[發明專利]一種基于譜峭度的局部放電信號識別方法

有效

• 申請號: 201110130129.0
• 申請日: 2011-05-19
• 公開（公告）號: CN102323518A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 劉志剛;陳剛
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及大型電力設備運行監測，尤其是設備早期絕緣故障診斷技術領域。

背景技術

隨著電力系統的不斷發展，電壓等級越來越高，對大型電力設備的絕緣性能要求也越來越高。局部放電會逐漸腐蝕、損壞絕緣材料，使放電區域不斷擴大，最終導致整個絕緣體擊穿。電力設備內部早期故障產生的局部放電信號很微弱，而且現場存在著強烈的電磁干擾，局部放電信號往往被淹沒在噪聲中，對局部放電信號的檢測和提取產生直接影響。因此研究強噪聲背景下的局部放電信號提取，對大型電力設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提取識別的方法有小波方法，HHT(Hilbert-Huang?Transform)方法、自適應濾波法等，它們對局部放電信號的處理都能達到一定的效果，但是也都存在各自的問題。如小波的多分辨率特性能將信號在不同尺度下進行多分辨分解，在處理局放這類非平穩信號時能取得較好的效果，但是由于小波變換是基于波形匹配原則的，小波變換的基函數的選取和最佳小波分層數的確定都存在問題，所以不能保證最優的分解效果；HHT方法可以分析非線性、非平穩的信號，具有良好的局部適應性，但這種方法不可避免的產生虛假分量，存在端點效應和模態混疊，且各分量的物理意義不是很明確。自適應濾波算法無需預先知道干擾的頻率，能夠自動調整參數，對周期性干擾抑制效果好，但是在局部放電在線監測中往往同時受到多種窄帶干擾的影響且干擾的頻率范圍差別很大，這使自適應濾波算法參數選擇變得非常困難，影響其實際應用。

譜峭度屬于高階統計量的范疇，是一個四階累積量，理論上能夠完全抑制高斯噪聲，表征信號中的非平穩和非高斯信號，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計特性已經在機械振動系統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用，并取得了很好的成果。為譜峭度方法用于電力系統局部放電信號識別中提供了很好的理論基礎和應用實例。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于譜峭度的局部放電信號識別方法。該方法不用預先知道含噪局部放電信號的信噪比，能夠設計出自適應最優帶通濾波器，對噪聲抑制能力強，算法識別精度高。

本發明實現其發明目的所采用的技術方案是：一種基于譜峭度的局部放電信號識別方法，其具體作法是：

一種基于譜峭度的局部放電信號識別方法，通過識別局部放電信號實現大型電力設備運行早期絕緣故障診斷，包括以下步驟：

A、估計局部放電信號的譜峭度

采用短時傅里葉變換(Short-time?Fourier?Transform)的方法實現峭度譜的估計，首先確定一個一定時間長度的窗口，并且在時間窗口內對含噪信號進行傅里葉變換獲得其頻譜，然后沿時間軸移動時間窗口，得到不同時段的頻譜特性，最后，對不同頻帶的譜統計其峭度，得到的結果即為譜峭度的估計；將局部放電信號Y(m)進行短時傅立葉變換得到Y_w(u，f)，求Y_w(u，f)的2n階譜矩根據譜峭度的定義，求出Y(m)的譜峭度為

B、設計自適應最優帶通濾波器

設置一個閾值為σ來限定譜峭度K_z(f)的值，小于σ可以認為是噪聲信號，在設計濾波器時將其直接濾除；；設計出的濾波器為不必知道信號的先驗知識就可以進行最優濾波的一個完全由數據驅動的自適應濾波器；

C、小波平滑去噪

選用與局放信號波形匹配較好的db8小波進行分解，將經過自適應最優Wiener帶通濾波器處理后的局放信號，進行2-3層小波分解，采用軟閾值去噪方法就將局放信號提取出來。

A、估計局部放電信號的譜峭度

采用短時傅里葉變換(Short-time?Fourier?Transform)的方法實現峭度譜的估計。該方法主要原理是首先確定一個一定時間長度的窗口，并且在時間窗口內對含噪信號進行傅里葉變換獲得其頻譜，然后沿時間軸移動時間窗口，可以得到不同時段的頻譜特性。最后，對不同頻帶的譜統計其峭度，得到的結果即為譜峭度的估計。將局部放電信號Y(m)進行短時傅立葉變換得到Y_w(u，f)，求Y_w(u，f)的2n階譜矩根據譜峭度的定義，可以求出Y(m)的譜峭度為

B、設計自適應最優帶通濾波器