基于小波分析的開(kāi)關(guān)柜局部放電分析

張潤(rùn)明

（廣東電網(wǎng)公司佛山順德供電局，廣東順德，528300）

0 引言

目前高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)故障檢測(cè)主要是在停電狀態(tài)下進(jìn)行，試驗(yàn)的周期較長(zhǎng)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)在兩次試驗(yàn)之間發(fā)生的缺陷。另外目前開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)品越來(lái)越緊湊，絕緣裕度越來(lái)越小，尤其在南方，空氣濕度較大，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部絕緣部件的表面放電很難在柜體外面被人感覺(jué)到。高壓開(kāi)關(guān)柜柜內(nèi)設(shè)備如有異常，運(yùn)行人員在設(shè)備巡視過(guò)程中往往看不到內(nèi)部設(shè)備的故障。

由于超聲波檢測(cè)法具有較高的靈敏度，并且在現(xiàn)場(chǎng)得到了大量的應(yīng)用，所以文中采用超聲波檢測(cè)法獲取了相應(yīng)的放電信號(hào)，然后通過(guò)小波分析，對(duì)信號(hào)進(jìn)行了去噪分析，最終對(duì)放電特征進(jìn)行分析，并確定放電類型。

1 小波分析法簡(jiǎn)介

局放的UHF 一般情況下攜帶了很多雜波，所以在處理之前必須進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理階段。已經(jīng)知道小波參量的數(shù)值可以反映相應(yīng)能量的數(shù)值，這樣這些參量其實(shí)就是處理的對(duì)象。測(cè)量的數(shù)值在較大的情況下，就會(huì)出現(xiàn)能量參數(shù)覆蓋噪聲參數(shù)的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)在保留有用信號(hào)的前提下將噪聲信號(hào)提出的效果。這樣就要求在處理的時(shí)候，選擇參數(shù)要合理，既不能太大也不能太小，在現(xiàn)場(chǎng)中一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定。

實(shí)現(xiàn)這種想法的方法一共有如下幾種：首先是選擇絕對(duì)值最大的數(shù)值法，因?yàn)樾盘?hào)和噪聲有自己不同的特點(diǎn)，所以選擇它們各自的絕對(duì)值最大點(diǎn)，將涉及到噪聲的相關(guān)參數(shù)全部剔除，進(jìn)而恢復(fù)信號(hào)；其次是根據(jù)信號(hào)的相關(guān)性，根據(jù)它們的數(shù)值來(lái)作為區(qū)別參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，最后進(jìn)行組合；最后一種方法是Donoho 采用的門(mén)檻值法，主要是建立參數(shù)和信號(hào)之間的關(guān)系，如果數(shù)值大而且個(gè)數(shù)少，那么信號(hào)分布均勻，反之則雜亂無(wú)章。基于此思想，Donoho 等人提出了閾值去噪方法，即在眾多小波系數(shù)中，把絕對(duì)值較小的系數(shù)置零，而讓絕對(duì)值較大的系數(shù)保留或者收縮，得到估計(jì)小波系數(shù)。

在應(yīng)用中，主要包括如下的過(guò)程：

1)單維信號(hào)的分解。找到函數(shù) g 和和相應(yīng)的層數(shù)L，得到信號(hào)S 到第 L 層的分解參數(shù)。

2)高頻參數(shù)的選取。對(duì)于第一層到第 L 層的每一層高頻系數(shù)，選擇一個(gè)閾值，并且對(duì)高頻系數(shù)用軟閾值量化進(jìn)行處理。

3)重新構(gòu)造。由前面得到的 N 層低頻系數(shù)和經(jīng)過(guò)量化處理后的第 1 層到第 L 層的高頻系數(shù)，進(jìn)行一維信號(hào)的小波重構(gòu)。

以上的過(guò)程中，閾值的選取和量化是非常重要的，決定了后面的精確度。

主要包括如下4 種方法來(lái)進(jìn)行閾值選擇：

1）Rigrsure 規(guī)則

在很早以前就產(chǎn)生的基于史坦（stein）的無(wú)偏似然估計(jì)（Unbiased Risk Estimate）原理的自適應(yīng)閾值選擇，對(duì)于特定的t 計(jì)算出相應(yīng)的估計(jì)量，再將非似然t 最小化，就得到了所選的閾值t1。

2）通用閾值選擇規(guī)則（Sqtwolog 規(guī)則）

3）混合型閾值選擇規(guī)則（Heursure 規(guī)則）

它是前兩種閾值的綜合，所選擇的是最優(yōu)預(yù)測(cè)變量閾值。如果信噪比很小，而SURE 估計(jì)有很大的噪聲，那么就得采用通用閾值。具體形式如下：

則

4）最小最大準(zhǔn)則閾值選擇規(guī)則

這種方法與前面不同的是它并不是產(chǎn)生最小的誤差而是產(chǎn)生最小均方值。它的最大優(yōu)點(diǎn)在于可以靈活應(yīng)用于很多工程實(shí)際場(chǎng)合。具體形式如下：

圖1 典型放電信號(hào)圖

圖2 小波分析

2 局部放電檢測(cè)

在現(xiàn)場(chǎng)，測(cè)到的信號(hào)如下圖1 所示：

3 信號(hào)分析

采用db 小波進(jìn)行分析，選擇5 層，分析得到的結(jié)果如下：同樣，取得的特征分析：

圖3 統(tǒng)計(jì)參數(shù)分布Fig.3 Statistical parameters of the distribution

最終得到的統(tǒng)計(jì)參數(shù)如下：

表1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Data statistics

根據(jù)參數(shù)壓縮曲線如下：

圖4 參數(shù)壓縮曲線

4 放電類型分析

根據(jù)第3 部分，獲取了放電信號(hào)的特征參數(shù)，下面根據(jù)聚類分析，將特征參量進(jìn)行分類：

圖5 聚類分析

從圖5 中可見(jiàn)，3 種放電類型的聚類相關(guān)清晰，類間分離度較大，可以方便的將不同類型的放電進(jìn)行區(qū)分。

5 結(jié)論

本文根據(jù)開(kāi)關(guān)柜放電的特點(diǎn)，采用超聲波檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)，獲取了典型的放電信號(hào)，通過(guò)小波分析對(duì)信號(hào)進(jìn)行了處理，并且得到了相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，最終根據(jù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，采用聚類分析，將不同的放電類型進(jìn)行區(qū)分，獲取了較好的效果。

[1] Li CS,Cui X,Yamaguchi I.Optical voltage sensor using a pulse-controlled electrooptic quarter waveplate, IEEE Transaction on instrumentation and measurement FEB 2005 Vol. 54(1):273-277

[2] 劉云鵬，王會(huì)斌，王 娟.高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電UHF 在線檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].高壓電器，2009,45（1）:15-17.