基于STFT的高压电气设备局放信号时频分析

为了分析高压电气设备的局部放电信号,介绍了基于短时傅里叶变换(STFT)的时频分析方法及其重要性,并使用2种基于Matlab的方法仿真分析了局放信号。结果显示,基于trfstft方法的STFT时频分析可很好的给出局放信号的时频变化规律及其强度并从噪声中分离出局放信号。这提供了一种对含噪的模拟局放信号去噪处理的方法,可帮助有针对性地减少其危害,并进行目标识别和故障诊断。     

利用重排分布理论的GIS局放信号时频分析

为了在时频域上更好地分析气体绝缘组合开关(gas insulated switchgear,GIS)设备的局部放电信号,介绍了2种经典的Cohen类和仿射类时频分析方法并针对该两种时频分析方法无法消除交叉干扰项的问题,又引入了一种基于信号重排理论的方法,对Cohen类和仿射类时频分析方法进行重排变换,以降低交叉干扰项的影响,提高信号时频聚集性和可读性。最后,将该重排时频变换方法应用于GIS局部放电信号时频分析中,用于抑制现场噪声干扰,提取局放脉冲发生的时间和频率信息。通过对仿真和现场采集的局放信号进行时频分析处理,发现经重排变换后的Cohen类和仿射类时频分析方法,可以获得更佳的时域和频域分辨率,验证了重排方法的有效性。     

S变换在电力电缆局部放电信号时频分析中的应用

针对电力电缆局部放电检测,介绍了基于新型S变换的时频分析方法,用于提取及分辨淹没在现场噪声干扰中的局放脉冲信号。局放信号是典型非平稳信号,单纯使用时域或者频域信息都不能很好地表示奇异信号的时变信息。最近发展的S变换是连续小波变换和短时傅里叶变换的一种结合与延伸,引入了幅度和宽度均随频率变换的高斯窗,具有与频率相关的渐进分辨率特性。局放信号的S变换图谱,在信号高频分量部分获得较高的时域分辨率,而在低频分量部分获得较高的频域分辨率,并可提取局放脉冲发生时刻及信号中心振荡频率等特征信息。对仿真信号和现场采集的电力电缆接地线上的局放信号应用S变换进行时频分析,并与短时傅里叶变换及Gabor变换等传统时频分析方法比较,结果显示S变换的时频分析可有效获取局放脉冲信息。     

频率切片小波变换在局部放电信号分析中的应用

在对电力设备局部放电信号进行时频分析时,当信噪比较低或周期性窄带干扰的频率与局放信号频带重叠时,会影响信号时频特征提取的准确性,使目前的局放信号时频分析方法存在局限性.为此,利用频率切片小波变换具有自由分割时频面的优点,提出一种基于频率切片小波变换的局放信号时频分析新方法.首先根据Heisenberg不确定性原理选择时频聚集性最佳的频率切片函数,利用频率切片小波变换获取局放信号的时频分布,突出信号非平稳特征,再根据噪声信号能量与局放信号能量时频分布的差异,选择时频细化区域重构分离出局放信号,结合3σ准则及窄带干扰抑制方法进一步消噪.仿真和实测信号的处理结果表明,与S变换相比,频率切片小波变换具有更高的时频分辨率和任意频带信号提取的灵活性,能够细腻刻画信号的非平稳过程;将时频信息融入局放信号噪声干扰抑制,信号能量损失和波形畸变较小,有利于后续局放信号的模式识别和机理研究.     

计及信号传输特性的变压器套管末屏高频局部放电信号时频分析方法

为区分变压器套管末屏高频局部放电信号来源,搭建含了电容屏撕裂缺陷套管和可拆装的针板放电缺陷模型的实验装置,采用在不同位置施加校准脉冲激励和高电压激发缺陷的实验方法,对变压器套管末屏耦合高频脉冲信号进行时频分析,同时比较了基于短时傅里叶变换、同步压缩小波变换、同步提取变换方法的时频图谱对信号传输路径的区分效果,并提出了时频图谱后处理方法。研究表明:利用传输过程对高频局部放电信号时频分析谱图的影响可以区分信号来源;与同步压缩小波变换、短时傅里叶变换相比,同步提取变换产生的时频图谱能更好地区分信号来源。     

重排Cohen类时频分布用于GIS局部放电声信号时频分析

为了完整描述气体绝缘组合开关(gas insulated switchgear,GIS)在发生局部放电时信号的时频域信息,介绍了Cohen类双线性时频分布并针对交叉干扰项影响无法完全消除的问题进行了重排时频变换以提取及分辨含有白噪声和窄带周期干扰的局部放电信号。处理仿真和现场检测到的局部放电超声信号时根据白噪声和窄带周期干扰信号在时域上的平稳性特性发现重排Cohen类时频变换方法不仅可以很好地将局放信号和背景噪声以及窄带周期干扰信号分辨开来,而且大大减弱并抑制了交叉干扰项的影响,保持了更高的时频分辨率和时频聚集性,从而验证了重排Cohen类时频变换方法的有效性。     

基于修正时频聚类分界的GIS设备特高频偶发局放识别算法

特高压气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)特高频局放信号呈现小脉冲、少脉冲偶发特征,常被干扰信号淹没。常规单通道局放识别方法难以有效提取特高压GIS特高频偶发局放信号,为此迫切需要研究基于多通道的特高频偶发局放信号识别算法。首先现场实测了1000 kV GIS多通道特高频局放信号,基于其频谱特性,提出了采用双指数脉冲信号注入和真实干扰源的特高压GIS特高频偶发局放信号模拟实验方法,通过改变注入信号幅值模拟不同信噪比的特高频局放信号脉冲,获得了9000组多通道特高频局放信号和干扰信号数据样本;其次研究了多通道特高频信号时频特征聚类方法,在常规K-Means方法的基础上,提出了一种基于修正时频聚类分界的特高压GIS特高频偶发局放识别方法,提出了修正系数L的最优取值;最后将该方法应用于某1000kV GIS特高频局放现场带电检测,验证了该方法的有效性。     

希尔伯特-黄变换在变压器局部放电脉冲识别中的应用

时频分析方法是变压器局部放电特征提取的有效手段。讨论利用小波变换方法分析非平稳信号的局限性,介绍希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)的理论体系,并分别应用2种时频分析方法得到不同类型局放信号的幅值谱,从中提取了时频熵向量作为用于模式识别的特征量,模糊聚类结果显示,由希尔伯特-黄变换得到的时频熵向量具有优于小波变换的聚类特性。因此,希尔伯特-黄变换是目前变压器局放信号特征提取的有效方法。     

基于广义S变换的高斯领域时频滤波方法

针对S变换时频滤波局部时频区域选择问题,提出了一种高斯邻域阈值滤波方法。首先,利用S变换的二维时频特性,构建时频分辨率可调的广义S变换,提高分析信号的时频分辨率。然后根据不同时频分布类型,定义了3种不同的高斯邻域时频滤波模型。针对不同模型高斯邻域,对信号中S矩阵高斯邻域内的时频数据采用局部阈值处理,保留有用信息,通过广义S反变换得到滤波后的信号。仿真与实验结果表明,广义S变换高斯邻域时频阈值滤波方法具有较高的滤波精度,该滤波模型能有效减小滤波均方差。     

开关柜多源局部放电信号分离及聚类方法研究

文中采用暂态对地电压(transient earth voltage,TEV)法对10 kV高压开关柜局部放电进行检测,并利用短时傅里叶变换(short-time Fourier transform,STFT)分析了开关柜不同类型放电下局放TEV信号的时间频率特性,结果表明不同放电TEV信号的时频特性不同。基于此,又对信号STFT时频分析结果提取了信号的时间中心tc、频率中心fc以及中心矩μc3个特征参数。试验表明多源局部放电TEV信号能够在tc~fc~μc三维特征空间内实现信号分离。进一步利用GK模糊聚类方法在tc~fc~μc三维空间内实现了对多源放电TEV信号的智能分离与聚类。试验及分析结果表明与基于傅里叶变换的传统方法比较,文中方法具有更优的信号分离效果,且实现了多源信号的智能聚类。     

采用Gabor变换的局部放电信号时频分析

局部放电信号频率是时变的,为更好地反映它的时频特性,采用一种时频分析方法Gabor变换,将它应用于局部放电信号分析中,并利用不确定原理选择高斯窗函数作为Gabor变换的基函数,提高了分析结果的时频聚集性。通过对实际局部放电信号进行分析处理,结果表明在选择合适的窗函数参数的情况下,基于Gabor变换的时频谱能够细致的刻画信号在时频平面上所发生的变化过程,准确反映了局部放电信号的时频特性,可有效满足对局部放电信号进行时频分析的要求,有利于对信号特征的提取。     

基于同步挤压变换和深度迁移学习的GIS隔离开关故障诊断

为实现气体绝缘组合电器(GIS)隔离开关机械故障的智能诊断,基于GIS隔离开关分合闸过程中的振动信号,提出了基于深度迁移学习的GIS隔离开关机械故障诊断方法。首先应用二阶同步挤压傅里叶变换(FSST2)获取GIS隔离开关振动信号的时频分布,然后基于深度迁移学习的思想构建预训练模型并进行优化,建立了GIS隔离开关机械故障智能诊断模型。对某GR角型GIS隔离开关正常和典型机械故障状态下的振动信号的分析结果表明,基于FSST2得到的GIS隔离开关振动信号时频表示具有较好的能量聚集性,所建立的GIS隔离开关机械故障智能诊断模型识别准确率高且模型复杂度低,可用于GIS隔离开关机械故障的高效诊断。     

基于脉冲电流波形的GIS局部放电检测抗干扰技术研究

介绍了基于脉冲电流波形用于GIS局部放电检测的新型抗干扰技术。该抗干扰技术由脉冲电流波形的特征提取以及基于波形特征的聚类分析实现。其中,脉冲电流波形的特征提取由基于时频波形和频域波形的等效时频法,而快速聚类分析则由模糊C均值聚类(FCM)实现。受干扰脉冲源影响的电晕放电仿真试验和基于宽带局部放电检测的GIS母线毛刺试验均验证了该新型抗干扰技术的可行性和实用性。     

基于虚拟仪器的GIS局部放电声电联合检测系统

笔者设计了一套基于虚拟仪器的GIS局部放电声电联合检测系统,通过不同速率的数据采集模块对GIS局部放电过程中所产生的超高频、高频电流以及超声波信号进行多通道同步联合检测。系统基于LabVIEW虚拟仪器平台开发,可连续捕捉与采集存储局部放电脉冲波形信号、实时计算放电脉冲相位。利用采集的局放信号进行时频分析和模糊聚类实现了多源局放的有效分离和类型判断,同时基于多路局部放电超高频信号与超声波信号本身或两者之间的时差可实现局部放电源的定位。该系统已在多个220 kV及500 kV GIS变电站的局部放电现场检测中得以应用,检测结果验证了系统的性能。     

标准操作冲击电压下220 kV GIS中典型缺陷局部放电特征

通过在实验室搭建的冲击电压下220 kV GIS局部放电测试系统,研究了在220 kV GIS母线段中设置典型缺陷在标准操作冲击电压下局部放电特性。大量试验表明,在标准操作冲击电压下,局部放电具有较工频具有显著性差异。局部放电从PDIV开始就表现出较高的放电脉冲幅值、放电次数以及更宽的放电区域范围,此趋势随着施加电压的上升而越明显,且负极性的放电概率要高于正极性下的放电。     

短时傅立叶变换在大型水轮发电机组振动分析中的应用

针对水轮发电机组工作环境的特殊性、引起振动原因的多元性及复杂性,根据短时傅立叶的线性时频变换特性,将时频分析理论应用于水轮发电机组的振动分析.以实际工程中的水轮发电机组为例,应用短时傅立叶变换分析机组的振动信号,结果图清晰直观地表现了机组的振动情况,为水轮发电机组的故障诊断提供了理论和现实依据.     

Cohen类时频分布比较及其在局部放电信号处理中的应用

系统地以参函数的角度介绍了6种典型的Cohen类时频分布。从理论和应用效果上分析了各分布的交叉干扰项衰减和时频分辨率性能。针对局部放电信号的非平稳性,展现了各分布在处理仿真和实际脉冲信号的应用效果。试验结果表明,平滑伪Choi-Williams分布(SPCWD)对局放脉冲非平稳信号引发的短时变化具有高度的敏感性,更为适合表征局放脉冲信号的时变信息。据此,可提取单个脉冲波形的时频特征参数、分析多个连续放电脉冲的时频变化,从而用于放电类型的模式识别以及深入研究绝缘系统中的局部放电机理。     

Transmission line distance relaying using a variable window short-time Fourier transform

This paper presents a new approach for transmission line protection using a variable window short-time Fourier transform known as S-transform. The S-transform (ST) is a time–frequency spectral localization method, similar to short-time Fourier transform (STFT), but with a Gaussian window whose width scales inversely, and whose height scales linearly with the frequency. The change in spectral energy of the ST of the current and voltage signals provide the information regarding fault detection. After the fault detection, the impedance to the fault point is calculated using the estimated phasors of the faulted current and voltage signals which provide accurate results even with noisy conditions. Also, the fault location is calculated using polynomial curve fitting technique with a devised index obtained from the ratio of spectral energy of the voltage and current signals, respectively.     

基于S-Method分布的微多普勒特征分析

微多普勒特征是雷达目标所具有的独特特征之一,对目标的分类、识别具有特殊的意义.研究高精度时频分析方法在分析目标微动特性中的作用,可以为后续目标识别提供很好的支撑.S-Method分布作为一种新型的时频分析方法,它基于短时傅里叶变换来实现,减少了分析过程中的运算量,同时能较好地解决交叉项问题.首先对弹道导弹弹头的微动模型进行建模,推导得到微动模型的理论微多普勒频率,然后采用S-Method分布对回波信号进行时频分析仿真实验,获得弹头目标章动的高精度的时间-微多普勒频率图.通过比较其在分析过程中的时频分辨率、交叉项,具体阐述S-Method分布在时频分析中的优势.因此可以将S-Method分布应用于雷达目标微多普勒分析中,分析实时变化的微多普勒频率特征.     

基于超高频检测技术研究GIS中的局部放电

根据气体绝缘的金属封闭式组合电器(GIS)的波导结构及局部放电脉冲所激发的电磁波的宽频带特征,建立了外部天线超高频局部放电检测系统。利用该系统对252kVGIS母线段中相同气压、不同电压超高频下固定微粒局部放电模型进行检测,并借助联合时频分析方法对信号进行处理。结果表明,外部天线超高频局部放电检测系统可以实现GIS局部放电检测,固定微粒局部放电频谱特征明显。