[發(fā)明專利]一種基于譜峭度的局部放電信號(hào)識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110130129.0
• 申請(qǐng)日: 2011-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102323518A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志剛;陳剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/12
• 分類號(hào): G01R31/12
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大型電力設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)，尤其是設(shè)備早期絕緣故障診斷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電壓等級(jí)越來(lái)越高，對(duì)大型電力設(shè)備的絕緣性能要求也越來(lái)越高。局部放電會(huì)逐漸腐蝕、損壞絕緣材料，使放電區(qū)域不斷擴(kuò)大，最終導(dǎo)致整個(gè)絕緣體擊穿。電力設(shè)備內(nèi)部早期故障產(chǎn)生的局部放電信號(hào)很微弱，而且現(xiàn)場(chǎng)存在著強(qiáng)烈的電磁干擾，局部放電信號(hào)往往被淹沒(méi)在噪聲中，對(duì)局部放電信號(hào)的檢測(cè)和提取產(chǎn)生直接影響。因此研究強(qiáng)噪聲背景下的局部放電信號(hào)提取，對(duì)大型電力設(shè)備早期絕緣故障診斷有很重要的意義。

目前研究局部放電信號(hào)提取識(shí)別的方法有小波方法，HHT(Hilbert-Huang?Transform)方法、自適應(yīng)濾波法等，它們對(duì)局部放電信號(hào)的處理都能達(dá)到一定的效果，但是也都存在各自的問(wèn)題。如小波的多分辨率特性能將信號(hào)在不同尺度下進(jìn)行多分辨分解，在處理局放這類非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)能取得較好的效果，但是由于小波變換是基于波形匹配原則的，小波變換的基函數(shù)的選取和最佳小波分層數(shù)的確定都存在問(wèn)題，所以不能保證最優(yōu)的分解效果；HHT方法可以分析非線性、非平穩(wěn)的信號(hào)，具有良好的局部適應(yīng)性，但這種方法不可避免的產(chǎn)生虛假分量，存在端點(diǎn)效應(yīng)和模態(tài)混疊，且各分量的物理意義不是很明確。自適應(yīng)濾波算法無(wú)需預(yù)先知道干擾的頻率，能夠自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，對(duì)周期性干擾抑制效果好，但是在局部放電在線監(jiān)測(cè)中往往同時(shí)受到多種窄帶干擾的影響且干擾的頻率范圍差別很大，這使自適應(yīng)濾波算法參數(shù)選擇變得非常困難，影響其實(shí)際應(yīng)用。

譜峭度屬于高階統(tǒng)計(jì)量的范疇，是一個(gè)四階累積量，理論上能夠完全抑制高斯噪聲，表征信號(hào)中的非平穩(wěn)和非高斯信號(hào)，并且能夠確定其在頻帶上的位置。譜峭度方法憑借其良好的統(tǒng)計(jì)特性已經(jīng)在機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷如齒輪故障診斷、軸承早期故障診斷中得到廣泛應(yīng)用，并取得了很好的成果。為譜峭度方法用于電力系統(tǒng)局部放電信號(hào)識(shí)別中提供了很好的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用實(shí)例。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于譜峭度的局部放電信號(hào)識(shí)別方法。該方法不用預(yù)先知道含噪局部放電信號(hào)的信噪比，能夠設(shè)計(jì)出自適應(yīng)最優(yōu)帶通濾波器，對(duì)噪聲抑制能力強(qiáng)，算法識(shí)別精度高。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于譜峭度的局部放電信號(hào)識(shí)別方法，其具體作法是：

一種基于譜峭度的局部放電信號(hào)識(shí)別方法，通過(guò)識(shí)別局部放電信號(hào)實(shí)現(xiàn)大型電力設(shè)備運(yùn)行早期絕緣故障診斷，包括以下步驟：

A、估計(jì)局部放電信號(hào)的譜峭度

采用短時(shí)傅里葉變換(Short-time?Fourier?Transform)的方法實(shí)現(xiàn)峭度譜的估計(jì)，首先確定一個(gè)一定時(shí)間長(zhǎng)度的窗口，并且在時(shí)間窗口內(nèi)對(duì)含噪信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換獲得其頻譜，然后沿時(shí)間軸移動(dòng)時(shí)間窗口，得到不同時(shí)段的頻譜特性，最后，對(duì)不同頻帶的譜統(tǒng)計(jì)其峭度，得到的結(jié)果即為譜峭度的估計(jì)；將局部放電信號(hào)Y(m)進(jìn)行短時(shí)傅立葉變換得到Y(jié)_w(u，f)，求Y_w(u，f)的2n階譜矩根據(jù)譜峭度的定義，求出Y(m)的譜峭度為

B、設(shè)計(jì)自適應(yīng)最優(yōu)帶通濾波器

設(shè)置一個(gè)閾值為σ來(lái)限定譜峭度K_z(f)的值，小于σ可以認(rèn)為是噪聲信號(hào)，在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)將其直接濾除；；設(shè)計(jì)出的濾波器為不必知道信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)就可以進(jìn)行最優(yōu)濾波的一個(gè)完全由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)濾波器；

C、小波平滑去噪

選用與局放信號(hào)波形匹配較好的db8小波進(jìn)行分解，將經(jīng)過(guò)自適應(yīng)最優(yōu)Wiener帶通濾波器處理后的局放信號(hào)，進(jìn)行2-3層小波分解，采用軟閾值去噪方法就將局放信號(hào)提取出來(lái)。

A、估計(jì)局部放電信號(hào)的譜峭度

采用短時(shí)傅里葉變換(Short-time?Fourier?Transform)的方法實(shí)現(xiàn)峭度譜的估計(jì)。該方法主要原理是首先確定一個(gè)一定時(shí)間長(zhǎng)度的窗口，并且在時(shí)間窗口內(nèi)對(duì)含噪信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換獲得其頻譜，然后沿時(shí)間軸移動(dòng)時(shí)間窗口，可以得到不同時(shí)段的頻譜特性。最后，對(duì)不同頻帶的譜統(tǒng)計(jì)其峭度，得到的結(jié)果即為譜峭度的估計(jì)。將局部放電信號(hào)Y(m)進(jìn)行短時(shí)傅立葉變換得到Y(jié)_w(u，f)，求Y_w(u，f)的2n階譜矩根據(jù)譜峭度的定義，可以求出Y(m)的譜峭度為

B、設(shè)計(jì)自適應(yīng)最優(yōu)帶通濾波器