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基于UHF的GIS局部放电技术中的抗干扰措施

发布时间:2020-10-02 14:29:15人气:

GIS
因为存在各种种类的干扰,干扰所表现出来的特征差异较大。所以单纯使用一种方法抑制所有干扰是不太现实的,在不同的干扰源情况下,为达到一致干扰的效果,必须得综合采用互相配合的各种措施。而在抗干扰措施中主要有3种处理方法:1)消除干扰本身;2)切断干扰传播路径;3)干扰的后处理。

目前存在的抗干扰技术中,通过总结归纳,基于UHF的局放抗干扰措施可以主要有以下几种方法及其检验特征如表所示。

干扰的分类可以在以时域特性为标准的情况下可以分为:
1)连续的周期性干扰;2)脉冲型干扰;3)白噪;这其中脉冲型干扰包括随机脉冲干扰和周期型脉冲干扰。因为各种干扰的检验特征存在较大的差异,因此需要采用不同针对性的方法以达到抗干扰的目的。


1. 频域开窗法

频域开窗的方法多数用于抑制周期性的干扰,这种方法的核心是结合软件方法或硬件电路,即采用合适频带的窄带电流传感器配合使用程序控制的带通滤波电路来避开连续的周期性干扰。但频域开窗法使用上并不灵活,使用对象单一一般只能是一个单独的变电站并且最佳频带的选择需要在安装前进行大范围详尽的试验。在另一方面,因为局部放电脉冲的频带非常宽,窄带电流传感器获取的能量有限,由此会严重影响检测的波形,甚至会造成大幅度的畸变。特高频方法的出现有效的解决了干扰频谱较低的问题,近年来己成功应用在电力电缆、变压器、发电机等设备的局放检测中。

在软件方面也有了实质性的突破,各种的数字滤波方法例如快速傅里叶变换滤波、多带通滤波、非自适应滤波、自适应滤波等滤波方式。在工程上一些具体变电站的干扰数据收集分析可以得到,多带通滤波器可以有效地抑制以无线电干扰及载波干扰为代表的窄带干扰,因为局放信号强度的数量级跟干扰信号的数量级差别不大,所以干扰信号会严重影响局放的正常检测。有少数国外研究认为,级联的二阶IIR点阵陷波固定系数滤波器能有效地抑制周期性干扰,这种方法在波形畸变、干扰抑制比等指标上有着显著的优点,再者具有稳定性好和处理速度快等优点。但含有多谐波成分的周期性干扰对于固定系数滤波器是一个软肋,由此衍生使得滤波器滤波时间漫长、难以设定参数、占用内存大等困难。尽管如此,对于抗窄带干扰算法研究是比较丰富和成熟的,所以相对而言,理想多带通滤波器和固定系数滤波器具有比较优异的使用效果。


2. 时域开窗法

对于时域开窗的方法有不同的分类方法,在针对抑制周期性脉冲干扰时,通常把时域开窗法分为两类:数字方法和模拟方法。在有些研究中也称为软件方法和硬件方法。模拟方法中又细分为脉冲极性鉴别法和差动平衡法。这两种方法的原理都是通过判断测量两个点之间同极性的外来脉冲以区别反极性的内部局放脉冲这个明显的差异来抑制外部干扰。

但在工程应用中,容易出现调整电路困难的问题,这个问题的出现很大部分受到来源以及传播途径不同的两路脉冲干扰的影响,影响分别体现在幅值、相位以及波形上的差异。在另一方面,电力系统中大量的分布参数系统的存在也会影响测量极性规律,例如电阻、电容和电感组成的变压器绕组由于其复杂的传播途径会导致同极性的外来脉冲与反极性的内部局放脉冲规律混乱从而影响抑制效果。有部分国内研究提出了在数字处理上进行改进的多端调节一定向祸合差动平衡算法,在原理上难以弥补其缺陷。现在普遍采用的一种消除周期性脉冲的方法主要从干扰与局放信号的信号形状出发,通过区分信号的分布趋势,即局部放电的信号相位较为分散而干扰信号的相位较为集中的形状特点,从而达到区分干扰与局放信号的效果。此法还兼备识别不同局放点信号和研究脉冲时间间隔分布的优点,有发展成通用算法的趋势。


3. 时频开窗法

信号的全部信息都会反映在信号的时域波形或者频域波形中,但不同的信号的时域/频域特性表现不同,例如具有明显频域特性的周期型信号,具有明显时域特性的离散型信号等等。因此如果单一使用时域/频域进行分析,可能会造成片面的分析结果,只有结合时域和频域分析才能得到信号的详尽了解和分析。

时频开窗法是一种综合时域和频域分析,结合小波分析,通过分析局部放电脉冲与干扰沿小波分解尺度的差异性传播特性获取放电信号的方法。在干扰中白噪声难以在时域或频域找到统一的规律特性,白噪声在频域中呈现均匀分布的状态而在频域中又是不均匀的无规律脉动,这样的差异化使得无法单从任一域中抑制白噪声干扰。这些年发展起来的小波去噪算法对去噪算法研究产生了重大的影响,此算法有效地解决了白噪声时频差异化的难题。实际应用中小波去噪算法主要有:1)模极大值法;2)门限值法。

模极大值法的原理就是根据白噪与局放信号之间的小波变换系数的模极大值传递特性具有较大差异,通过筛选保留局放信号的模极大值点,然后重复此过程以达到反复变换去除白噪声的目的。但是这种方法的具体实践需要重复多次的交错投影,这将会严重拖慢计算速度和降低效率。并且模极大值法存在不可避免的随机性和主观性,在具体的工程应用中难以被接受。

另一种方法是门限值法,其原理基于小波变换的门限值进行降噪去噪处理,其中的核心在于对于门限值的确定方法,根据大量的理论研究,实际中一般采用四种门限值:a)最大最小门限值;b)普遍门限值;c)Stein无偏风险门限值;d)带试探性的Stein无偏风险门限值。门限值法能够快速简单地抑制载波干扰和白噪声,其实现简单、计算速度快等优点有利于工程上的应用。

除了以上两种方法以外,时频开窗法的研究中还包含着一些关于小波变换的去噪方法。例如有反变换法、包变换法和双重小波变换法等。它们的原理都是利用小波变换分解信号,通过置零白噪提取所求局放信号。在本质上都是带通滤波方法,区别在于获取信号与恢复信号的方法。


4. 模式识别法

因为随机脉冲干扰的特征与局放信号的特征难以使用简单的手段分辨,因为有时候随机脉冲干扰就是来自外部的防电信号,因此一般的抗干扰方法难以产生有效抑制。而目前对于此类干扰主要有:1)逻辑判断法;2)模式识别法。

逻辑判断法一般只对于从外部耦合的干扰起作用,作为代表性的有脉冲极性鉴别法以及差动平衡法,这些方法都可用于抑制周期性脉冲干扰,但由于适用范围受限效果不明显。

因为不同的脉冲的特征具有差异性,模式识别法正是利用这种特点,结合特定的识别方法以区分干扰脉冲与局放信号,保留有用局放信号去掉干扰脉冲。近年来的研究表明,模式识别法逐渐演变为抑制随机脉冲干扰的最主要的方法,其高效性以及准确性得到工程界广泛的认可。但是模式识别法高度依赖模式指纹库,而建立指纹库需要大量的局部放电具体应用中干扰类型数据和分析总结,特征参数与识别方法在此过程中也会产生明显的影响作用,因为模式识别法的使用还需工程上的进一步积累和总结改进。

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