一種基于滑動窗口的局部放電單脈沖提取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高壓電氣設備局部放電單脈沖提取方法，屬高壓電氣設備狀態在 線監測、帶電檢測技術領域。
【背景技術】
[0002] 局部放電檢測是發現高壓電氣設備內部絕緣缺陷的重要手段之一。傳統的局部放 電檢測一般采用脈沖"峰值-時間"序列檢測方法，即提取基于工頻相位的放電特征譜圖， 如"最大放電幅值對相位分布"、"平均放電幅值對相位分布"、"放電次數對相位分布"等譜 圖，僅從統計學上分析放電隨工頻相位的分布特性，損失了局部放電單脈沖的時頻特征；并 且放電脈沖個數的統計采用相位開窗法，與實際放電脈沖個數存在較大差異。然而，放電單 脈沖的提取、分析對放電類型判斷、放電源位置查找至關重要。
[0003] 單脈沖提取的基本任務是確定脈沖的起始時間t (S)和終止時間t(e)，對信號的 離散采樣時間序列{x (i)}而言，即需要找到單脈沖的起點X (s)和終點X (e)，由于采樣時間 序列上疊加有白噪聲，為了將單脈沖從白噪背景中提取出來，本發明提出一種基于滑動窗 口的局部放電單脈沖提取方法，將傳統的脈沖"峰值-時間"序列檢測改為脈沖"波形-時 間"序列檢測，為單脈沖分析奠定基礎。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是，為了對高壓電氣設備內部局部放電單脈沖進行分析，本發明公 開了一種基于滑動窗口的局部放電單脈沖提取方法。
[0005] 本發明的技術方案是，針對信號的離散采樣時間序列lx(i)}，x(i)為采樣點i的 幅值，截取由無脈沖區域組成的背景信號Xi(i = 1，2,…，η)，統計得到背景白噪的均值μ 和方差σ 2,利用脈沖信號連續性及其能量有限特性，確定脈沖幅值閾值TJP滑動窗口能量 閾值?；，通過搜索采樣時間序列，依據幅值閾值T a判斷是否存在單脈沖，存在脈沖則建立滑 動窗口，通過滑動窗口最終確定單脈沖的起點和終點，實現單脈沖的提取。
[0006] 針對傳統局部放電檢測采用的脈沖"峰值-時間"序列檢測存在的放電脈沖個數 計算不準確、損失局部放電單脈沖時頻特征等問題，本發明將傳統的脈沖"峰值-時間"序 列檢測改為脈沖"波形-時間"序列檢測，通過單脈沖提取保證了放電脈沖個數這一重要放 電參量計算的準確性，同時提取的單脈沖保留了脈沖的時頻特征，對放電類型判斷、放電源 位置查找提供基礎數據；為單脈沖分析奠定基礎。
[0007] 本發明方法的步驟如下：
[0008] (1)針對信號的離散采樣時間序列Ix⑴}，截取由無脈沖區域組成的背景信號 Xi(i = 1，2,…，η)，統計得到背景白噪的均值μ和方差〇2,確定脈沖幅值閾值1和滑動窗 口能量閾值T e;
[0009] (2)從i = 0開始對信號的采樣序列Ix⑴}進行搜索，當X(i)的絕對值大于閾值 Ta時，即|x(i) |>1\時，認為信號中存在一個單脈沖p(i)，然后以x(i)為中心，向前后搜索 脈沖P (i)的起點和終點；
[0010] (3)以x(i)為能量中心，建立滑動數據窗W(k)，k= (i-M，...，i，...，i+M)，2M+l 為窗口內采樣點數量，M由局部放電檢測方式（高頻、特高頻、超聲波）及系統采樣速率確 定，則W(k)內信號的能量E(k)為：
[0011]
【主權項】
1. 一種基于滑動窗口的局部放電單脈沖提取方法，其特征在于，所述方法針對信號的 離散采樣時間序列lx(i)}， x(i)為采樣點i的幅值，截取由無脈沖區域組成的背景信號 Xi(i = 1，2,…，n)，統計得到背景白噪的均值μ和方差σ2,利用脈沖信號連續性及其能量 有限特性，確定脈沖幅值閾值T a和滑動窗口能量閾值，通過搜索采樣時間序列，依據幅值 閾值Ta判斷是否存在單脈沖，存在脈沖則建立滑動窗口，通過滑動窗口最終確定單脈沖的 起點和終點，實現單脈沖的提取。
2. 根據權利要求1所述的一種基于滑動窗口的局部放電單脈沖提取方法，其特征在 于，所述方法將傳統的脈沖"峰值-時間"序列檢測改為脈沖"波形-時間"序列檢測，為單 脈沖分析奠定基礎。
3. 根據權利要求1所述的一種基于滑動窗口的局部放電單脈沖提取方法，其特征在 于，所述方法的步驟為： a)針對信號的離散采樣時間序列?χα)}，截取由無脈沖區域組成的背景信號Xiα = 1，2,…，η)，統計得到背景白噪的均值μ和方差〇2,確定脈沖幅值閾值TJP滑動窗口能量 閾值Τ ε; (2) 從i = O開始對信號的采樣序列|x(i)}進行搜索，當x(i)的絕對值大于閾值Ta 時，即|x(i) |>1；時，認為信號中存在一個單脈沖P(i)，然后以x(i)為中心，向前后搜索脈 沖P (i)的起點和終點；
(3) 以x(i)為能量中心，建立滑動數據窗W(k)，k= (i-M，...，i，...，i+M)，2M+l為窗 口內采樣點數量，M由局部放電檢測方式及系統采樣速率確定，則W(k)內信號的能量E (k) 為： (1) 式中，Ix (j)}為采樣時間序列中的一段，x(j)為采樣點j的幅值，信號能量E (k)為歸 一化能量，以下相同；該數據窗內總的數據點數N為 N = (i+M)-(i-M)+l = 2M+1 (2) (4) 將數據窗W(k)向i增大的方向滑動一格，形成下一個數據窗W(k+1)，則原始數據 窗W(k)內的第一個數據點x(i-M)移出了 W(k+1)，同時數據點x(i+M+l)添加到新窗口中， W(k+1)內信號的能量E(k+1)為：
(3) 由于W(k+1)是W(k)經過滑動得到，則W(k+1)窗口內的信號能量E(k+1)可簡化為 E (k+1) = E (k)_[X (i_M) ]2+[X (i+Μ+Ι) ]2; (4) (5) 當W(k+1)窗口內的信號能量E(k+1)大于某一閾值Te時，則W(k+1)窗口的中 心點x(i+l)屬于脈沖P(i)，此時繼續向前滑動窗口，判斷下一中心點是否屬于該脈沖； 當E (k+Ι)小于Te時，中心點x(i+l)不屬于脈沖P (i)，滑動窗口停止，由此確定脈沖終點 x(e)； (6) 向i減小的方向滑動窗口，以確定脈沖的起點X(S);窗口 W(k-l)內的信號能量 E(k-l)由下式計算： E (k-1) = E (k) + [x (i-M-1) ]2- [x (i+M) ]2 (5) 根據式⑷和（5)計算滑動窗口內信號的能量，對每個中心點是否屬于脈沖P (i)的判 別僅需要兩次加法和一次比較運算，計算時間和空間復雜度小，能夠有效提取單脈沖，滿足 實時在線運行需求。
4.根據權利要求3所述的一種基于滑動窗口的局部放電單脈沖提取方法，其特征在 于，所述局部放電檢測方式包括高頻、特高頻、超聲波。
【專利摘要】一種基于滑動窗口的局部放電單脈沖提取方法，針對信號的離散采樣時間序列{x(i)}，截取由無脈沖區域組成的背景信號xi(i=1,2,…,n)，統計得到背景白噪的均值μ和方差σ2，利用脈沖信號連續性及其能量有限特性，確定脈沖幅值閾值Ta和滑動窗口能量閾值Te，通過搜索采樣時間序列，依據幅值閾值Ta判斷是否存在單脈沖，存在脈沖則在采樣時間序列上建立滑動窗口，通過滑動窗口最終確定單脈沖的起點和終點，實現單脈沖的提取。解決傳統局部放電檢測采用的脈沖“峰值-時間”序列檢測存在的放電脈沖個數計算不準確、損失局部放電單脈沖時頻特征等問題。本發明適用于高壓電氣設備高頻、特高頻、超聲波局部放電在線監測和帶電檢測的實時脈沖提取。
【IPC分類】G01R31-12
【公開號】CN104635126
【申請號】CN201510039304
【發明人】劉明軍, 周求寬, 王鵬
【申請人】國家電網公司, 國網江西省電力科學研究院
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月27日