专利汇可以提供一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于GIS绝缘 缺陷 故障诊断技术领域,尤其涉及一种基于超声 信号 包络谱的GIS局部放电特征提取方法,该方法可以帮助识别不同类型的局部放电绝缘缺陷。包括:设计三种GIS典型绝缘缺陷,采集局部放电超声信号;利用FIR带通 滤波器 对局放超声信号进行滤波处理;利用Hilbert变换对滤波后的局放超声信号进行包络提取;对信号包络进行工频相关性及 相位 模式分析,得到不同缺陷类型的测量特征。本发明根据GIS局部放电检测得到的超声信号,提出了基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法。本发明基于超声信号的包络谱,得到各种典型缺陷的 频谱 、相位分布等测量特征,为局放超声信号的缺陷类型识别奠定 基础 。,下面是一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法专利的具体信息内容。
1.一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法,其特征是:包括下述步骤:
步骤1:设计三种GIS典型绝缘缺陷,采集局部放电超声信号;
步骤2:利用FIR带通滤波器对局放超声信号进行滤波处理;
步骤3:利用Hilbert变换对滤波后的局放超声信号进行包络提取;
步骤4:对信号包络进行工频相关性及相位模式分析,得到不同缺陷类型的测量特征。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法,其特征是:所述FIR为Finite Impulse Response即有限长单位冲激响应滤波器;所述Hilbert为希尔伯特变换,即一种由数学家希尔伯特提出的信号处理算法。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法,其特征是:所述步骤1:设计三种GIS典型绝缘缺陷,采集局部放电超声信号的具体方法包括:
首先,三种GIS典型绝缘缺陷的制作过程为:
(1)制作GIS高压导体金属针尖模型时,用铝制金属材料制成高压导体尖端,两电极间相距选取在15mm到20mm之间,模拟GIS中的电晕放电;
(2)制作悬浮电极模型时,用环氧树脂制成一圆柱,在其中放置一片金属,圆柱的上下表面分别施加以高压与接地,则环氧树脂中的金属可近似看作一悬浮电极,模拟GIS中的悬浮放电;
(3)制作自由金属微粒模型时,在上下电极之间放置一颗金属小球以模拟自由金属微粒放电。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法,其特征是:所述步骤2:利用FIR带通滤波器对局放超声信号进行滤波处理,是用220V的电源经过自耦变压器T1和升压变压器T2后得到高压环境,通过限流阻抗Z和耦合电容连接到GIS试验腔体;超声传感器置于GIS试验腔体的外侧,用于采集局部放电时的原始超声信号,该信号经滤波放大器放大后传输至示波器;依次将三个绝缘缺陷模型放置在GIS试验腔体中,并在绝缘缺陷模型内充以0.4MPa的SF6气体,加压直至产生稳定的放电信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法,其特征是:所述步骤2:利用FIR带通滤波器对局放超声信号进行滤波处理的具体方法包括:
利用FIR滤波具有的线性相移性质,对数据作500阶FIR数字带通滤波,去除数据的高次谐波干扰和工频干扰、提高信噪比;采用窗函数法来实现滤波器的设计,包含以下步骤:
a.给定滤波器所要求的频率响应函数:
设线性相位滤波器的群延迟为τ,则FIR滤波器的理想频率响应为:
上式(1)中:H是频率响应函数,下标d代表无限长序列,e是自然常数,j是复数的虚部单位,w表示频率自变量,τ为群延迟;
b.求滤波器单位冲激响应,即傅氏反变换:
上式(2)中:h是单位冲激响应函数,下标d代表无限长序列,n是滤波器的序列自变量,H是频率响应函数,e是自然常数,j是复数的虚部单位,w表示频率,τ为群延迟;
c.由过渡带宽及阻带衰碱的要求,通过查表选定窗函数的形状,并计算滤波器阶次;
d.求出FIR滤波器的单位冲激响应;
上式(3)中:h是单位冲激响应函数,下标d代表无限长序列,无下标d代表有限长序列,n是滤波器的序列自变量,ω(n)表示有限长度的窗函数,e是自然常数,j是复数的虚部单位,w表示频率,τ为群延迟;
e.求滤波器的频率响应,即傅氏变换;
上式(4)中:H是频率响应函数,e是自然常数,j是复数的虚部单位,w表示频率,下标d代表无限长序列,无下标d代表有限长序列,θ是频率延迟;
f.检验是否满足设计要求,如不满足,则需重新设计;
最终,FIR滤波器的传递函数写成:
上式(5)中:H是滤波器传递函数,z表示离散的自变量,Y为滤波器输出离散信号,X为滤波器输入离散信号,b代表各项系数,n代表阶数。
6.根据权利要求5所述的一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法,其特征是:所述FIR滤波器就是确定其传递函数中各项系数的过程,运用MATLAB的SPTOOL信号处理工具箱可视化滤波设计,用Hanning窗函数法设计线性相位FIR带通滤波器。
7.根据权利要求1所述的一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法,其特征是:所述步骤3:利用Hilbert变换对滤波后的局放超声信号进行包络提取的具体方法包括:
首先,将原始信号转换成Hilbert形式,然后计算包络值A(t),设局部放电超声信号为x(t),其Hilbert变换定义为:
上式(6)中:是信号x经Hilbert变换后的函数,t是时间自变量,H表示Hilbert变换滤波器,x是原始信号,τ是用于作卷积运算的时间变换量;
信号x(t)的Hilbert变换可以看成是信号通过一个幅度为1的全通滤波器的输出,信号x(t)经过该变换后,正频率成分做-90°的相移,负频率成分做+90°的相移;Hilbert滤波器是一个全通型90°相移网络,其冲激响应为
以信号本身x(t)为实部,其Hilbert变换 为虚部构造一个解析信号:
上式(7)-(8)中:x是原始信号,带下标a表示解析信号,t是时间自变量,j是复数的虚部单位,是信号x经Hilbert变换后的函数,A是解析信号的振幅,e是自然常熟,Q是解析信号的相位;
解析信号的振幅A(t)就是实际信号x(t)的包络,解析信号的相位Q(t)就是实际信号x(t)的相位,上述过程就完成了对信号的解包络分析,将信号的包络提取了出来。
8.根据权利要求1所述的一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法,其特征是:所述步骤4:对信号包络进行工频相关性及相位模式分析,得到不同缺陷类型的测量特征的具体方法包括:
首先对所提取的信号包络进一步进行频谱分析,得出:悬浮电极缺陷信号100Hz的成份明显高于50Hz成份,信号的包络谱呈现较强的100Hz周期性;电晕缺陷信号50Hz的成份高于
100Hz成份,信号的包络谱呈现出50Hz的周期特性;颗粒与壳体碰撞产生的超声信号与工频周期无相关性;
进一步对包络信号进行相位模式分析,得出:悬浮电极缺陷的声波脉冲主要出现在在工频周期的一、三象限,具有双峰的相位分布形式;电晕缺陷放电信号每个周期只出现一次峰值,超声信号具有单峰的相位分布形式;自由金属微粒缺陷每个相位区间上都有相当数量的脉冲分布,没有明显的相位相关性。
9.根据权利要求1所述的一种基于超声信号包络谱的GIS局部放电特征提取方法,其特征是:根据所述三种GIS典型绝缘缺陷类型的诊断结果如表1,得到进行超声局放诊断时不同类型缺陷的测量特征,得知,不同缺陷基于超声信号包络谱的测量特征具有明显区别,能够有效地将其用于局放信号的缺陷类型识别。
表1不同类型缺陷的测量特征
信号特征量 悬浮电极 电晕缺陷 自由金属微粒
信号水平 高 低 高
峰值/有效值 高 低 高
峰峰值 高 低 高
偏斜度 小 小 大
峭度 大 小 大
上升时间 小 小 小
下降时间 小 大 小
50%峰值处的脉冲宽度 小 大 小
50Hz频率相关性 弱 强 无
100Hz频率相关性 强 弱 无
相位相关性 双峰 单峰 无
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