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。     

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。     

局部放电超高频信号时频特性与传播距离的关系

超高频(UHF)检测法具有频带宽、信息量大、抗干扰能力强等一系列优点,近年来在局部放电检测中得到了广泛应用。为此,建立了变压器油纸绝缘局部放电模型,研究了超高频电磁波信号与脉冲电流之间的对应关系,以及超高频电磁波信号与传播距离的关系。实验结果表明:1)随着传播距离的增加,超高频电磁波信号的能量和幅值均呈非线性衰减趋势;2)局部放电超高频电磁波信号幅值与脉冲电流幅值成正比关系,超高频电磁波信号能量与脉冲电流幅值的平方成正比关系,且比例系数随着超高频电磁波信号传播距离增加而减小;3)超高频电磁波信号中高频分量随着传播距离增加而衰减很快。以上结论有助于更加详细地了解局部放电超高频电磁波信号的辐射规律,是超高频检测法用来检测电力设备局部放电的依据。     

球形麦克风阵列时频故障信号定位算法研究

针对广义互相关算法在强噪声环境下,设备故障时频声音信号定位困难的问题,提出一种结合图像分析与短时傅里叶变换(STFT)的时频信号子空间延时(TFSD)估计算法。利用STFT域中的噪声与信号特征,结合STFT域中不同麦克风测量数据的相关信息,使用滤波、谱减等方法进行信号、噪声区域分离,构建信号主成分区域,通过反演构造信号子空间,从而进行端点识别,延时值估计,实现声源定位。仿真结果表明,即使在加性噪声幅度远大于故障信号的2倍,也能实现准确的延时估计,延时估计误差和5 m×5 m范围的定位误差小于10%,实测也证实了该结果的正确性。     

肥心病心音时频杂波特征提取识别算法研究

为了便捷有效地识别肥心病与正常心音,提出了基于心音信号的时频域(TFD)特征提取新方法。综合应用小波变换与主成分分析对信号进行降噪预处理;基于变频同态滤波(FCHF)提取信号的时域包络,进行分割定位,提取收缩期杂音能量E_s与舒张期杂音能量E_d;通过谱估计提取心杂音缩放因子(SF)对时域E_s与E_d进行加权处理,提出用于表征肥心病心杂音的量化指标。对100例正常心音和181例肥心病心音进行分类,验证提出量化指标的有效性,平均识别准确率可达92.97%,最优识别正确率可达95.37%,结果表明提取的特征能有效识别正常心音与肥心病心音。算法提出的量化指标能够有效表征肥心病病理性特征,研究提出的心杂音量化指标提取算法为肥心病心音的分类识别提供技术基础。     

利用加速度信号时频域特征的枪击识别研究

当前枪支射弹可靠检测及精确计数是枪弹管控的难点之一。为提高基于加速度信号的射弹检测算法的精度和可靠性,提出一种新的射击信号时域特征提取方法—时域分段特征提取法,可避免时域特征过度依赖于加速度瞬时尖峰的问题。首先,提取了枪击加速度样本信号的时域和频域各类统计特征。然后,采用机器学习分类算法K近邻、逻辑回归、支持向量机以及决策树和随机森林进行枪击识别建模。最后,探索和比较各种单一特征对枪击事件识别模型性能的影响。实验结果表明,所提取的主波动域面积特征具有最优的区分度,能够在多数机器学习算法上达到99%以上的分类准确率。     

电晕放电辐射信号特征研究

在背景噪声研究的基础上,利用放电针对电晕放电辐射信号进行了实验研究。分析了不同因素(包括不同极性和大小的电压、天线的极化方向、接收距离、放电针的形状、温湿度等)对电晕放电辐射信号波形和频谱的影响。实验表明,电晕放电辐射信号波形具有陡峭的前沿,上升时间从几纳秒到二十几纳秒;频谱成钟型连续谱,主要集中在20~100MHz;极性不同,信号波形不同;电晕放电辐射场一般为垂直极化;辐射强度与接收距离成反比关系;相对湿度不同,信号幅值不同。     

染污绝缘子放电空间电场时频特性研究

恶劣气象条件地区的污闪事故时有发生,而目前对污秽外绝缘放电机制的理解还不够全面。为揭示污秽绝缘子放电空间电场特性,该文提出了一种新的污闪预警方法。在前期研究基础上,开展了染污绝缘子放电空间电场波形监测试验,重点研究了空间电场波形的时频特征参量。对于时域特征,对空间电场信号有效值、峰峰值、峰值因子三个时域特征量进行了研究,获得了其与盐密、绝缘子闪络状态的关系;对于频域特征,对空间电场信号进行傅里叶分解,获得了不同试验条件下的频谱图,发现发生闪络时,绝缘子空间电场信号中谐波分量占比升高,并提出可用三次谐波因子来描述绝缘子污闪放电发展程度。研究成果可进一步揭示污闪放电机制,并为解决恶劣环境下输电线路污闪预警的实际工程问题提供技术支撑。     

GIS固体绝缘缺陷所激发特高频信号时频特征研究

利用特高频局部放电检测方法及时发现并处理气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内部固体绝缘缺陷,是GIS设备运维的重要手段。目前将异常特高频信号与现行标准、规范和典型模拟缺陷图谱进行比对从而诊断缺陷类型及严重程度的方法,因现场情况复杂、设备结构各异,准确性有待进一步提升。因此文中针对现场检测中发现的GIS固体绝缘表面放电缺陷和内部气隙放电缺陷,研究该类缺陷所激发特高频局部放电信号的PRPS统计图谱特征,并利用傅里叶变换和连续小波变换分析单次特高频原始脉冲的频谱特征和时频特征。通过总结各类典型固体绝缘放电缺陷信号的脉冲持续时间、放电次数、相位宽度、极性效应、频域分布和时频特征等变化规律,有助于优化特高频检测频带,提升绝缘类缺陷的检测灵敏度,有利于检测人员更加准确进行放电类型识别和缺陷综合诊断,提升现场缺陷检测和诊断水平。     

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。     

人体步态雷达信号时频分析方法研究

人体行走步态是一类重要的生物特征,通过分析连续波雷达采集的人体反射回波信号可以获取行走步态的关键特征.提出了人体行走步态特征信号模型,在构建连续波步态试验雷达的基础上,应用时频分析方法对采集的步态样本信号进行了分析,重点讨论了多分量非稳态信号的时频分析方法,对比了短时傅里叶分析、WIGNER-VILLE分布、伪平滑WV...     

EMD算法在移频信号解调中的应用研究

随着我国列车运行速度的不断提高,对列车运行自动控制系统的可靠性和安全性提出越来越高的要求.现存的算法大多考虑纯净的或SNR较高的移频信号.为了实现在强噪声背景下移频信号的可靠、准确解调,本文提出了一种基于EMD分解算法的移频信号解调方法,并进行了计算机仿真.仿真结果表明,用EMD分解算法能够从强噪声背景下分解出移频信号,结合FFT变换,可以实现移频信号的解调.与现存的算法比较,本文的算法简单,可实时性好.     

基于改进HHT算法的GIS机械振动信号时频分析

为了研究可现场带电作业的GIS振动信号检测方法,掌握不同机械故障类型下的振动信号特性,建立GIS机械故障诊断数据库,利用110 k V单相分箱GIS设备建立了一套GIS机械故障检测平台。通过构建螺丝松动和互感器振荡两种常见的GIS机械故障,并利用传感器测量GIS正常运行振动信号和两种故障下GIS振动信号,利用总体集合经验模态分解提取振动信号的特征量,再将通过EEMD预处理得到的信号进行希尔伯特变换。实测信号的分析结果说明,采用经EEMD算法的预处理后再进行HT变换的方法对GIS机械振动信号进行时频分析可以有效地处理GIS振动信号,从而建立GIS机械故障诊断数据库,为实现现场带电检测GIS机械故障提供理论依据。     

低信噪比数字通信信号识别算法研究

基于高阶累积量可以抑制高斯噪声的特性以及分形盒维数对噪声不敏感的特性,对于现代通信中常用的BPSK、QPSK、OQPSK、MSK和GMSK五种信号,文章建立了信号模型,并从理论上推导了信号的高阶累积量特征,分析了信号的分形盒维数特征,文章提出了一种有效的识别算法,并验证了仿真试验证实了算法的可行性。     

基于图像处理的GIS局部放电图谱信号恢复

由于局部放电检测设备厂家的原始信号不公开、厂家间数据格式不统一等原因,现有存储的局部放电数据多以图谱形式存在。在这种情况下,大量原始记录和信息已经丢失,不利于后续的分析和诊断。通过图像处理手段,提出了一种可行的GIS局部放电图谱信号恢复算法。以Hanbit便携式GIS局放设备得到的PRPS图谱为例,首先通过双边梯度提取坐标轴网格线,然后在不同的色彩空间检测信号。结合检测到的网格线和放电信号点,可以恢复放电信号的相位和幅值信息。利用这些重建的信息,可以更加便捷地利用现有成熟的针对信号的局部放电自动诊断算法。将非结构化的图谱数据转化为结构化的信号对于电力大数据的研究也具有重要意义。     

变压器套管局部放电的特征与识别

变压器套管的局部放电是引起绝缘劣化,导致套管着火和爆炸的重要原因,现有的套管局部放电测量需要利用套管末屏的接地线,操作复杂,且容易受地网中的脉冲信号干扰。为了解决这个问题,文中提出了一种基于特高频技术的变压器套管局部放电检测及模式识别方法。根据实际套管典型缺陷,在实验室以110 kV变压器出线套管为试验对象,制造了套管顶部悬浮、套管末屏引线接触不良、套管下部均压环悬浮模型、套管下瓷套沿面放电这4种缺陷模型。利用传统脉冲电流和特高频检测方法,测量了局部放电特性,对比分析了脉冲电流PRPD、特高频PRPD、NV图谱的特征。研究结果表明:套管缺陷局放特高频PRPD谱图与脉冲电流法所测结果基本一致;根据PRPD、NV图谱的形态特征,可以辨识出套管局部放电缺陷类型及可能的放电部位。文中的研究成果对推动套管局部放电带电检测有重要意义。     

典型GIS局部放电超声波信号特征研究

利用超声波法对4种GIS中的典型局部放电进行实验研究,包括GIS内金属颗粒群、高电位接触不良、地电位接触不良和高压尖刺.首先建立GIS局部放电模拟测试平台,其中包括局部放电模拟系统、超声波测量系统和常规脉冲电流法测量系统.然后在此平台基础上,得到不同类型局部放电超声波信号的发生发展规律,给出信号的统计谱图,包括N-ф谱图(放电次数与放电相位关系谱图)和Umax-ф谱图(放电幅值与放电相位关系谱图).实验结果表明,低频超声波传感器可以监测到这4种局部放电信号,信号统计谱图可以显示出故障模型的不同特征.     

GIS局部放电特高频信号特征的研究

为了研究GIS（全封闭气体绝缘组合电器）设备内部各种不同类型局放故障的特高频信号特征,利用实际的110kVGIS母线段建立了一套GIS局部放电试验平台,并在试验平台上进行了高压尖端、地电位尖端、盆式绝缘子表面金属颗粒、悬浮电位放电和绝缘子内部缺陷等几类典型缺陷模型的局放试验,获取了不同缺陷的图谱资料。试验结果表明,依据特高频信号的特征,可以对不同类型缺陷进行区分。