局部放电超声信号的处理方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种局部放电超声信号的处理方法和装置。其中，局部放电超声信号的处理方法包括：采集波形包络信号；检测波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间；以及利用波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间来确定波形包络信号中的局部放电的超声信号的数量。通过本发明，解决了现有技术中放电次数统计不准确的问题，达到了提高放电次数统计准确性的效果。
【专利说明】局部放电超声信号的处理方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号处理领域，具体而言，涉及一种局部放电超声信号的处理方法和 装直。
【背景技术】
[0002] 超声局部放电检测难免会遇到外界噪声干扰，重要的是采取有效的信号处理方 法，即抽取有用的信号特征。一般使用如下特征信息对局放现象与程度进行评估：到达时 间、放电次数、幅度、能量和持续时间等。
[0003] 对于放电次数的确定是一个难点，目前还没有能够统计放电次数的方案，导致放 电次数统计不准确，影响对局部放电的分析结果。
[0004] 针对现有技术中放电次数统计不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于提供一种局部放电超声信号的处理方法和装置，以解决现 有技术中放电次数统计不准确的问题。
[0006] 为了实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种局部放电超声信 号的处理方法。根据本发明的局部放电超声信号的处理方法包括：采集波形包络信号；检 测所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间；以及利用所述波形包络信号中相邻两个 波包的间隔时间来确定所述波形包络信号中的局部放电的超声信号的数量。
[0007] 进一步地，利用所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间来确定所述波形包 络信号中的局部放电的超声信号的数量包括：依次判断所述波形包络信号中相邻两个波包 的间隔时间是否超过预先设置的时间阈值，得到判断结果，其中，如果判断出所述间隔时间 超过所述时间阈值，则确定所述相邻两个波包为两个局部放电的超声信号，如果判断出所 述间隔时间未超过所述时间阈值，则确定所述相邻两个波包为一个局部放电的超声信号； 根据所述判断结果统计所述波形包络信号中的局部放电的超声信号的数量。
[0008] 进一步地，检测所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间包括：检测相邻两 个波包中第一阈值点与第二阈值点的间隔时间，其中，所述相邻两个波包包括第一波包和 在所述第一波包之后的第二波包，所述第一阈值点为所述第一波包中幅值等于幅值阈值且 靠近所述第二波包的阈值点，所述第二阈值点为所述第二波包中幅值等于所述幅值阈值且 靠近所述第一波包的阈值点；将所述第一阈值点与第二阈值点的间隔时间作为所述相邻两 个波包的间隔时间。
[0009] 进一步地，在采集波形包络信号之后，所述处理方法还包括：检测所述波形包络信 号中波包的幅值是否大于噪声阈值，其中，检测所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔 时间包括：如果检测出所述波形包络信号中波包的幅值大于所述噪声阈值，则检测幅值大 于所述噪声阈值的相邻两个波包的间隔时间。
[0010] 进一步地，在采集波形包络信号之后，所述处理方法还包括：通过预先设置的脉冲 长度来索引得到局部放电的超声信号；以及确定所述局部放电的超声信号的达到时间。 [0011] 为了实现上述目的，根据本发明实施例的另一方面，提供了一种局部放电超声信 号的处理装置。根据本发明的局部放电超声信号的处理装置包括：采集单元，用于采集波形 包络信号；第一检测单元，用于检测所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间；以及 第一确定单元，用于利用所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间来确定所述波形包 络信号中的局部放电的超声信号的数量。
[0012] 进一步地，所述第一确定单元包括：判断模块，用于依次判断所述波形包络信号中 相邻两个波包的间隔时间是否超过预先设置的时间阈值，得到判断结果，其中，如果判断出 所述间隔时间超过所述时间阈值，则确定所述相邻两个波包为两个局部放电的超声信号， 如果判断出所述间隔时间未超过所述时间阈值，则确定所述相邻两个波包为一个局部放电 的超声信号；计算模块，用于根据所述判断结果统计所述波形包络信号中的局部放电的超 声信号的数量。
[0013] 进一步地，所述第一检测单元包括：第一检测模块，用于检测相邻两个波包中第一 阈值点与第二阈值点的间隔时间，其中，所述相邻两个波包包括第一波包和在所述第一波 包之后的第二波包，所述第一阈值点为所述第一波包中幅值等于幅值阈值且靠近所述第二 波包的阈值点，所述第二阈值点为所述第二波包中幅值等于所述幅值阈值且靠近所述第一 波包的阈值点；确定模块，用于将所述第一阈值点与第二阈值点的间隔时间作为所述相邻 两个波包的间隔时间。
[0014] 进一步地，所述处理装置还包括：第二检测单元，用于在采集波形包络信号之后， 检测所述波形包络信号中波包的幅值是否大于噪声阈值，其中，所述第一检测单元包括：第 二检测模块，用于如果检测出所述波形包络信号中波包的幅值大于所述噪声阈值，则检测 幅值大于所述噪声阈值的相邻两个波包的间隔时间。
[0015] 进一步地，所述处理装置还包括：索引单元，用于在采集波形包络信号之后，通过 预先设置的脉冲长度来索引得到局部放电的超声信号；以及第二确定单元，用于确定所述 局部放电的超声信号的达到时间。
[0016] 根据本发明实施例，通过利用相邻两个波包的间隔时间来确定局部放电的超声信 号的数量，相对于现有技术中直接波包作为超声信号而言，能够识别出属于同一局部放电 的超声信号的波包，以便于更准确地统计局部放电的超声信号的数量，解决了现有技术中 放电次数统计不准确的问题，达到了提高放电次数统计准确性的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0018] 图1是根据本发明实施例的局部放电超声信号的处理方法的流程图；以及
[0019] 图2是根据本发明实施例的波形包络信号的示意图；
[0020] 图3是根据本发明实施例的超声信号参数的示意图；
[0021] 图4是根据本发明实施例的EC曲线的示意图；
[0022] 图5是根据本发明实施例的单脉冲波形的示意图；
[0023] 图6是对图5所示的单脉冲波形求导后的波形示意图；以及
[0024] 图7是根据本发明实施例的局部放电超声信号的处理装置的示意图。
【具体实施方式】
[0025] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0026] 为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术 人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范 围。
[0027] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第 二"等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使 用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语"包括"和 "具有"以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元 的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有 清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0028] 本发明实施例提供了一种局部放电超声信号的处理方法。
[0029] 图1是根据本发明实施例的局部放电超声信号的处理方法的流程图。如图1所示， 该处理方法包括步骤如下：
[0030] 步骤S102,采集波形包络信号。
[0031] 步骤S104,检测波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间。
[0032] 步骤S106，利用波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间来确定波形包络信号中 的局部放电的超声信号的数量。
[0033] 对于实际的超声信号，由于试样或被检构件的几何效应，超声信号波形为如图2 所示的一系列波形包络信号。采集波形包络信号，以便于从该包络信号中统计出该信号中 的局部放电的超声信号的次数。
[0034] 由于波形包络信号中包括一系列波包，这一系列波包中相邻的不同的波包可能为 同一次局部放电产生的超声信号，而现有技术中将每一个波包作为依次局部放电的超声信 号使得统计得到的放电次数与实际放电次数不相符。本发明实施例中，检测相邻两个波包 的间隔时间，可以利用该检测时间来判断相邻两个波包是一个局部放电的超声信号还是两 个局部放电的超声信号。
[0035] 优选地，利用波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间来确定波形包络信号中的 局部放电的超声信号的数量包括：依次判断波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间是否 超过预先设置的时间阈值，得到判断结果，其中，如果判断出间隔时间超过时间阈值，则确 定相邻两个波包为两个局部放电的超声信号，如果判断出间隔时间未超过时间阈值，则确 定相邻两个波包为一个局部放电的超声信号；根据判断结果统计波形包络信号中的局部放 电的超声信号的数量。
[0036] 根据预先设置的时间阈值，判断波形包络信号中每两个相邻的波包之间的间隔时 间与时间阈值的大小关系，从而确定相邻的两个波包为同一个局部放电的超声信号还是两 个超声信号，也即是确定是一个放电产生的还是两次放电产生的。
[0037] 具体地，对每一个超声通道，通过引入超声信号撞击定义时间（HDT)作为时间阈 值来将一连串的波形包络画入一个撞击或划分为不同的撞击信号。对于图2的波形，当仪 器设定的HDT大于两个波包时间间隔T时，则这两个波包被划归为一个超声撞击信号；但如 仪器设定的HDT小于两个波包过门槛的时间间隔T时，则这两个波包被划归分为两个超声 撞击信号。
[0038] 根据本发明实施例，通过利用相邻两个波包的间隔时间来确定局部放电的超声信 号的数量，相对于现有技术中直接波包作为超声信号而言，能够识别出属于同一局部放电 的超声信号的波包，以便于更准确地统计局部放电的超声信号的数量，解决了现有技术中 放电次数统计不准确的问题，达到了提高放电次数统计准确性的效果。
[0039] 优选地，检测波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间包括：检测相邻两个波包 中第一阈值点与第二阈值点的间隔时间，其中，相邻两个波包包括第一波包和在第一波包 之后的第二波包，第一阈值点为第一波包中幅值等于幅值阈值且靠近第二波包的阈值点， 第二阈值点为第二波包中幅值等于幅值阈值且靠近第一波包的阈值点；将第一阈值点与第 二阈值点的间隔时间作为相邻两个波包的间隔时间。
[0040] 幅值阈值作为一个门槛，本发明实施例中优选对超过幅值阈值的波包进行判断。 上述中相邻的第一波包和第二波包均为超过幅值阈值的波包。由于，每个超过幅值阈值的 波包均包括两个幅值等于该阈值的点，因此，在判断过程中，对第一波包和第二包中相邻的 阈值点的间隔时间进行判断。
[0041] 具体地，如图2所示，时间阈值即为超声信号撞击定义时间（HDT)，定义为过阈值 后任何时间段在设置的参数间隔时间内没有新的过门限信号则产生一组参数。如参数间隔 时间内有过门限信号则参数不被产生。因此时间阈值设置越小参数产生越多，即时间个数 越多。
[0042] 如果"参数间隔"设置很小，就会把每一次触发当作一个事件，"参数间隔"计时 的起始时刻是每一次振铃过阈值的下降点时刻，如果到下一个振铃门限的上升点时间大 于参数间隔t，即则计时结束，出现一组参数，即出现一个事件，同样t4-t3>t、 t6-t5>t、t8-t7>t、tl〇-t9>t，所以又依次出现下面的四个事件；如果到下一个振铃过门限 的上升点时间小于参数间隔t，即t2-tl〈t，则参数间隔以此振铃的过门限下降点时刻t3重 新开始计时，直到在参数间隔时间内没有振铃过门限的上升点出现（tl〇-t9 = t)，计时结 束，出现一个参数（包括五次振铃），算一个事件。
[0043] 根据本发明实施例，通过设置幅值阈值，利用相邻的波包的阈值点来确定相邻的 两个波包是否为同一个超声信号，能够大大减少数据信号处理量，实现快速地局部放电次 数的统计。
[0044] 幅值阈值设置的大小直接决定了对较低幅值超声信号的采集程度。阈值越低，所 需要分析的信号就越丰富，也越容易受到噪声信号的干扰；阈值越高，一些有用的信号就会 被丢弃。阈值一般设置在30dB_45dB之间，根据应用的环境作适当的选择，比如在室外，环 境比较恶劣，噪声比较大，阈值就应该设的高一点，反过来如果是在试验室里，就可以设的 低一点。
[0045] 本发明实施例根据在实验室测得的实际的背景噪声，综合考虑将阈值选取为 0· 03V。
[0046] 本发明实施例具体地的放电次数的提取流程如下：
[0047] 超声信号参数示意图如图3所示，放电次数的提取思想基于其基本原理，当超声 信号幅值超过幅值阈值后，便截取超过阈值的单独脉冲，如图3有6个脉冲，然后索引每个 脉冲的下阈值点和下一个脉冲上阈值点，得到它们的间隔时间。如果间隔时间小于所设定 HDT，则将两个脉冲合并，继续判定；当间隔时间大于所设定HDT，则之前合并的脉冲即为一 次放电，由图3所示，由于ta、tr、td-tr均小于HDT，因此前4个脉冲为一次放电，后两个脉 冲为一次放电。
[0048] 优选地，在采集波形包络信号之后，处理方法还包括：检测波形包络信号中波包的 幅值是否大于噪声阈值，其中，检测波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间包括：如果检 测出波形包络信号中波包的幅值大于噪声阈值，则检测幅值大于噪声阈值的相邻两个波包 的间隔时间。
[0049] 由于局部放电信号的采集过程中，会存在很多噪声干扰。在采集到脉冲数据之后， 检测波包的幅值大于预设的噪声阈值。噪声阈值为根据干扰脉冲与局部放电的幅值关系预 设设置的阈值，将幅值大于该噪声阈值的脉冲作为局部放电脉冲，小于噪声阈值的脉冲作 为干扰脉冲，这样，能够快速地从脉冲波形中分别出局部放电脉冲。这样，在检测相邻两个 波包的间隔时间时，只需检测去除干扰脉冲后的波包的间隔时间，提高了信号处理的效率。
[0050] 优选地，在采集波形包络信号之后，处理方法还包括：通过预先设置的脉冲长度来 索引得到局部放电的超声信号；以及确定局部放电的超声信号的达到时间。
[0051] 确定局部放电的超声信号的达到时间可以通过基于LabVIEW编程来实现。
[0052] 具体地，到达时间指脉冲被传感器接收到的时间，在没有干扰的情况下，即为第一 个超过阈值的点所对应的时间，但是无论在在实验室还是现场，总会存在各种各样的干扰， 因此在现场干扰环境下，如何准确测量超声信号到达时间成为关键性问题，它将为后续计 算波形持续时间以及实现精确定位奠定基础。
[0053] 国内外对超声定位做了大量的研究，其中一个关键问题就是时延的确定，即是超 声信号到达时间的确定，目前国内外常用的方法包括：信号初始峰值法、相关法以及能量累 积法和AIC等，通过对比本文采用Energy Criterion(BC)来求取到达时间。
[0054] 能量累积法：已知能量与超声信号电压平方成正比，当局部产生的超声信号远大 于背景噪声时，则在能量曲线上会产生明显拐点，该拐点即为局部放电发生的起始时刻即 到达时间。但是在现场工况下，局放信号并非远大于背景噪声，拐点可能并不明显，而且拐 点识别需要人工判断，极易引入误差。
[0055] EC是对能量累积法的改进，设Vk为第k个点的电压，k为信号累计点数，则超声信 号的能量为
【权利要求】
1. 一种局部放电超声信号的处理方法，其特征在于，包括： 采集波形包络信号； 检测所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间；以及 利用所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间来确定所述波形包络信号中的局 部放电的超声信号的数量。
2. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，利用所述波形包络信号中相邻两个 波包的间隔时间来确定所述波形包络信号中的局部放电的超声信号的数量包括： 依次判断所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间是否超过预先设置的时间阈 值，得到判断结果，其中，如果判断出所述间隔时间超过所述时间阈值，则确定所述相邻两 个波包为两个局部放电的超声信号，如果判断出所述间隔时间未超过所述时间阈值，则确 定所述相邻两个波包为一个局部放电的超声信号； 根据所述判断结果统计所述波形包络信号中的局部放电的超声信号的数量。
3. 根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，检测所述波形包络信号中相邻两个 波包的间隔时间包括： 检测相邻两个波包中第一阈值点与第二阈值点的间隔时间，其中，所述相邻两个波包 包括第一波包和在所述第一波包之后的第二波包，所述第一阈值点为所述第一波包中幅值 等于幅值阈值且靠近所述第二波包的阈值点，所述第二阈值点为所述第二波包中幅值等于 所述幅值阈值且靠近所述第一波包的阈值点； 将所述第一阈值点与第二阈值点的间隔时间作为所述相邻两个波包的间隔时间。
4. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在采集波形包络信号之后，所述处理 方法还包括： 检测所述波形包络信号中波包的幅值是否大于噪声阈值， 其中，检测所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间包括：如果检测出所述波形 包络信号中波包的幅值大于所述噪声阈值，则检测幅值大于所述噪声阈值的相邻两个波包 的间隔时间。
5. 根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在采集波形包络信号之后，所述处理 方法还包括： 通过预先设置的脉冲长度来索引得到局部放电的超声信号；以及 确定所述局部放电的超声信号的达到时间。
6. -种局部放电超声信号的处理装置，其特征在于，包括： 采集单元，用于采集波形包络信号； 第一检测单元，用于检测所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间；以及 第一确定单元，用于利用所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间来确定所述波 形包络信号中的局部放电的超声信号的数量。
7. 根据权利要求6所述的处理装置，其特征在于，所述第一确定单元包括： 判断模块，用于依次判断所述波形包络信号中相邻两个波包的间隔时间是否超过预先 设置的时间阈值，得到判断结果，其中，如果判断出所述间隔时间超过所述时间阈值，则确 定所述相邻两个波包为两个局部放电的超声信号，如果判断出所述间隔时间未超过所述时 间阈值，则确定所述相邻两个波包为一个局部放电的超声信号； 计算模块，用于根据所述判断结果统计所述波形包络信号中的局部放电的超声信号的 数量。
8. 根据权利要求7所述的处理装置，其特征在于，所述第一检测单元包括： 第一检测模块，用于检测相邻两个波包中第一阈值点与第二阈值点的间隔时间，其中， 所述相邻两个波包包括第一波包和在所述第一波包之后的第二波包，所述第一阈值点为所 述第一波包中幅值等于幅值阈值且靠近所述第二波包的阈值点，所述第二阈值点为所述第 二波包中幅值等于所述幅值阈值且靠近所述第一波包的阈值点； 确定模块，用于将所述第一阈值点与第二阈值点的间隔时间作为所述相邻两个波包的 间隔时间。
9. 根据权利要求6所述的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括： 第二检测单元，用于在采集波形包络信号之后，检测所述波形包络信号中波包的幅值 是否大于噪声阈值， 其中，所述第一检测单元包括：第二检测模块，用于如果检测出所述波形包络信号中波 包的幅值大于所述噪声阈值，则检测幅值大于所述噪声阈值的相邻两个波包的间隔时间。
10. 根据权利要求6所述的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括： 索引单元，用于在采集波形包络信号之后，通过预先设置的脉冲长度来索引得到局部 放电的超声信号；以及 第二确定单元，用于确定所述局部放电的超声信号的达到时间。
【文档编号】G01R31/12GK104459485SQ201410690856
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】陶诗洋, 段大鹏, 程序, 齐伟强, 任志刚, 刘弘景, 张天辰 申请人:国家电网公司, 国网北京市电力公司