
①連(lián)續性周(zhōu)期幹(gàn)擾,包括電力設(shè)備的載波通訊和高頻保護信號(頻率範圍在30-500kHz)及無線電廣播的幹擾(頻率範圍>500kHz);
②周期性脈衝幹擾,如由可控矽整流設備引起的幹擾,在工頻周期上發生的(de)相位相對固(gù)定(dìng)但隨負(fù)載不同而變化;
③同局放信號相似的脈衝幹擾,由線路(lù)或其(qí)它設備的放電產生(shēng);
④隨(suí)機(jī)性脈衝幹擾,如開關、繼電器(qì)的動作及雷電等幹擾。
由此可見,這些幹擾信號類型眾多,發生的(de)隨機性大,有的與局(jú)部放電信號很相似,給(gěi)抗幹擾帶來很大的(de)難度。要(yào)解決這一(yī)問題,除了(le)要從(cóng)硬(yìng)件著手設置靈敏(mǐn)的保護裝置來降低(dī)幹擾電平外,還(hái)應(yīng)運用信號處理的方法來除去各種幹擾。從現有的研究成果來看,這些技術主要有硬件濾波技術、數字濾波技術和時頻聯合分析技術。
1、硬件去幹擾技術
硬件具有軟件無法比擬(nǐ)的實時和快速特性,因而被廣泛地(dì)用作數(shù)據采集係統和信號的預處理。目前己有的(de)硬件去幹(gàn)擾技術主要有:
(1)時域開窗法(fǎ),對一些己知(zhī)的且相位固定的幹擾(rǎo),運用電子技術不予采(cǎi)集或(huò)置零,從而達到去除幹擾(rǎo)的目的(de),如用於局部放電(diàn)測試的橢圓顯示儀就是(shì)在時域開窗(chuāng)的。
(2)極(jí)性鑒別法,脈衝極性鑒別法最早由Hashimoto提出,1975年(nián)由Black最(zuì)先將其應用於局部放電測量,該方法的基本原理是局(jú)部放電(diàn)信號在電(diàn)氣設備內部形成的(de)回路中傳播至兩個(gè)傳感器時輸出極性相反的脈衝(chōng)而幹擾信號輸出時極性相(xiàng)同,這種方法抑製(zhì)幹擾的關鍵是要求脈衝通過設備(bèi)的兩個(gè)等(děng)效(xiào)回路後波形(xíng)保持基本相同而且(qiě)相互無時延(yán),才能取得顯著(zhe)的抑製效果。
(3)差動平衡法(fǎ),差動平衡法的基本(běn)原理同(tóng)極性鑒別法相似,主要(yào)用於抑製共模幹擾,差動係統是否有效的關鍵是要求兩路共模信(xìn)號的相位、波形完全一致,才可(kě)獲得(dé)好的抑製比。有研究提出“平(píng)衡對”的概念(niàn)對此法進行改進,對幹擾進行抑製的同時可獲得局放脈衝的幅(fú)值及個數。上述兩種方法的(de)局限性在於模擬延遲和極性(xìng)鑒別器受外界因素影響較多(duō),造成(chéng)電子門(mén)的誤動作,降(jiàng)低極性(xìng)鑒別的(de)準確(què)性。
(4)定向耦合差動平衡法(fǎ),德國人Borsi.H的定向禍合(hé)法,它用特殊繞製(zhì)的Rogowski線(xiàn)圈套在高壓套管底部靠近法蘭處來耦合局部放(fàng)電信號,並根(gēn)據線(xiàn)圈兩(liǎng)端電壓的大小來判斷是局(jú)放信號還是幹擾信號,該法把Rogowski線(xiàn)圈的中間抽頭與高壓套管末屏的測(cè)量端子連接起來,並在末屏測量端子經小電阻接地,可以看成末屏和末屏的對地電容構成電容分壓器的低(dī)壓臂,經小電阻(zǔ)接地後形成高(gāo)通(tōng)濾波器,隻有高(gāo)頻(pín)成分才能通過。Rogowski線圈與套管末屏的測量端子一起構成禍合回路。定向禍合差動平衡法是用Rogowski線圈電流傳感器分別從高壓套管和套管末屏接地線上同時耦合信號(hào)。當外部幹擾進入變壓器時,兩電流傳感器所測得的信(xìn)號極性相同,而(ér)當(dāng)內部放電信號產生時,兩傳感器(qì)測到極性相反的信號,利用電流(liú)傳感器構成差動平衡係統,將兩信號分別(bié)調相,調幅後送入放大器,幹擾信號互相抵消(xiāo)而得到抑(yì)製,局部(bù)放電信號相(xiàng)加而(ér)得到加(jiā)強。
2、軟件去幹擾技術
硬(yìng)件在一定程度上可以抑製某些(xiē)類(lèi)型的幹擾,但由於幹擾的複雜性,單靠(kào)硬件濾波(bō)遠遠不能達到滿意的結果。隨著現代數字信號處理技術的發展(zhǎn),局放在線監測(cè)去幹擾的手段開始向軟(ruǎn)件的方向發展,軟(ruǎn)硬件結合(hé)進行信號處理,這些數字處理方法有(yǒu):
(1)FFT閾值濾波器,傅立葉分(fèn)析是現代信號處理的基礎,這種方法一般是先把采集到的含有幹擾的局(jú)放信號運用快速傅立葉(yè)(FFT)技術變換到頻域,通過局放信號和幹擾信號的在頻域(yù)的不同幅度,設置閾值曲線,將幹擾成分(fèn)置零,再將其轉換到時域,從(cóng)而達(dá)到濾波的目的,如快速傅立葉(FFT)閾(yù)值曲線(xiàn)法。傅立(lì)葉分析的方法僅適用於平穩(wěn)、緩變信號的分(fèn)析,無法反映持續時(shí)間遠小於時窗寬度的短時突變信號。FFT閾值濾(lǜ)波器(qì)存在著通帶選擇的不確定性(xìng)、閾值大小影響著濾波效果等問題。
(2)有限衝擊響應(FIR)濾波器,有限衝擊響應數字濾波器的特點是穩定性好,容易實現多個(gè)阻帶,較(jiào)多地運用於連續(xù)的周期性幹擾(rǎo)的抑製(zhì),但有限(xiàn)衝擊響(xiǎng)應濾波器抑製能力有限,在幹擾很強的情況下難以(yǐ)達到預期的效果。
(3)卡爾曼濾波(bō)器,卡爾曼濾波是在遞推濾波的同時利用觀測數據提供的信息,不斷地由濾波本身在線估計模型參數和噪聲的統計特性,提(tí)高(gāo)濾波精度,減小狀態估計誤差的一(yī)種現代濾波器(qì)。
(4)自適(shì)應濾波器,這種技術能根據信號(hào)特征的變化自動調(diào)節濾(lǜ)波係(xì)數,從而(ér)達到最佳濾波,對信號和幹擾的先(xiān)驗知識要(yào)求少。目前(qián)研究最多的(de)是最小均方誤差(LMS)自適應濾波器,但自適應濾波本(běn)質上是對局放(fàng)信號和噪聲去(qù)相關來提高信噪比的,其(qí)係數如時延、收斂因子的選擇對濾波器的影響很大,濾波效果不穩定。局(jú)放信號為非平穩信號,其自協方差(chà)矩陣(zhèn)的特征值(zhí)的分散度很大,有時難以收斂(liǎn)。
(5)二階級(jí)聯無限衝擊響應(IIR)格型濾波器,通過(guò)對各種(zhǒng)數字濾波器的綜合比較和評判(pàn),指出自適應濾波器穩定性差,提出了一種信號失真小、抑製能力強、濾波時(shí)間短的(de)非(fēi)自適應濾波器結構(gòu):無限衝擊響應(IIR)非自適應(yīng)格型陷波器,用於抑製連續的周期性幹擾效果非常明顯。
(6)相關消去法,對周期性(xìng)脈衝幹(gàn)擾而(ér)言,它們是在電壓周波的固定相位處發生的(de)周期信號,其周期就是工(gōng)頻周期(qī)。這種幹擾在頻域內同局部放電信號嚴重重疊,因此,隻有在時域內設法去除。信號x(t)和y(t)的相關函數反映了x(t)和y(t)的(de)相似程度,把某一族周波內的脈衝信號同不含局放信號的參考周(zhōu)波的信號求(qiú)相(xiàng)關,可得一族相關函數,從(cóng)而確定周期性(xìng)幹擾的位置,即檢測(cè)到了脈衝性幹擾。將檢測到的周期脈衝建立模型,然後(hòu)在輸入(rù)信號中減(jiǎn)去模型數據,從而達到去除幹擾的(de)目(mù)的(de)。
(7)基於人工神經網絡(ANN)結構與算法的濾波技(jì)術。人工神經網絡具有良好的非線形(xíng)和自適應(yīng)性,可以處理環境信息十分複雜、背景不清楚(chǔ)的問題,類(lèi)似一個(gè)“黑匣子”。基於人工神經網絡(luò)的濾波是通過大量(liàng)的樣(yàng)本(běn)來訓練網絡,使(shǐ)其輸出(chū)為輸入的某種非線形映射,保留其(qí)中的有(yǒu)用信號,去除噪聲。顯然,樣本的質量直接決定了濾波效果的好壞(huài)。人工神經網絡在局(jú)部放電(diàn)在線監測中(zhōng)目前較多(duō)地用於放電(diàn)模式的識別,在去幹擾方麵隻起輔助性作用。
數字信號處理技術能夠有效地去除在線(xiàn)監測(cè)中的幹擾(rǎo),從(cóng)理論上來說,這些方法大多屬於時域分析或頻域(yù)分析。近年來隨著對傅立葉分析的(de)發展(zhǎn)和深入研究,出現了聯合(hé)時域頻域(yù)分析的思想,如短時傅立葉變換(huàn)、Wigner分析(xī)及小波變換等。聯合時頻分析的特點是(shì)對信(xìn)號分析提供了時頻局部化的能力,特別適用於非平穩信號的分析和處理,這很符合局部放電信號的非(fēi)平穩性,因而,聯合時頻分析被廣泛用來(lái)去(qù)除局部放電在線監測的(de)去幹擾,尤其(qí)是小波分析,己成為研究的一大熱點。在(zài)局部放(fàng)電模式識別中(zhōng),直接對放電模式進行識別實際上是很困(kùn)難(nán)的,因(yīn)此提取局(jú)部放電特征是一項非常重要的工作。局部放(fàng)電是(shì)一個快速暫態的隨機過程,測(cè)得(dé)的局部放電信號有很大的隨機性,所以(yǐ)通過統計學的觀點來研究局部放電現(xiàn)象(xiàng)己成為近年來(lái)的發展趨勢。隨著電子技術的飛速發展和電子計算機的廣泛應用,都大大推(tuī)動了計算機輔助測(cè)量係統(tǒng)的發展,計算機輔(fǔ)助測試係統與傳統的(de)測試方法相結合,將測得的(de)局放信號經放(fàng)大、濾(lǜ)波後進行AD轉換(huàn);將(jiāng)模擬量(liàng)轉換成數字量後送(sòng)入(rù)計算機進行數據處理和分(fèn)析,可以(yǐ)得到各種放電的特征譜圖;針對譜圖提取(qǔ)不同(tóng)的特征參數,根據特(tè)征參數識別不同的(de)放電(diàn)類型。這些(xiē)特征參數主要包括Weibull參數、統計算(suàn)子、分形特征參數、數字(zì)圖像矩特征參(cān)數和(hé)波形特征參數等。