[發(fā)明專利]一種基于超聲信號包絡譜的GIS局部放電特征提取方法

在審

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• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN110231548A
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設計）人: 高強;劉愛民;孔劍虹;李曉明;劉齊;郭占男;潘加玉;原峰;鐘丹田;王茂軍;洪鶴;李勝川;趙東旭;陳瑞國;韓月;吳靜;范維;潘豐厚;代繼成;李在林;錢勇;秦雪;許永鵬;姚維佳
• 申請（專利權）人: 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院;沈陽展威電力科技有限公司;國家電網(wǎng)有限公司;上海交通大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 遼寧沈陽國興知識產權代理有限公司 21100
• 代理人: 何學軍;侯景明

1.一種基于超聲信號包絡譜的GIS局部放電特征提取方法，其特征是：包括下述步驟：

步驟1：設計三種GIS典型絕緣缺陷，采集局部放電超聲信號；

步驟2：利用FIR帶通濾波器對局放超聲信號進行濾波處理；

步驟3：利用Hilbert變換對濾波后的局放超聲信號進行包絡提取；

步驟4：對信號包絡進行工頻相關性及相位模式分析，得到不同缺陷類型的測量特征。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于超聲信號包絡譜的GIS局部放電特征提取方法，其特征是：所述FIR為Finite Impulse Response即有限長單位沖激響應濾波器；所述Hilbert為希爾伯特變換，即一種由數(shù)學家希爾伯特提出的信號處理算法。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于超聲信號包絡譜的GIS局部放電特征提取方法，其特征是：所述步驟1：設計三種GIS典型絕緣缺陷，采集局部放電超聲信號的具體方法包括：

首先，三種GIS典型絕緣缺陷的制作過程為：

(1)制作GIS高壓導體金屬針尖模型時，用鋁制金屬材料制成高壓導體尖端，兩電極間相距選取在15mm到20mm之間，模擬GIS中的電暈放電；

(2)制作懸浮電極模型時，用環(huán)氧樹脂制成一圓柱，在其中放置一片金屬，圓柱的上下表面分別施加以高壓與接地，則環(huán)氧樹脂中的金屬可近似看作一懸浮電極，模擬GIS中的懸浮放電；

(3)制作自由金屬微粒模型時，在上下電極之間放置一顆金屬小球以模擬自由金屬微粒放電。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于超聲信號包絡譜的GIS局部放電特征提取方法，其特征是：所述步驟2：利用FIR帶通濾波器對局放超聲信號進行濾波處理，是用220V的電源經過自耦變壓器T1和升壓變壓器T2后得到高壓環(huán)境，通過限流阻抗Z和耦合電容連接到GIS試驗腔體；超聲傳感器置于GIS試驗腔體的外側，用于采集局部放電時的原始超聲信號，該信號經濾波放大器放大后傳輸至示波器；依次將三個絕緣缺陷模型放置在GIS試驗腔體中，并在絕緣缺陷模型內充以0.4MPa的SF6氣體，加壓直至產生穩(wěn)定的放電信號。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于超聲信號包絡譜的GIS局部放電特征提取方法，其特征是：所述步驟2：利用FIR帶通濾波器對局放超聲信號進行濾波處理的具體方法包括：

利用FIR濾波具有的線性相移性質，對數(shù)據(jù)作500階FIR數(shù)字帶通濾波，去除數(shù)據(jù)的高次諧波干擾和工頻干擾、提高信噪比；采用窗函數(shù)法來實現(xiàn)濾波器的設計，包含以下步驟:

a.給定濾波器所要求的頻率響應函數(shù)：

設線性相位濾波器的群延遲為τ，則FIR濾波器的理想頻率響應為：

上式(1)中：H是頻率響應函數(shù)，下標d代表無限長序列，e是自然常數(shù)，j是復數(shù)的虛部單位，w表示頻率自變量，τ為群延遲；

b.求濾波器單位沖激響應，即傅氏反變換：

上式(2)中：h是單位沖激響應函數(shù)，下標d代表無限長序列，n是濾波器的序列自變量，H是頻率響應函數(shù)，e是自然常數(shù)，j是復數(shù)的虛部單位，w表示頻率，τ為群延遲；

c.由過渡帶寬及阻帶衰堿的要求，通過查表選定窗函數(shù)的形狀，并計算濾波器階次；

d.求出FIR濾波器的單位沖激響應；

上式(3)中：h是單位沖激響應函數(shù)，下標d代表無限長序列，無下標d代表有限長序列，n是濾波器的序列自變量，ω(n)表示有限長度的窗函數(shù)，e是自然常數(shù)，j是復數(shù)的虛部單位，w表示頻率，τ為群延遲；

e.求濾波器的頻率響應，即傅氏變換；

上式(4)中：H是頻率響應函數(shù)，e是自然常數(shù)，j是復數(shù)的虛部單位，w表示頻率，下標d代表無限長序列，無下標d代表有限長序列，θ是頻率延遲；

f.檢驗是否滿足設計要求，如不滿足，則需重新設計；

最終，F(xiàn)IR濾波器的傳遞函數(shù)寫成：

上式(5)中：H是濾波器傳遞函數(shù)，z表示離散的自變量，Y為濾波器輸出離散信號，X為濾波器輸入離散信號，b代表各項系數(shù)，n代表階數(shù)。