电缆振荡波局放测试
1. 数字滤波
数字滤波技术作为信号去噪的常用工具已经有很长时间。通过傅里叶变换,获取PD脉冲和噪声的频域信息,然后根据PD脉冲和噪声在频域具有不同的分布特征,选取相应的频带,设计不同的数字滤波器对信号进行滤波实现去噪,常用的数字滤波器有Bessle滤波器、Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器、Elliptic滤波器等。根据实际噪声的频率分布情况,常用的有低通、高通、带通、带阻和任意形状的滤波器。由于局部放电现场检测环境的复杂性,干扰和噪声对真实放电的判断影响较大,结合上述四种滤波器的特点,本系统选用了Bessle带通数字滤波器,其特点为在通带内的衰减比较慢,拥有近似于线性的频率特性,且具有良好的瞬态特性,主要表现在其冲激响应特性曲线的上升沿陡,幅值高,且尾部无振荡等。以上特点可使得局放信号衰减较小,波形更为平滑。带通选择结合本系统选择的数字滤波的频带范围为20kHz-40MHz。
2. 小波分析
局部放电脉冲是一种非平稳、瞬变信号,在时域上表现为快速的脉冲,信号处理中称之为奇异信号或“奇点”,幅频特性几乎分布于整个频域。由于其在时域和频域都没有特别明显的特征,使得单纯的采用时域或频域分析方法都不足以将PD脉冲同其它信号分隔开来。小波变换是基于非平稳信号的分析手段,在时域、频域同时具有良好的局部化性质,非常适合于不规则、瞬变信号的处理,其优异的数学特性,为PD测量的抗干扰开辟了新的途径。
小波分析用联合的时间和尺度平面来描述信号,同时兼顾了短时傅里叶变换和时频分析的特点,使它在处理非平稳信号中有一定的优势。从系统响应的角度来看,小波变换是将信号分解到一系列选择性相同的频带上,实质上为信号x(t)经一系列带通滤波器滤波后的输出。目前常用的小波主要有Haar小波,Daubechies(dbN)小波,MexicanHat(mexh墨西哥帽)小波,Morlet小波,Gaussian小波等等。在以上可用的小波中,Daubechies(dbN)小波几乎具备了我们分析快速时变信号所需要的所有的性质,例如在时域上是有限紧支撑的,正交性和不对称性,基于以上原因,对局部放电信号的小波分析上Daubechies(dbN)小波是目前使用较多的基小波。本系统根据PD信号特点,采用较为成熟的离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,简称DWT)通过选择不同的dbN基小波、不同的分解水平和不同的阈值处理方法,相关的阈值处理方法有Stein'sUnbiased Risk Estimated(SURE),Hybrid,Universal和Minimax。通过对上述参数的设置可对局部放电信号达到最优的去噪水平与分析。
3. 动态阈值法
本系统中动态阈值法是在对所测信号进行数字滤波或小波分析后进行的。其具体处理过程为:将所测得数据分成n段,取每段数据绝对值的最大值,并将所求n个最大值求和并求平均,得到噪声的平均水平,然后乘以阈值系数(一般为2),从而得到测量信号的动态阈值Y。最后将所有数据求绝对值后与Y进行对比,小于Y的将被滤除,大于Y的将被保留,因而可以做到对白噪声和较小干扰信号的抑制。其优点为由于现场噪声水平不同,动态阈值不是一个固定的数值,所以可以很好的抑制白噪声干扰。
4. 时延鉴别法
时延鉴别法主要应用于本系统的PD定位中。电缆中发生局部放电时,放电脉冲将沿两个相反方向传播,并伴随发生反射、衰减、畸变等现象,采集系统可采集一对PD信号:原波和反射波,并且其具有明显的时延特性,即△t<2L/v。除此之外,还有以下两个特征:①两信号波形特征相似,反射波幅值较原波幅值小;②两波的极大值极性相同。通过上述信号的特征,可鉴别PD信号,若是干扰信号,则不能同时满足以上三个信号特征。通过以上规律即可进行自动定位和手动定位,前者主要是通过Peak-match算法,后者通过有经验的人员进行判定。通过时延鉴别即可达到对局放信号去伪存真、准确定位的目的。
OWTS系统的软件可以综合使用以上数字化抗干扰方法选择或并用,包括带通和小波两种滤波方式和许多辅助功能,并通过对局放波形进行分析来消除干扰数据,并采用数理统计的方法来评估局放的检测结果。OWTS系统的专家分析软件可在全世界各地的电缆线路阻尼振荡波检测上得到考验和修正完善,处理效果可靠性高。