局部放電超聲信號的處理方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種局部放電超聲信號的處理方法和裝置。其中，局部放電超聲信號的處理方法包括：采集波形包絡信號；檢測波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間；以及利用波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間來確定波形包絡信號中的局部放電的超聲信號的數量。通過本發明，解決了現有技術中放電次數統計不準確的問題，達到了提高放電次數統計準確性的效果。
【專利說明】局部放電超聲信號的處理方法和裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及信號處理領域，具體而言，涉及一種局部放電超聲信號的處理方法和 裝直。
【背景技術】
[0002] 超聲局部放電檢測難免會遇到外界噪聲干擾，重要的是采取有效的信號處理方 法，即抽取有用的信號特征。一般使用如下特征信息對局放現象與程度進行評估：到達時 間、放電次數、幅度、能量和持續時間等。
[0003] 對于放電次數的確定是一個難點，目前還沒有能夠統計放電次數的方案，導致放 電次數統計不準確，影響對局部放電的分析結果。
[0004] 針對現有技術中放電次數統計不準確的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
【發明內容】
[0005] 本發明的主要目的在于提供一種局部放電超聲信號的處理方法和裝置，以解決現 有技術中放電次數統計不準確的問題。
[0006] 為了實現上述目的，根據本發明實施例的一個方面，提供了一種局部放電超聲信 號的處理方法。根據本發明的局部放電超聲信號的處理方法包括：采集波形包絡信號；檢 測所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間；以及利用所述波形包絡信號中相鄰兩個 波包的間隔時間來確定所述波形包絡信號中的局部放電的超聲信號的數量。
[0007] 進一步地，利用所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間來確定所述波形包 絡信號中的局部放電的超聲信號的數量包括：依次判斷所述波形包絡信號中相鄰兩個波包 的間隔時間是否超過預先設置的時間閾值，得到判斷結果，其中，如果判斷出所述間隔時間 超過所述時間閾值，則確定所述相鄰兩個波包為兩個局部放電的超聲信號，如果判斷出所 述間隔時間未超過所述時間閾值，則確定所述相鄰兩個波包為一個局部放電的超聲信號； 根據所述判斷結果統計所述波形包絡信號中的局部放電的超聲信號的數量。
[0008] 進一步地，檢測所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間包括：檢測相鄰兩 個波包中第一閾值點與第二閾值點的間隔時間，其中，所述相鄰兩個波包包括第一波包和 在所述第一波包之后的第二波包，所述第一閾值點為所述第一波包中幅值等于幅值閾值且 靠近所述第二波包的閾值點，所述第二閾值點為所述第二波包中幅值等于所述幅值閾值且 靠近所述第一波包的閾值點；將所述第一閾值點與第二閾值點的間隔時間作為所述相鄰兩 個波包的間隔時間。
[0009] 進一步地，在采集波形包絡信號之后，所述處理方法還包括：檢測所述波形包絡信 號中波包的幅值是否大于噪聲閾值，其中，檢測所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔 時間包括：如果檢測出所述波形包絡信號中波包的幅值大于所述噪聲閾值，則檢測幅值大 于所述噪聲閾值的相鄰兩個波包的間隔時間。
[0010] 進一步地，在采集波形包絡信號之后，所述處理方法還包括：通過預先設置的脈沖 長度來索引得到局部放電的超聲信號；以及確定所述局部放電的超聲信號的達到時間。 [0011] 為了實現上述目的，根據本發明實施例的另一方面，提供了一種局部放電超聲信 號的處理裝置。根據本發明的局部放電超聲信號的處理裝置包括：采集單元，用于采集波形 包絡信號；第一檢測單元，用于檢測所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間；以及 第一確定單元，用于利用所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間來確定所述波形包 絡信號中的局部放電的超聲信號的數量。
[0012] 進一步地，所述第一確定單元包括：判斷模塊，用于依次判斷所述波形包絡信號中 相鄰兩個波包的間隔時間是否超過預先設置的時間閾值，得到判斷結果，其中，如果判斷出 所述間隔時間超過所述時間閾值，則確定所述相鄰兩個波包為兩個局部放電的超聲信號， 如果判斷出所述間隔時間未超過所述時間閾值，則確定所述相鄰兩個波包為一個局部放電 的超聲信號；計算模塊，用于根據所述判斷結果統計所述波形包絡信號中的局部放電的超 聲信號的數量。
[0013] 進一步地，所述第一檢測單元包括：第一檢測模塊，用于檢測相鄰兩個波包中第一 閾值點與第二閾值點的間隔時間，其中，所述相鄰兩個波包包括第一波包和在所述第一波 包之后的第二波包，所述第一閾值點為所述第一波包中幅值等于幅值閾值且靠近所述第二 波包的閾值點，所述第二閾值點為所述第二波包中幅值等于所述幅值閾值且靠近所述第一 波包的閾值點；確定模塊，用于將所述第一閾值點與第二閾值點的間隔時間作為所述相鄰 兩個波包的間隔時間。
[0014] 進一步地，所述處理裝置還包括：第二檢測單元，用于在采集波形包絡信號之后， 檢測所述波形包絡信號中波包的幅值是否大于噪聲閾值，其中，所述第一檢測單元包括：第 二檢測模塊，用于如果檢測出所述波形包絡信號中波包的幅值大于所述噪聲閾值，則檢測 幅值大于所述噪聲閾值的相鄰兩個波包的間隔時間。
[0015] 進一步地，所述處理裝置還包括：索引單元，用于在采集波形包絡信號之后，通過 預先設置的脈沖長度來索引得到局部放電的超聲信號；以及第二確定單元，用于確定所述 局部放電的超聲信號的達到時間。
[0016] 根據本發明實施例，通過利用相鄰兩個波包的間隔時間來確定局部放電的超聲信 號的數量，相對于現有技術中直接波包作為超聲信號而言，能夠識別出屬于同一局部放電 的超聲信號的波包，以便于更準確地統計局部放電的超聲信號的數量，解決了現有技術中 放電次數統計不準確的問題，達到了提高放電次數統計準確性的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0018] 圖1是根據本發明實施例的局部放電超聲信號的處理方法的流程圖；以及
[0019] 圖2是根據本發明實施例的波形包絡信號的示意圖；
[0020] 圖3是根據本發明實施例的超聲信號參數的示意圖；
[0021] 圖4是根據本發明實施例的EC曲線的示意圖；
[0022] 圖5是根據本發明實施例的單脈沖波形的示意圖；
[0023] 圖6是對圖5所示的單脈沖波形求導后的波形示意圖；以及
[0024] 圖7是根據本發明實施例的局部放電超聲信號的處理裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0026] 為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的 附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是 本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術 人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范 圍。
[0027] 需要說明的是，本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語"第一"、"第 二"等是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使 用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發明的實施例。此外，術語"包括"和 "具有"以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元 的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有 清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
[0028] 本發明實施例提供了一種局部放電超聲信號的處理方法。
[0029] 圖1是根據本發明實施例的局部放電超聲信號的處理方法的流程圖。如圖1所示， 該處理方法包括步驟如下：
[0030] 步驟S102,采集波形包絡信號。
[0031] 步驟S104,檢測波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間。
[0032] 步驟S106，利用波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間來確定波形包絡信號中 的局部放電的超聲信號的數量。
[0033] 對于實際的超聲信號，由于試樣或被檢構件的幾何效應，超聲信號波形為如圖2 所示的一系列波形包絡信號。采集波形包絡信號，以便于從該包絡信號中統計出該信號中 的局部放電的超聲信號的次數。
[0034] 由于波形包絡信號中包括一系列波包，這一系列波包中相鄰的不同的波包可能為 同一次局部放電產生的超聲信號，而現有技術中將每一個波包作為依次局部放電的超聲信 號使得統計得到的放電次數與實際放電次數不相符。本發明實施例中，檢測相鄰兩個波包 的間隔時間，可以利用該檢測時間來判斷相鄰兩個波包是一個局部放電的超聲信號還是兩 個局部放電的超聲信號。
[0035] 優選地，利用波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間來確定波形包絡信號中的 局部放電的超聲信號的數量包括：依次判斷波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間是否 超過預先設置的時間閾值，得到判斷結果，其中，如果判斷出間隔時間超過時間閾值，則確 定相鄰兩個波包為兩個局部放電的超聲信號，如果判斷出間隔時間未超過時間閾值，則確 定相鄰兩個波包為一個局部放電的超聲信號；根據判斷結果統計波形包絡信號中的局部放 電的超聲信號的數量。
[0036] 根據預先設置的時間閾值，判斷波形包絡信號中每兩個相鄰的波包之間的間隔時 間與時間閾值的大小關系，從而確定相鄰的兩個波包為同一個局部放電的超聲信號還是兩 個超聲信號，也即是確定是一個放電產生的還是兩次放電產生的。
[0037] 具體地，對每一個超聲通道，通過引入超聲信號撞擊定義時間（HDT)作為時間閾 值來將一連串的波形包絡畫入一個撞擊或劃分為不同的撞擊信號。對于圖2的波形，當儀 器設定的HDT大于兩個波包時間間隔T時，則這兩個波包被劃歸為一個超聲撞擊信號；但如 儀器設定的HDT小于兩個波包過門檻的時間間隔T時，則這兩個波包被劃歸分為兩個超聲 撞擊信號。
[0038] 根據本發明實施例，通過利用相鄰兩個波包的間隔時間來確定局部放電的超聲信 號的數量，相對于現有技術中直接波包作為超聲信號而言，能夠識別出屬于同一局部放電 的超聲信號的波包，以便于更準確地統計局部放電的超聲信號的數量，解決了現有技術中 放電次數統計不準確的問題，達到了提高放電次數統計準確性的效果。
[0039] 優選地，檢測波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間包括：檢測相鄰兩個波包 中第一閾值點與第二閾值點的間隔時間，其中，相鄰兩個波包包括第一波包和在第一波包 之后的第二波包，第一閾值點為第一波包中幅值等于幅值閾值且靠近第二波包的閾值點， 第二閾值點為第二波包中幅值等于幅值閾值且靠近第一波包的閾值點；將第一閾值點與第 二閾值點的間隔時間作為相鄰兩個波包的間隔時間。
[0040] 幅值閾值作為一個門檻，本發明實施例中優選對超過幅值閾值的波包進行判斷。 上述中相鄰的第一波包和第二波包均為超過幅值閾值的波包。由于，每個超過幅值閾值的 波包均包括兩個幅值等于該閾值的點，因此，在判斷過程中，對第一波包和第二包中相鄰的 閾值點的間隔時間進行判斷。
[0041] 具體地，如圖2所示，時間閾值即為超聲信號撞擊定義時間（HDT)，定義為過閾值 后任何時間段在設置的參數間隔時間內沒有新的過門限信號則產生一組參數。如參數間隔 時間內有過門限信號則參數不被產生。因此時間閾值設置越小參數產生越多，即時間個數 越多。
[0042] 如果"參數間隔"設置很小，就會把每一次觸發當作一個事件，"參數間隔"計時 的起始時刻是每一次振鈴過閾值的下降點時刻，如果到下一個振鈴門限的上升點時間大 于參數間隔t，即則計時結束，出現一組參數，即出現一個事件，同樣t4-t3>t、 t6-t5>t、t8-t7>t、tl〇-t9>t，所以又依次出現下面的四個事件；如果到下一個振鈴過門限 的上升點時間小于參數間隔t，即t2-tl〈t，則參數間隔以此振鈴的過門限下降點時刻t3重 新開始計時，直到在參數間隔時間內沒有振鈴過門限的上升點出現（tl〇-t9 = t)，計時結 束，出現一個參數（包括五次振鈴），算一個事件。
[0043] 根據本發明實施例，通過設置幅值閾值，利用相鄰的波包的閾值點來確定相鄰的 兩個波包是否為同一個超聲信號，能夠大大減少數據信號處理量，實現快速地局部放電次 數的統計。
[0044] 幅值閾值設置的大小直接決定了對較低幅值超聲信號的采集程度。閾值越低，所 需要分析的信號就越豐富，也越容易受到噪聲信號的干擾；閾值越高，一些有用的信號就會 被丟棄。閾值一般設置在30dB_45dB之間，根據應用的環境作適當的選擇，比如在室外，環 境比較惡劣，噪聲比較大，閾值就應該設的高一點，反過來如果是在試驗室里，就可以設的 低一點。
[0045] 本發明實施例根據在實驗室測得的實際的背景噪聲，綜合考慮將閾值選取為 0· 03V。
[0046] 本發明實施例具體地的放電次數的提取流程如下：
[0047] 超聲信號參數示意圖如圖3所示，放電次數的提取思想基于其基本原理，當超聲 信號幅值超過幅值閾值后，便截取超過閾值的單獨脈沖，如圖3有6個脈沖，然后索引每個 脈沖的下閾值點和下一個脈沖上閾值點，得到它們的間隔時間。如果間隔時間小于所設定 HDT，則將兩個脈沖合并，繼續判定；當間隔時間大于所設定HDT，則之前合并的脈沖即為一 次放電，由圖3所示，由于ta、tr、td-tr均小于HDT，因此前4個脈沖為一次放電，后兩個脈 沖為一次放電。
[0048] 優選地，在采集波形包絡信號之后，處理方法還包括：檢測波形包絡信號中波包的 幅值是否大于噪聲閾值，其中，檢測波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間包括：如果檢 測出波形包絡信號中波包的幅值大于噪聲閾值，則檢測幅值大于噪聲閾值的相鄰兩個波包 的間隔時間。
[0049] 由于局部放電信號的采集過程中，會存在很多噪聲干擾。在采集到脈沖數據之后， 檢測波包的幅值大于預設的噪聲閾值。噪聲閾值為根據干擾脈沖與局部放電的幅值關系預 設設置的閾值，將幅值大于該噪聲閾值的脈沖作為局部放電脈沖，小于噪聲閾值的脈沖作 為干擾脈沖，這樣，能夠快速地從脈沖波形中分別出局部放電脈沖。這樣，在檢測相鄰兩個 波包的間隔時間時，只需檢測去除干擾脈沖后的波包的間隔時間，提高了信號處理的效率。
[0050] 優選地，在采集波形包絡信號之后，處理方法還包括：通過預先設置的脈沖長度來 索引得到局部放電的超聲信號；以及確定局部放電的超聲信號的達到時間。
[0051] 確定局部放電的超聲信號的達到時間可以通過基于LabVIEW編程來實現。
[0052] 具體地，到達時間指脈沖被傳感器接收到的時間，在沒有干擾的情況下，即為第一 個超過閾值的點所對應的時間，但是無論在在實驗室還是現場，總會存在各種各樣的干擾， 因此在現場干擾環境下，如何準確測量超聲信號到達時間成為關鍵性問題，它將為后續計 算波形持續時間以及實現精確定位奠定基礎。
[0053] 國內外對超聲定位做了大量的研究，其中一個關鍵問題就是時延的確定，即是超 聲信號到達時間的確定，目前國內外常用的方法包括：信號初始峰值法、相關法以及能量累 積法和AIC等，通過對比本文采用Energy Criterion(BC)來求取到達時間。
[0054] 能量累積法：已知能量與超聲信號電壓平方成正比，當局部產生的超聲信號遠大 于背景噪聲時，則在能量曲線上會產生明顯拐點，該拐點即為局部放電發生的起始時刻即 到達時間。但是在現場工況下，局放信號并非遠大于背景噪聲，拐點可能并不明顯，而且拐 點識別需要人工判斷，極易引入誤差。
[0055] EC是對能量累積法的改進，設Vk為第k個點的電壓，k為信號累計點數，則超聲信 號的能量為
【權利要求】
1. 一種局部放電超聲信號的處理方法，其特征在于，包括： 采集波形包絡信號； 檢測所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間；以及 利用所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間來確定所述波形包絡信號中的局 部放電的超聲信號的數量。
2. 根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，利用所述波形包絡信號中相鄰兩個 波包的間隔時間來確定所述波形包絡信號中的局部放電的超聲信號的數量包括： 依次判斷所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間是否超過預先設置的時間閾 值，得到判斷結果，其中，如果判斷出所述間隔時間超過所述時間閾值，則確定所述相鄰兩 個波包為兩個局部放電的超聲信號，如果判斷出所述間隔時間未超過所述時間閾值，則確 定所述相鄰兩個波包為一個局部放電的超聲信號； 根據所述判斷結果統計所述波形包絡信號中的局部放電的超聲信號的數量。
3. 根據權利要求2所述的處理方法，其特征在于，檢測所述波形包絡信號中相鄰兩個 波包的間隔時間包括： 檢測相鄰兩個波包中第一閾值點與第二閾值點的間隔時間，其中，所述相鄰兩個波包 包括第一波包和在所述第一波包之后的第二波包，所述第一閾值點為所述第一波包中幅值 等于幅值閾值且靠近所述第二波包的閾值點，所述第二閾值點為所述第二波包中幅值等于 所述幅值閾值且靠近所述第一波包的閾值點； 將所述第一閾值點與第二閾值點的間隔時間作為所述相鄰兩個波包的間隔時間。
4. 根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，在采集波形包絡信號之后，所述處理 方法還包括： 檢測所述波形包絡信號中波包的幅值是否大于噪聲閾值， 其中，檢測所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間包括：如果檢測出所述波形 包絡信號中波包的幅值大于所述噪聲閾值，則檢測幅值大于所述噪聲閾值的相鄰兩個波包 的間隔時間。
5. 根據權利要求1所述的處理方法，其特征在于，在采集波形包絡信號之后，所述處理 方法還包括： 通過預先設置的脈沖長度來索引得到局部放電的超聲信號；以及 確定所述局部放電的超聲信號的達到時間。
6. -種局部放電超聲信號的處理裝置，其特征在于，包括： 采集單元，用于采集波形包絡信號； 第一檢測單元，用于檢測所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間；以及 第一確定單元，用于利用所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間來確定所述波 形包絡信號中的局部放電的超聲信號的數量。
7. 根據權利要求6所述的處理裝置，其特征在于，所述第一確定單元包括： 判斷模塊，用于依次判斷所述波形包絡信號中相鄰兩個波包的間隔時間是否超過預先 設置的時間閾值，得到判斷結果，其中，如果判斷出所述間隔時間超過所述時間閾值，則確 定所述相鄰兩個波包為兩個局部放電的超聲信號，如果判斷出所述間隔時間未超過所述時 間閾值，則確定所述相鄰兩個波包為一個局部放電的超聲信號； 計算模塊，用于根據所述判斷結果統計所述波形包絡信號中的局部放電的超聲信號的 數量。
8. 根據權利要求7所述的處理裝置，其特征在于，所述第一檢測單元包括： 第一檢測模塊，用于檢測相鄰兩個波包中第一閾值點與第二閾值點的間隔時間，其中， 所述相鄰兩個波包包括第一波包和在所述第一波包之后的第二波包，所述第一閾值點為所 述第一波包中幅值等于幅值閾值且靠近所述第二波包的閾值點，所述第二閾值點為所述第 二波包中幅值等于所述幅值閾值且靠近所述第一波包的閾值點； 確定模塊，用于將所述第一閾值點與第二閾值點的間隔時間作為所述相鄰兩個波包的 間隔時間。
9. 根據權利要求6所述的處理裝置，其特征在于，所述處理裝置還包括： 第二檢測單元，用于在采集波形包絡信號之后，檢測所述波形包絡信號中波包的幅值 是否大于噪聲閾值， 其中，所述第一檢測單元包括：第二檢測模塊，用于如果檢測出所述波形包絡信號中波 包的幅值大于所述噪聲閾值，則檢測幅值大于所述噪聲閾值的相鄰兩個波包的間隔時間。
10. 根據權利要求6所述的處理裝置，其特征在于，所述處理裝置還包括： 索引單元，用于在采集波形包絡信號之后，通過預先設置的脈沖長度來索引得到局部 放電的超聲信號；以及 第二確定單元，用于確定所述局部放電的超聲信號的達到時間。
【文檔編號】G01R31/12GK104459485SQ201410690856
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】陶詩洋, 段大鵬, 程序, 齊偉強, 任志剛, 劉弘景, 張天辰 申請人:國家電網公司, 國網北京市電力公司