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以复小波提取局部放电信号特征的原理及方法研究

崔雪梅  
【摘要】:大型电力变压器局部放电信号的特征提取是电气设备绝缘在线监测及故障诊断技术领域的前沿研究课题。然而,由于变电站现场强烈的电磁干扰,使目前以脉冲电流为特征的在线监测局部放电的方法很难满足工程应用的需要,因此,强电磁干扰的抑制一直是变压器局部放电在线监测及故障诊断技术中急需解决的难点。由于小波变换以其优良的时频局部化特性被广泛用于信号的分析与特征提取,因此很多学者将其应用于局部放电在线监测及故障诊断领域的研究,取得了一些有益的结果,但是到目前为止一些关键的问题仍有待解决。本文对以复小波提取局部放电信号特征的原理方法进行了深入的研究,取得了一些有重要学术价值和良好应用前景的成果。 (1)通过对实小波分析信号的原理及方法研究,发现实小波技术只能从实小波分量的幅值角度提取被分析信号的特征信息,即仅依赖被分析信号与其干扰的小波分解的幅频特性;由于局部放电信号与其周期性窄带干扰和白噪干扰用实小波分解的幅频特性不同,与脉冲型干扰分解的幅频特性相似,因此作者认为这是实小波只适合除去其周期性窄带干扰和白噪干扰而无法去除脉冲型干扰的根本原因。 (2)由于复小波的实部与虚部是正交的,即信号f(t,y)的复小波变换实际上是将信号f(t,y)沿两个正交空间分别同时作实小波变换,所得到系数的实部及虚部无疑将包含信号f(t,y)在这两个空间中的信号分量信息,而实小波变换得到的系数(只有实部)只有原信号f(t,y)在一个空间中的信号分量信息;同时,复小波变换还得到了两个正交空间中的信号分量间的独特关系信息arctan(IWT/RWT)。因此,作者提出在原信号f(t,y)中唯一正交信号分量t与y的关系arctan(y/t)可通过复小波变换传递到变换后的系数的相位arctan(IWT/RWT)中,即复小波在小波分析中以其独有的虚部可提取原信号的相位。 (3)通过对局部放电信号与其周期性干扰、白噪干扰和脉冲型干扰信号的特点研究,发现它们在相频特性或幅频特性上存在差异,而复小波可以从被分析信号中同时提取出原信号的幅频特性和相频特性。因此,作者提出用复小波从干扰信号中提取出局放信号的相频特性和幅频特性的方法是可行的。 (4)通过对复小波相频特性的研究,发现复小波的相频特性直接影响复小波分析局部放电信号的效果,因此,作者认为只有选择那些相频特性与被分析信号的相频特性相近的复小波,分析效果才最佳。为此,作者提出了选择复小波进行局部放电信号特征提取的通用方法。 (5)通过对复小波变换系数与局放特征值关系的研究,发现复小波变换系数的 WP=6 MWT幅值与QWT相位综合反映了局放信号与小波基函数的相似程度。作者认为若采用包含复小波变换的幅值和相位的综合信息作为提取局部放电信号特征的特征值,能更全面、详细地揭示局放信号与其干扰的细微特征差异。 (6)本文的研究结果表明:若选择那些相频特性与被分析信号的相频特性相近的复小波,如果采用包含复小波变换的幅值和相位的综合信息作为提取局部放电信号特征的特征值,能有效地抑制局放信号中的周期性干扰、白噪干扰及脉冲干扰,从而提取出局部放电信号区别于干扰信号的细微特征。


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