幹擾抑製一般從幹擾源、幹(gàn)擾途徑、信號後處理等3個(gè)方麵來考慮。解(jiě)決幹擾(rǎo)最有效最根本(běn)的方(fāng)法是找到幹擾源直接(jiē)消除或切斷相應的幹擾路(lù)徑,但在不允許改變原有設備運行方(fāng)式的情況下,有效地分(fèn)析(xī)出幹擾源和幹擾途徑(jìng),能(néng)夠采取的措施是很有限的。運用各種信號處(chù)理技術(shù)抑製經電流傳感器耦合(hé)進(jìn)入監測係(xì)統的各種(zhǒng)幹擾,一般(bān)可以從工頻相(xiàng)位、頻譜、脈衝幅度(dù)及其分(fèn)布、信號極性、重複率和物理位置等方麵(miàn)區分局部放電信號和幹擾信號。
抑製幹擾有兩(liǎng)種思路:①基於窄帶信(xìn)號的的處理方法(頻帶通常是10至10kHz),這種思路拾取信號的方法(fǎ)是通過頻帶(dài)合適的窄(zhǎi)帶電流傳感器和帶通濾波電路來實現,避開各種連續的周期性幹擾(rǎo),測量信號的信噪比得到提高。此方法僅僅適用於某個具(jù)體的變電站(zhàn),使用不是很方便。另外,局部放電信號一般是寬頻(pín)帶脈(mò)衝,運用窄帶(dài)測(cè)量可能會使信號的波形失(shī)真,對後麵的數(shù)字信號(hào)處理產生影響。②基於寬頻信號的處理方法(頻帶通常是10至1000kHz),信號中含有局(jú)部放電的大部分能量和大量(liàng)幹擾,但(dàn)是信噪比比較(jiào)低。
對於這些幹(gàn)擾的一般的(de)處理步驟是:1)抑製窄帶幹擾(rǎo);2)抑製白噪幹擾(rǎo);3)抑製(zhì)周期性脈衝幹擾;4)抑製隨機性脈衝幹擾。目前(qián),運用的數字信號處理方法可以歸(guī)結為時域處理和頻域(yù)處理方法。時域處理方法是依據脈衝型幹擾在時域中的離散特點來(lái)處理,頻(pín)域方法是根據周期性幹擾在頻域上(shàng)的離散特點來處理,兩種(zhǒng)方法可(kě)以通過硬(yìng)件和軟件兩種方(fāng)式來實現。工程實踐中幹擾抑製可按下圖所示的分層式處理模型進行。

a. 窄(zhǎi)帶(dài)幹(gàn)擾的抑製
窄帶幹擾,在各種(zhǒng)幹(gàn)擾中占很大比重。它的強(qiáng)度(dù)大、相位分(fèn)布固定,一般是(shì)采用頻域方法處理,頻(pín)域方(fāng)法可以通過硬(yìng)件(jiàn)電路或軟件方法實現,硬件是選擇(zé)合適頻帶(dài)的窄帶電流傳感器和程控帶通濾波電路,來抑製各種窄帶幹擾,但它(tā)在安裝前須(xū)經過細致複雜的試驗來選擇最佳的頻帶,必須根據幹擾頻帶的(de)先驗知識確定濾波器的通頻(pín)帶,沒有數字濾波方(fāng)便靈活,通用性差。軟件方(fāng)法包括頻(pín)域閾值濾波、自適應濾波、級聯IIR陷波濾波器、傅立葉級(jí)數法、神經網絡、數學形態學數字(zì)濾波、小波分析(xī)、混沌檢測、多種技術結合等方法,這些方法主(zhǔ)要(yào)是(shì)利用窄帶幹擾與局部(bù)放電信號頻譜不重合的特點,即信號與幹擾之間的頻帶不同(tóng)。頻域閾值(zhí)濾波有閾(yù)值直線法、閾值(zhí)曲線法,該方法在將幹擾成(chéng)分置零的同時,丟失信號的(de)能量過多,不利於提取(qǔ)局部放電(diàn)信號的特征,當出現新(xīn)的窄帶幹擾(rǎo)或(huò)者幹擾的中心頻率發生變化時,原有的參數設置(zhì)將失效(xiào)。自適應濾波器隻需要很少或(huò)完全不需要關於噪聲和信號的先驗統計特性知識,直接利用有限個觀測數據來估(gū)計幹擾分量,通過計算可以自動調節濾波器參數,從(cóng)而滿(mǎn)足某種(zhǒng)最佳準則的要求(qiú),但因時延收斂因子等多種因子的選擇對結果影響較大且有時會(huì)不收斂,使該方法調節困難,穩定性(xìng)較差。級聯IIR陷波濾波器先計算輸入信(xìn)號的自相關係數,再計算幹擾和局部(bù)放電信號的功率(lǜ)譜,求出幹擾的諧振頻率,再估算各譜波函數,最後用數字陷波濾(lǜ)波法去除幹擾,該方法對局部放電(diàn)信號波形畸變比較小、幹擾抑製比高、穩定性好、處理時間短,但該濾波器對多諧波成分(fèn)的周(zhōu)期性幹擾存在參數調整困難、濾波時(shí)間長、占用(yòng)內(nèi)存大等問題。傅立葉級數法運用計算傅立葉級數得到幹擾的參數後,得到模擬幹擾,再從(cóng)信號中減去獲得的模擬(nǐ)幹(gàn)擾,該(gāi)方法相對於單純頻域方法能夠較好地保持局部放電原始波形、幅值和極性等,獲得了較好的效果,隻是(shì)步驟(zhòu)較為繁瑣。MAXNET網絡是利用振幅譜中幹擾的幅值普遍高(gāo)於局部放電信號,通過橫向比較輸出最大值,把其(qí)他值為(wéi)零,從而獲得幹擾信號的(de)頻率並將其去除,這(zhè)樣反複迭代直到滿意為止。該方法(fǎ)自適應能力比較強(qiáng),可以根據幹擾信(xìn)號和調製信號位置自動確(què)定要去除的頻率成分,但由於頻率成分跳躍(yuè)性較大,穩定性比較差,且對窄帶幹擾頻(pín)率在檢測(cè)頻帶內的局部放電信(xìn)號有較大損失。有研究應用數學形態濾波器抑製局(jú)部放電窄(zhǎi)帶幹擾,該方法通過構造自適應組合形態濾波器,根據幹擾信號和局部放電信號波形的幾何結構特性不同利用預先定義的結構元素(相當於濾波窗)對信號進(jìn)行匹(pǐ)配或(huò)局部修正,從而去除幹擾。根據局部放電信號和窄帶幹擾的頻譜特性不同,在開閉和閉開形(xíng)態學濾(lǜ)波器的基礎上,應用組合(hé)廣義形態學濾波器(qì)抑製變壓器局部放電信(xìn)號窄帶幹擾。近年來,不少學者對小波分析方法在局部放(fàng)電窄帶(dài)幹擾抑製(zhì)中的應用(yòng)展開了一係列研究,小波和複小波(bō)變換對接近或屬於局(jú)部(bù)放電信號監測頻帶範圍內的窄帶幹擾,抑製效果不理想;小波(bō)包變換法(fǎ)是目前公認能較好區(qū)分局部放(fàng)電信號和窄帶幹擾(rǎo)的方(fāng)法,但還遠(yuǎn)達不到像抑製白噪幹擾那樣令人滿(mǎn)意的效果(guǒ)。
b. 白(bái)噪幹擾的抑製
白噪幹擾是局部放電噪聲中的主要成分,白噪(zào)幹擾屬於寬帶幹擾信號,是均值為0的平穩隨機信號。由於局部放電(diàn)信(xìn)號與白噪幹擾具有相似的頻域特征,很難用頻域方法(fǎ)去除,為了有效地識別和抑製白噪,需要(yào)采用時頻局部化分析。美國數學家Donoho和Johnstone從理論和實踐(jiàn)應用上比較了去除白噪幹擾的各種方(fāng)法,認為基於小波的濾波方法優於基於FFT的濾波方法。小波去(qù)噪一般是應用(yòng)Shrinkage技術,也就是設定一個門限值,將係數小(xiǎo)於門限的值置為0,大於門(mén)限的值(zhí)被保留,然後經過反變換後就可(kě)以得到去噪(zào)後的信號。小波包分解是最優樹分解(jiě),能量比較集中,Shrinkage技術(shù)可(kě)以進一步提高信噪(zào)比(bǐ)。小波變換特別適宜於處理突發性(xìng)信號(hào),同(tóng)時具有良好的時域和頻(pín)域局部化性(xìng)質,相對於短時(shí)傅立葉變換,它具(jù)有一個可變的時頻窗,對高頻(低頻)信號(hào)成分,時窗自動變窄(寬)。因此(cǐ),小波分析能對突發性局部放電信號中的(de)高頻成分采用逐漸精細的時域或頻域取樣步長(zhǎng),能(néng)夠聚焦(jiāo)到信(xìn)號的任意細節。針對白噪幹擾的特點采取抑(yì)製措施,可有效地抑製(zhì)白噪幹擾,從而提高局(jú)部(bù)放電在線監測的靈敏度。近年(nián)來,圍繞如何更有效地用小(xiǎo)波分析方(fāng)法抑(yì)製白噪幹擾,有關學者做了大量工(gōng)作,但多數還是局限於用實小波對信號處理的研究,並且大多是用於對超高頻以(yǐ)下的局部放電信號提取,有學者針對現有抑(yì)製白噪(zào)幹擾的方法的不足(zú),根據白噪幹擾的特點(diǎn)構造了Daubechie's係列複(fù)小波(bō),運用複小波(bō)變換的簡單信(xìn)息和構成的複合信息,對受到白噪幹擾的仿真信號(hào)和實測信號進行(háng)去噪研(yán)究,表明能更有效地抑製局部(bù)放電超高頻(pín)信號中的白噪幹擾。
C. 周期性(xìng)脈衝幹擾的抑製
周期性脈衝幹(gàn)擾的抑製主要有模擬方法和數字方法兩類。模擬方法有差動平衡法、定向藕合法(fǎ)和參考信號法等。它們是利(lì)用兩個測量點間外(wài)來脈衝同極性、內部(bù)局部(bù)放電脈(mò)衝(chōng)反極性來抑製外部(bù)脈衝幹擾的(de)。工(gōng)程實踐(jiàn)中,由於兩路脈衝幹擾的來源和傳播途徑不同,兩路脈衝幹擾在相位、幅值和波形上有很大的差別,要調整電路比(bǐ)較困難。此外,變壓器繞組為電感、電阻(zǔ)、電容組成的分布(bù)參數係統,其傳播途徑比較複(fù)雜(zá),會導致測得的兩路脈衝不符合對幹擾極性相(xiàng)同、對局部放電(diàn)極性相反的規律,從而無法有效地抑(yì)製幹擾。GKonig和U.Kopf提出的一種方法,在記(jì)錄多個周(zhōu)期的信號之後,對每個周期同相位上的數據做平均,以此構成模板與原(yuán)始信(xìn)號相(xiàng)減,從而去除周期性的(de)脈衝幹擾,當局部放電信號較少(shǎo)並且分布特點(diǎn)比較(jiào)明確(què)時,這種方法去除(chú)幹擾的(de)效果(guǒ)較(jiào)好,當局部放電信號多並且比較強,這(zhè)種方法去除幹擾的效果不太好。也有學者提出了多端調節—定向藕(ǒu)合差動平衡的改(gǎi)進(jìn)算法,但仍難(nán)以從根本上彌(mí)補其缺陷,因(yīn)此實際應用中更側重於數字(zì)處理方法。數字方法是利用局部(bù)放電信號和幹擾的相位分布不同來處理。印度的V Nagesh和B.I.Gururaj提出的一(yī)種方法,它的基本原(yuán)理是基於局部放電信號同周期性脈(mò)衝幹(gàn)擾信號(hào)具有不同的形狀,借鑒生(shēng)物信號處理的一些成果,首先將數據進行分段,從波形信(xìn)號中把(bǎ)脈衝分離成單個脈衝序列(liè),運用FFT算法在頻域對各(gè)個脈衝進行互相關計算,根據其相似度按一定標準進行分組,依據這些組脈衝求取類信號(hào)的模板,然後在時域對每一類信號進行合成。研(yán)究(jiū)發現,局部放電信號的相位比較分散,幹擾的相位非常集中,根據這個特點可以(yǐ)去除周期性脈衝(chōng)幹(gàn)擾(rǎo)類,再把剩餘的信號進行(háng)重構,就可以得到去除(chú)周期性(xìng)脈衝幹擾的信號。根據局部(bù)放電脈衝與周期幹擾脈(mò)衝的相(xiàng)位分布和波形形(xíng)狀特(tè)征,提(tí)出了一種(zhǒng)區分(fèn)局部放電脈衝和(hé)周期性幹擾脈衝,抑製周期性脈(mò)衝幹擾的方(fāng)法,運用基於脈衝波形(xíng)特(tè)征的邏輯(jí)判斷法識別脈(mò)衝比單閩值(zhí)判斷法更有效,降低了誤判振蕩脈衝的概(gài)率。