图，超前时差设置为2ns，幅值设置为50％，V为当前Ch1的最大幅值；若参考通道检测到的Ch2脉冲，幅值大于或等于Ch1脉冲的50％，且超前Ch1到达时差大于或等于2ns时，Ch1脉冲将被当做噪声滤除，如图5中间图所示；若Ch2脉冲与Ch1脉冲对比，不满足幅值条件或超前时差范围的任何一项，脉冲将当做局部放电脉冲做保留，如图5右侧图所示。

相比较未滤波前的检测图谱，新的检测图谱不包含环境噪声干扰信号。

通过参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，其特征在于：包括特高频局部放电检测装置，至少包含两个采集通道，分别为检测通道和参考通道，检测通道接收局部放电信号脉冲，参考通道接收噪声干扰信号脉冲；应用该装置对检测通道与参考通道采集的脉冲信号进行相似度判定，满足条件的进一步根据设定的阈值条件判断，满足阈值条件的脉冲滤除，不满足阈值条件的脉冲保留；最后综合相似度判定结果和阈值条件判定结果，生成新的检测图谱。

2.根据权利要求1所述的基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，其特征在于：每个采集通道的时标必须一致，且信号采样率应该足够大，满足局部放电脉冲时域波形的采集要求。

3.根据权利要求1所述的基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，其特征在于：所有采集通道的时标一致，信号采集开窗时间一致，对每个通道采集的同一时刻的时域波形进行相似度对比分析。

4.根据权利要求1所述的基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，其特征在于：检测通道连接局部放电信号采集传感器，该传感器靠近或紧贴在被测高压设备上；参考通道连接噪声干扰信号采集传感器，该传感器安装在远离被测高压设备的位置。

5.根据权利要求1所述的基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，其特征在于：相比较未滤波前的检测图谱，新的检测图谱不包含环境噪声干扰信号。

6.根据权利要求1所述的基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，其特征在于：应用相似度分析算法判定相似度，在时域波形的上升沿、半波长、全波长和起伏度四个维度进行分析比较，相似度S的计算公式如下：

S＝|TRa-TRb|*K1+|THa-THb|*K2+|TFa-TFb|*K3+|Ma-Mb|*K4

其中TRa、THa、TFa、Ma分别为检测通道时域波形的上升沿、半波长、全波长和起伏度，TRb、THb、TFb、Mb分别为参考通道时域波形的上升沿、半波长、全波长和起伏度，K1、K2、K3、K4分别为权重因子；

相似度判定如下：

当S≥1时，说明检测通道与参考通道同一时刻采集到的两个脉冲信号差异较大，来自于不同信号源的可能性较大，脉冲保留；

当S＜1时，说明两个脉冲信号差异较小，时域波形相似度较高，来自于同一信号源的可能性较大，需要进一步根据阈值条件判定，是否滤除。

7.根据权利要求6所述的基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，其特征在于：对于时域波形相似度较高的脉冲信号，进一步根据设定的阈值条件进行判断，其中满足阈值条件的滤除，不满足阈值条件的保留；阈值条件可以根据现场实际进行调整，可调整的参数分别为幅值比例和时差范围。

8.根据权利要求7所述的基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，其特征在于：所述的幅值比例为不同采集通道时域波形的最大幅值的比值，所述的时差范围为不同采集通道时域波形的波头位置的绝对时间的差值，根据幅值和时差的侧重点不同，可以分为幅值比较法和时差比较法。

9.根据权利要求8所述的基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，其特征在于：所述幅值比较法阈值条件判定过程如下：

当参考通道脉冲幅值与检测通道脉冲幅值的比值大于或等于设定的幅值比例，且参考通道脉冲到达时间与检测通道脉冲到达时间的差值绝对值小于或等于设定的时差范围时，滤除局部放电检测通道的脉冲，反之，则保留该脉冲。

10.根据权利要求8所述的基于时域波形的特高频局部放电检测抗干扰方法，其特征在于：所述时差比较法阈值条件判定过程如下：

当参考通道脉冲幅值与检测通道脉冲幅值的比值大于或等于设定的幅值比例，且参考通道脉冲先于检测通道脉冲达到，且到达时间的差值大于或等于设定的时差范围时，滤除局部放电检测通道的脉冲，反之，则保留该脉冲。

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