變壓器局放超聲信號特征參數(shù)提取與處理方法研究

齊鐸+柴志強+葉飛+周明振

【摘要】 超聲波（AE）檢測局部放電是電力變壓器絕緣狀態(tài)監(jiān)測的重要手段之一。本文在了解國內外局部放電超聲波檢測技術的基礎上，闡述了超聲信號特征參數(shù)采集與處理分析研究現(xiàn)狀，簡述了聲發(fā)射信號參數(shù)分析方法以及聲發(fā)射信號的分析方法。最后對油中針.板放電、油中氣泡放電和油中油楔放電三種典型局部放電模型超聲波相位統(tǒng)計譜圖以及AE飛行時間譜圖進行了分析。

【關鍵詞】 超聲波 局部放電 特征參數(shù) 放電次數(shù)

一、緒論

1.1課題背景及研究的目的和意義

變壓器是電力系統(tǒng)輸變電的關鍵性設備，它的安全運行關系著電力系統(tǒng)的可靠性水平，如果發(fā)生故障，將會引起局部乃至大面積的停電。大量故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，電力變壓器所發(fā)生的事故大多是由于絕緣老化和損壞造成的。局部放電過程中會產生電脈沖、電磁輻射、超聲波、光、氣體生成物等，并產生能量損耗引起局部過熱。因此，相應地出現(xiàn)了脈沖電流法、射頻檢測法、超聲波法、光測法、氣相色譜法、特高頻檢測法等多種檢測方法。

超聲波檢測技術是近幾年逐漸興起的一種檢測方法。在電力變壓器內部發(fā)生局部放電時，會伴隨有聲波能量的放出，聲波在不同介質（油紙、隔板、繞組、油等）中向外傳播，到達固定在變壓器油箱壁上的聲發(fā)射傳感器。其優(yōu)點是不影響電氣主設備的安全運行，受電磁干擾小，靈敏度較高，可以對局放點定位。

二、超聲信號特征參數(shù)采集與處理分析研究現(xiàn)狀

根據(jù)聲發(fā)射信號的特點，可以將其分為突發(fā)型和連續(xù)型兩種。目前采集和處理聲發(fā)射信號的方法可分為兩大類。一種為以多個簡化的波形特征參數(shù)來表示聲發(fā)射信號的特征，然后對這些波形特征參數(shù)進行分析和處理；另一種為存貯和記錄聲發(fā)射信號的波形，對波形進行頻譜分析。幾乎所有聲發(fā)射檢測標準對聲發(fā)射源的判據(jù)均采用簡化波形特征參數(shù)。

三、聲發(fā)射信號的分析方法

3.1頻譜分析方法

頻譜分析方法可以獲得信號的譜特征。譜分析可分為兩大類，經典譜和現(xiàn)代譜分析。經典譜分析以傅里葉變換為基礎，又稱為線性譜分析方法。經典譜分析主要包括相關圖法和周期圖法，以及在此基礎上的改進方法。其中最基本和最重要的方法就是快速傅里葉變換（FFT）?，F(xiàn)代譜分析方法以非傅里葉分析為基礎，大致可分為參數(shù)模型法和非參數(shù)模型法兩大類。參數(shù)模型法包括有理參數(shù)模型和特殊參數(shù)模型，有理參數(shù)模型可用有理系統(tǒng)函數(shù)表示，它包括自回歸（AR）模型，滑動平均（MA）模型和自回歸滑動平均（ARMA）模型。特殊參數(shù)模型即指數(shù)模型，它把信號定義為一些指數(shù)信號的線性組合。非參數(shù)模型法包括不需建立參數(shù)模型的以基于自相關矩陣或數(shù)據(jù)矩陣進行特征分離為主的其它現(xiàn)代譜分析方法，主要有最小方差法、迭代濾波法、皮薩年科法等。

3.2小波分析

小波變換是近20年來發(fā)展起來的一種信號處理方法，與前面提及的時域分析和頻域分析不同的是，小波變換具有同時在時域和頻域表征信號局部特征的能力，既能夠刻劃某個局部時間段信號的頻譜信息，又可以描述某一頻譜信息對應的時域信息。這對于分析含有瞬態(tài)現(xiàn)象的聲發(fā)射信號是最合適的。

四、總結

通過對這三種變壓器典型模型局部放電超聲波相位統(tǒng)計譜圖以及AE飛行時間譜圖分析：不同的放電類型有著不同的相位分布特征以及不同的飛行時間特征，這些特征可以作為放電類型的“指紋”，為研究局部放電的模式識別提供了依據(jù)，有利于局部放電的故障診斷的研究。超聲波局部放電檢測方法是目前針對變壓器設備的局部放電帶電檢測最主要的方法之一，建設和完善AE圖譜庫必須采取有效的信號處理方法，對基本特征參數(shù)進行統(tǒng)計處理。

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