在線檢(jiǎn)測(cè)中,電氣設備處於帶(dài)電(diàn)運(yùn)行狀態(tài),現場電磁幹擾嚴(yán)重;而絕緣缺陷產生(shēng)的PD信號通常非(fēi)常微弱,容易淹沒(méi)於嚴重的背景噪聲中。因此幹擾的抑(yì)製是PD在線檢測的關鍵問題。
(1)局部放電噪聲幹擾抑製的一般步(bù)驟
噪聲幹擾抑製一般從幹(gàn)擾源(yuán)、幹擾途徑、信號後處理(lǐ)等3個方(fāng)麵來考慮(lǜ)。解決幹擾最有(yǒu)效、最根本的方法是找到(dào)幹擾源直接消(xiāo)除或切(qiē)斷相應的幹擾路(lù)徑。但在不允許改變原有設(shè)備運行方式的情況下,有效地分析出幹擾源(yuán)和幹(gàn)擾途徑,能夠采取的措施是很有限(xiàn)的。運用硬件(jiàn)及各(gè)種(zhǒng)信號處理技(jì)術抑製幹擾的一般的處理(lǐ)步驟是:1)抑製窄帶幹(gàn)擾;2)抑製(zhì)白(bái)噪幹擾;3)抑製周期性脈衝幹擾;4)抑製隨機性脈衝幹(gàn)擾。
目前,運用的數字信(xìn)號處理方法可以歸結為時域處理和頻域處理方法。時域處(chù)理方法是(shì)依(yī)據(jù)脈衝型幹擾在時域(yù)中的離散特點來處理,頻域方法是根據周期性幹擾在頻域上的離散特點來處理,兩種方法可以通過硬件和(hé)軟件兩種方(fāng)式來實現。工程實踐中幹擾抑製可按圖所示的分層式處理模型進行。

幹擾(rǎo)抑製的(de)分層式處理模型
(2)窄帶幹擾抑(yì)製的現狀
窄帶幹擾(rǎo)在各種幹擾中占很大比重。它(tā)的強(qiáng)度大、相位(wèi)分布固定(dìng),一般(bān)采用頻域(yù)方法處理。頻(pín)域(yù)方(fāng)法可(kě)以通過硬件電路或(huò)軟件方法實現。硬件是選擇合適頻帶的窄帶濾(lǜ)波器和(hé)程控帶通濾(lǜ)波電路,來抑製各種窄帶幹擾,但它在(zài)安裝前須經過細致複(fù)雜的試驗(yàn)來選擇最佳的頻帶(dài),必須根據幹擾頻帶的先驗知識確定濾(lǜ)波器的通頻帶,沒有(yǒu)數字濾波方便靈活,通用性差(chà)。
軟件方法包括頻域閾值濾波、自適應濾波、級聯IIR陷波濾波器、傅立葉級數法、神經網絡、數學形態學數字濾波、小波分析等方法,這些方法主要(yào)是利用窄帶幹擾與局部放電信號頻譜不重合的特點,即信號與幹(gàn)擾之間的頻帶不同。
頻域閾值濾波在將幹擾成(chéng)分置零的同時(shí),局部放電信號丟失的能量過多,不利(lì)於提取(qǔ)局(jú)部放電信號的特征,當出現新的窄帶幹擾或者幹擾的中心頻率(lǜ)發生(shēng)變化時,原有的(de)參數(shù)設(shè)置將失效。
自適(shì)應濾(lǜ)波器隻需(xū)要較少或完全不需(xū)要關於噪聲和信號的先驗統計特性,直接利用有(yǒu)限個觀測數據來估計幹擾(rǎo)分量(liàng),通過計算可以自動調節濾(lǜ)波(bō)器參數,從而滿足某(mǒu)種(zhǒng)最佳準(zhǔn)則的(de)要求。但因時延、收斂因子等多種因子的(de)選擇對結果影響較大,且有(yǒu)時會不收斂,使該方法調節困難,穩定性較差。
級聯IIR陷波濾波器先計算輸入信號的自(zì)相關係數,再計算幹(gàn)擾和局部放電信號的功率譜,求出幹(gàn)擾的諧振頻率,再估算各譜的波函數,最後用數字陷波濾(lǜ)波法去除幹擾(rǎo)。該方法對(duì)局部放電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的周期性(xìng)幹擾存在參數調整困難、濾波時間長、占用內存大(dà)等問題。
局部放電脈衝屬於小波(bō)。近年來,不少(shǎo)學者將小波和複小(xiǎo)波變換(huàn)應用於局部放電的抗幹擾。研究表明,小波(bō)和複小波變換對局(jú)部放電檢測頻帶範圍內的窄帶幹擾的抑製效果不理想,小波包變換是目前能(néng)較好區分局部放電(diàn)信號和窄帶幹擾的方法(fǎ),但還遠(yuǎn)未達到令人滿意的效果。小波分析有其特有的優點,但尋找合適的小波函數和去噪算法比較困難。
(3)白噪聲幹擾的抑製
白噪聲幹擾是局部放電噪聲中的主要成分,白(bái)噪幹擾屬於寬帶幹擾信號,是均值為0的平(píng)穩隨機信號。由於(yú)局部(bù)放電信號與白噪聲幹擾具有相似的頻域特(tè)征,很難用頻域方法去除,時頻局部(bù)化分析是一個很好的選擇(zé),包括(kuò)時頻分析和小波變換。小波變換特(tè)別適宜於處理突發性信號,同時具有良好的時域和頻域局部化(huà)性質,相對(duì)於短時傅(fù)立葉變換,它具有一個可變的時頻(pín)窗,對(duì)高頻(低頻)信號成(chéng)分,時窗自動變窄(寬)。因此,小(xiǎo)波分析能對(duì)突發性局部放(fàng)電信號中的高頻成分采用逐漸精細的時域或頻域(yù)取樣步長,能夠聚焦(jiāo)到信號的任意細(xì)節。但在實際應用中還存在不少問題,需要大量的試驗研究及應用研究。
(4)周期性脈衝幹擾的抑製
周期性脈(mò)衝幹(gàn)擾的抑(yì)製主要有模(mó)擬方法和數字方法兩類。模(mó)擬方法有差動平衡(héng)法、定(dìng)向耦合法和參考信號法等。利用兩(liǎng)個測量點間外來脈衝同極性、內部局部放電脈衝反極性來抑製外部(bù)脈衝幹擾的。工程(chéng)實踐中(zhōng),由於兩路脈衝幹擾的來源和傳播途徑不(bú)同,兩路脈衝幹擾在相位、幅值和波(bō)形上有(yǒu)很大的差別,要調(diào)整電路比較困難。有學者提出,在記錄多個周(zhōu)期的信號之後,對每個周期同相位上的數據做平均,以此信號與原(yuán)始信號相減,從而去除(chú)周期性的脈衝幹擾。當局部放電(diàn)信號較少並且分布特點比較明確時,這種(zhǒng)方法去除(chú)幹擾的效果較好,否則效果不明顯。即使對於多(duō)端調節一一定向耦合差動平衡的改進算法,仍難(nán)以(yǐ)從根本上彌補其缺陷,因此實際應用中更側重於數(shù)字處理方法。
數字(zì)方法是利(lì)用局部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提出的一種方法,它的基本原(yuán)理(lǐ)是基於局部(bù)放電信號同周期性脈衝幹擾信號具有不同的形狀,借鑒生物信號處理的一(yī)些(xiē)成果,首先(xiān)將數據進行分段,從波形信號中把脈衝分離成單(dān)個脈衝序列,運用FFT算法在(zài)頻(pín)域對各個脈衝進行互相關計算,根據其相似度按(àn)一定標準進行(háng)分(fèn)組(zǔ),依據這些組脈衝求取類信號的模板,然後在時域對每一類信號進行合(hé)成。研究發現,局部放電信號的相位比較分散,幹擾的相位(wèi)非常集中,根據這個特點可(kě)以去除周期性脈衝幹(gàn)擾類(lèi),再把剩餘的(de)信號進行重構,就可以得到去除周期性脈衝幹擾的信號。根據局部放(fàng)電脈衝與周期幹擾脈(mò)衝的相(xiàng)位(wèi)分布和波形形狀特征(zhēng),還產生一種區分局部(bù)放電脈衝(chōng)和周期性幹(gàn)擾脈衝,抑(yì)製周期性脈衝幹擾(rǎo)的方(fāng)法,運用基於脈衝波形特征的邏輯判斷(duàn)法識別脈衝比單閾(yù)值判斷法更有效(xiào),降低了誤判(pàn)振蕩(dàng)脈衝的概率。
(5)隨機性脈衝幹(gàn)擾信號的(de)抑製
隨機(jī)性脈衝幹(gàn)擾和局(jú)部放電信號在(zài)頻域的特征具有相似性,因而隨機性脈衝幹(gàn)擾最難濾去。現有的大量方法都是從時域角度來(lái)考慮的。比較常用的方法有硬件電路法、軟件波形識別法和人工智能法。在(zài)人工智能法中,采用比較(jiào)多的有邏輯判斷、模式識別法及聚類方法。邏輯(jí)判斷主要包括差動平衡(héng)法和脈衝極性鑒別法,這種方(fāng)法(fǎ)隻(zhī)能抑製外部耦(ǒu)合的幹擾,但效果不是很理想。
模式識別法是根據不同脈衝的(de)特征,運用各種識別方法,對脈衝的類型進行區分,進而(ér)濾去幹擾脈衝,但模式識(shí)別的實現依賴於指紋庫的建立。
基於網格和密度的聚類(lèi)算法和基於模糊聚類分析也是抑製隨機脈衝幹擾的方法。隨機脈衝幹擾(rǎo)具有偶發(fā)的特征,其相位和幅值分布分散,在統計譜圖上(shàng)處於分布分散的稀疏區域。基於網(wǎng)格和密度的聚類算(suàn)法可以將任意形(xíng)狀(zhuàng)的簇聚集在一起,能將分布(bù)分散的數據點濾去,提取放電脈衝的相位(wèi)和幅(fú)值信息。而模糊聚類抗幹擾是通(tōng)過模糊聚類,將波形特征不同的波形分離開來,再(zài)通過判斷每類(lèi)波形的數量(liàng),根據隨機脈衝幹擾發生次數(shù)較少這一特點來排除幹擾。