一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算新方法与流程

本发明属于电力设备绝缘状态检测的技术领域，特别涉及一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算新方法。

背景技术：

局部放电检测作为一种非破坏性的技术，已被广泛应用于评估中高压电力电缆的绝缘状态。电缆故障定位多采用振荡波技术，振荡波技术与近年来广泛采用的时域反射法相结合，形成了用于电缆缺陷定位的振荡波测试系统，该方式在交联聚乙烯电缆现场试验中已逐渐被认可。时域反射法在进行电缆故障定位时需要首先计算振荡波在电缆中的传播速度，波速计算的难点在于确定入射波和反射波的时间差。但在进行现场波速测量时不可避免地存在干扰信号，干扰严重时可淹没入射波和反射波的脉冲起始点，因此将入射波、反射波信号和噪声信号有效分离是提高波速计算精度的关键。

在将入射波、反射波信号和噪声信号有效分离方面，目前主要采用小波变换与阈值法。阈值法通过设定一个阈值来区分脉冲和噪声信号，同时判断入射波和反射波的起始端点及结束端点，该方法在信噪比较高时效果很好，但信噪比较低时，阈值过高易将反射波当成噪声，阈值过低易将噪声识别为反射波。小波变换在信噪比高时可以有效滤除噪声，但当干扰信号的瞬时幅值和频率与脉冲信号相当时，滤除噪声的同时也会将噪声脉冲幅值、波形形状畸变。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供了一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算新方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算新方法，首先利用谱减法对带噪放电信号进行降噪处理，提高信号的信噪比；然后在此基础上采用小波变换的方法滤除谱减法引入的“音乐噪声”，进一步提高降噪效果，为局部放电入射波和反射波脉冲的提取和准确定位奠定基础；最后通过阈值法确定入射波和反射波的起始位置，确定入射波和反射波时间差，进而确定波速。

具体包括以下步骤：

（1）噪声估计；

采用最小约束递归平均法（mcra）来对噪声功率谱进行估计；具体为：mcra首先根据带噪放电信号平滑功率谱与其本地最小值（即带噪放电信号平滑功率谱的最小值）之间的比值来判断带噪放电信号功率谱中各频带是否存在放电脉冲，然后利用相邻帧之间的放电脉冲存在相关性计算放电脉冲出现的概率，最后根据放电脉冲出现的概率调节噪声谱更新系数，并加权带噪语音功率谱得到估计的噪声谱；

（2）谱减法降噪；

对带噪放电信号分帧后做傅立叶变换，求出带噪放电信号的功率谱；纯净放电信号的噪声功率谱；忽略噪声相位和带噪放电信号相位的差别，纯净放电信号的估计值可通过对逆傅立叶变换得到；

（3）小波去噪；

使用基函数db6小波和软阈值滤除谱减法可能带来的音乐噪声；

（4）阈值查找入射波、反射波起始位置；

设阈值thr为噪声估计值的2倍，从去噪后的放电信号数据（即经过前面（1）、（2）、（3）步骤处理后的放电信号数据）的第一个窗口开始向后移动，设置标志位flag=0；如果在该窗口中有大于thr的点，则将该窗口的起始点记录下来，做为该脉冲的起始点；并将标志位flag修改为1；接着窗口向后进行移动，当移动到某个窗口中所有的值均小于thr时，跳出本次循环，将该窗口所处于的起始位置记录下作为该脉冲的结束点，并置flag为0；以便进行下次循环寻找下一个脉冲的起始与结束点；

（5）波速计算；

根据时域反射法可得，波速，其中l为电缆长度，为反射波起始位置的时间和入射波起始位置的时间之差。

本发明的优点：

本发明通过谱减-小波去噪方法来抑制电缆振荡波局部放电检测时包含的噪声，能够有效地滤除噪声，去噪后的信号和原始信号更接近，且这种降噪能力与噪声水平无关，在低信噪比时保持高计算精度，且波形畸变小。

附图说明

图1是本发明实施例的电缆波速计算方法流程图；

图2是本发明实施例提及的谱减-小波法对信噪比高的脉冲波形处理结果，以及和小波去噪结果的对比；

图3是本发明实施例提及的谱减-小波法对信噪比低的脉冲波形处理结果，以及和小波去噪结果的对比。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例：

如图1所示，一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算新方法，具体包括以下步骤：

（1）噪声估计；

采用最小约束递归平均法（mcra）来对噪声功率谱进行估计；具体为：mcra首先根据带噪放电信号平滑功率谱与其本地最小值之间的比值来判断带噪放电信号功率谱中各频带是否存在放电脉冲，然后利用相邻帧之间的放电脉冲存在相关性计算放电脉冲出现的概率，最后根据放电脉冲出现的概率调节噪声谱更新系数，并加权带噪语音功率谱得到估计的噪声谱；

（2）谱减法降噪；

对带噪放电信号分帧后做傅立叶变换，求出带噪放电信号的功率谱；纯净放电信号的噪声功率谱；忽略噪声相位和带噪放电信号相位的差别，纯净放电信号的估计值可通过对逆傅立叶变换得到；

（3）小波去噪；

使用基函数db6小波和软阈值滤除谱减法可能带来的音乐噪声；

（4）阈值查找入射波、反射波起始位置；

设阈值thr为噪声估计值的2倍，从数据的第一个窗口开始向后移动，设置标志位flag=0；如果在该窗口中有大于thr的点，则将该窗口的起始点记录下来，做为该脉冲的起始点；并将标志位flag修改为1；接着窗口向后进行移动，当移动到某个窗口中所有的值均小于thr时，跳出本次循环，将该窗口所处于的起始位置记录下作为该脉冲的结束点，并置flag为0；以便进行下次循环寻找下一个脉冲的起始与结束点；

（5）波速计算；

根据时域反射法可得，波速，其中l为电缆长度，为反射波起始位置的时间和入射波起始位置的时间之差。

如图2、3所示，本实施例采用本发明的方法对图2（a）和图3（a）的脉冲波形分别进行处理，从图中可以看出无论信噪比高低，谱减-小波去噪法去除噪声干扰能力强且造成的波形失真较小；小波去噪将所有的噪声干扰都去除了，但信噪比很低时，从3（b）右上角的局部放大图可以看出，入射脉冲失真严重，幅值较小的反射脉冲也会被滤除，无法得到准确的波速计算结果。

本实施例通过谱减-小波去噪方法来抑制电缆振荡波局部放电检测时包含的噪声，该方法能够有效地滤除噪声，去噪后的信号和原始信号更接近。通过该方法去噪后即使在低信噪比情况下得出的波速计算结果仍很准确。

以上所述，仅是发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。