基于改进时频域反射法的电力电缆局部缺陷定位

电力电缆已广泛运用于城市配电网系统中,电缆缺陷定位也成为众多学者关注的问题。针对传统时频域反射法(time-frequency domain reflectometry,TFDR)存在的交叉项干扰等问题,该文提出一种改进时频域反射法。通过选取特定的可调频参考信号,对反射信号求取维格纳分布(Wigner-Ville distribution,WVD)以分析时频特性。但该时频分布存在交叉项干扰,因此,提出一种新的交叉项抑制方法。通过分析信号时频分布自项与交叉项的特征差异,利用仿射变换(affine transformation,AT)等信号处理手段在不影响信号分辨率的同时消除交叉项干扰,再利用信号的时频互相关函数对缺陷进行精确定位。该文针对10kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆进行仿真分析,并将含缺陷的105mXLPE电缆和含接头的500mXLPE电缆进行实验。仿真及实验结果表明:所提方法定位准确性优于传统方法,具有较好的鲁棒性。     

基于时频域反射法的核电站仪控电缆缺陷检测

为确保核电站中仪控电缆的安全运行,时频域反射法(time-frequency domain reflectometry,TFDR)被广泛用于识别和定位仪控电缆中的缺陷。文中对比魏格纳-维利分布(Wigner-Ville distribution,WVD)、伪魏格纳-维利分布(pseudo Wigner-Ville distribution,PWVD)、平滑伪魏格纳-维利分布(smooth pseudo Wigner-Ville distribution,SPWVD)算法的优势,并提出时频域互相关曲线(time-frequency cross-correlation,TFCC)的能量区间放缩法。分别对50 m和148 m的多芯交联聚烯烃仪控电缆进行短路、断路、绝缘屏蔽层破损和局部热老化的缺陷模拟,并基于TFDR,采用3种时频分布算法进行实验处理。随后,基于局部热老化的检测,采用能量区间放缩法,对TFCC定位峰主瓣较宽的问题进行改善。实验结果表明:经过SPWVD处理后,TFCC的主瓣较宽;在正常电缆检测时,PWVD对交叉项有更好的抑制作用;但在单缺陷检测中,SPWVD具有更好的缺陷识别能力;通过采用能量区间放缩法,可分离相近的定位峰,加强对微弱反射信号的判别。     

基于MATLAB的电缆故障仿真

利用MATLAB的SIMULINK仿真平台建立电缆故障仿真模型,在模型基础上对时频域联合反射法（TFDR）方法进行研究,用来验证该方法在电缆故障定位中的可行性。TFDR采用高斯包络调频信号作为测试信号,并利用互模糊函数对电缆故障信号进行处理。由于测试信号不可避免的带有噪声,本文采用小波去噪方法对电缆故障信号进行处理,并和未处理前的信号进行对比分析,结果证明互模糊度函数能适合低信噪比情况下的信号相关性检测和故障定位。     

基于时频域反射法的高温超导电缆故障定位研究

针对我国超导电缆公里级示范工程的运维需求,采用基于伪Wigner-Ville分布的时频域反射法,测量不同温度和不同类型模拟缺陷下超导电缆的时频信号变化,分析不同温度下时频分析在超导电缆故障定位中应用的有效性,并通过改变入射波的中心频率和带宽,研究入射波形形态对故障定位的影响。模型样缆采用国产35kV冷绝缘三相统包高温超导电缆,缺陷模拟相设置了绝缘缺失、对地绝缘电阻逐渐减小、短路3种类型的故障,检测温度设置为室温、液氮和回温3种环境。结果表明:室温环境下,基于伪Wigner-Ville分布的时频域反射法对上述3种故障反射的反应灵敏度依次增加,定位误差小于3%,入射波的中心频率或带宽越高,引起的衰减越大,定位需要的时间补偿就越多;液氮环境下,针对绝缘缺失和短路的叠加故障,当温度下降至77K附近时,故障处归一化时频互相关峰值随温度的小幅度下降而逐渐减小,且波速明显升高;温度回升过程中,该方法的定位准确度不受温度变化和电缆状态的影响,误差仍小于3%。回温过程中随着温度的变化,超导电缆故障处和末端归一化时频互相关峰值大小发生明显的同步变化,该现象可评估现场超导电缆系统中液氮泄漏导致的温度上升问题。     

用于多分量信号分析的自适应广义 S 变换算法研究

时频分析是处理非平稳信号强有力的工具,S 变换作为传统的时频分析方法之一,其窗函数的尺度可以随频率改变。 但是,其时频窗函数尺度变化是固定的,无法适用不同信号的局部特性,导致能量聚集性较差。 本文提出了一种自适应的广义 S 变换算法,设计了由 4 个调节参数控制的广义高斯窗函数,采用浓度测量自适应优化调节参数,以寻求最佳的时频表征效果。 并针对时频分析结果,采用瞬时频率重组和分量重构方法,得到各个分量的瞬时频率,同时进行平滑处理,最终实现多分量信号 的参数估计。 仿真实验说明,本文提出的自适应广义 S 变换算法,结合瞬时频率重组和分量重构信号方法,极大地提升了多分 量信号的时频分辨率和信号分离的准确性。     

基于反射系数傅里叶逆变换的电缆局部缺陷诊断方法研究

为了及时发现电缆中存在的潜伏性缺陷,研究一种基于反射系数傅里叶逆变换的电缆局部缺陷诊断方法。首先根据传输线理论建立电缆计算模型,然后采用快速傅里叶逆变换（IFFT）将电缆首端反射系数谱转换到空间域,最后利用缺陷定位诊断函数DF（x）实现电缆局部缺陷的定位和诊断。针对存在典型局部缺陷的10 kV交联聚乙烯（XLPE）电缆仿真分析,当选取适当的测试频率和测试点数,缺陷定位误差最低可达0.01%。定位曲线中缺陷对应的DF（x）幅值受分布参数的影响,与电容变化的程度线性相关;缺陷长度在一定范围内,DF（x）幅值与缺陷长度成正比;随着缺陷到电缆首端距离的增加,DF（x）幅值成指数衰减;此外,电缆上多处缺陷的诊断结果相互独立。结果表明,该方法具有良好的灵敏度和精确性。     

频率切片小波变换在局部放电信号分析中的应用

在对电力设备局部放电信号进行时频分析时,当信噪比较低或周期性窄带干扰的频率与局放信号频带重叠时,会影响信号时频特征提取的准确性,使目前的局放信号时频分析方法存在局限性.为此,利用频率切片小波变换具有自由分割时频面的优点,提出一种基于频率切片小波变换的局放信号时频分析新方法.首先根据Heisenberg不确定性原理选择时频聚集性最佳的频率切片函数,利用频率切片小波变换获取局放信号的时频分布,突出信号非平稳特征,再根据噪声信号能量与局放信号能量时频分布的差异,选择时频细化区域重构分离出局放信号,结合3σ准则及窄带干扰抑制方法进一步消噪.仿真和实测信号的处理结果表明,与S变换相比,频率切片小波变换具有更高的时频分辨率和任意频带信号提取的灵活性,能够细腻刻画信号的非平稳过程;将时频信息融入局放信号噪声干扰抑制,信号能量损失和波形畸变较小,有利于后续局放信号的模式识别和机理研究.     

基于阻抗谱加窗傅里叶变换的电缆多段缺陷识别方法

电缆各类潜伏性缺陷的识别和定位对电力运维具有重要意义,然而现有电缆检测方法无法在故障产生前对电缆老化、局部破损等缺陷检测进行定位。提出了一种基于电缆宽频阻抗谱的无损局部缺陷检测方法,可以有效地定位电缆早期缺陷,避免演变产生电缆故障事故。建立电缆分布参数的数值模型,研究了电缆阻抗谱特征规律,对比分析不同老化程度的潜伏性缺陷的出现对电缆阻抗谱的影响,分析了不同潜在缺陷的频域阻抗谱特征;对含有缺陷的电缆阻抗谱进行离散傅里叶变换,并以切比雪夫窗函数对积分变换的结果进行处理,实现了对多段潜伏性缺陷的准确定位。实验和仿真结果表明：该方法可以实现电缆上多段潜伏性缺陷定位,通过窗函数算法可以显著抑制噪声,提升定位精度。为电缆故障定位技术改进提供了新的技术手段。     

基于广义S变换的高斯领域时频滤波方法

针对S变换时频滤波局部时频区域选择问题,提出了一种高斯邻域阈值滤波方法。首先,利用S变换的二维时频特性,构建时频分辨率可调的广义S变换,提高分析信号的时频分辨率。然后根据不同时频分布类型,定义了3种不同的高斯邻域时频滤波模型。针对不同模型高斯邻域,对信号中S矩阵高斯邻域内的时频数据采用局部阈值处理,保留有用信息,通过广义S反变换得到滤波后的信号。仿真与实验结果表明,广义S变换高斯邻域时频阈值滤波方法具有较高的滤波精度,该滤波模型能有效减小滤波均方差。     

重排Cohen类时频分布用于GIS局部放电声信号时频分析

为了完整描述气体绝缘组合开关(gas insulated switchgear,GIS)在发生局部放电时信号的时频域信息,介绍了Cohen类双线性时频分布并针对交叉干扰项影响无法完全消除的问题进行了重排时频变换以提取及分辨含有白噪声和窄带周期干扰的局部放电信号。处理仿真和现场检测到的局部放电超声信号时根据白噪声和窄带周期干扰信号在时域上的平稳性特性发现重排Cohen类时频变换方法不仅可以很好地将局放信号和背景噪声以及窄带周期干扰信号分辨开来,而且大大减弱并抑制了交叉干扰项的影响,保持了更高的时频分辨率和时频聚集性,从而验证了重排Cohen类时频变换方法的有效性。     

S变换在电力电缆局部放电信号时频分析中的应用

针对电力电缆局部放电检测,介绍了基于新型S变换的时频分析方法,用于提取及分辨淹没在现场噪声干扰中的局放脉冲信号。局放信号是典型非平稳信号,单纯使用时域或者频域信息都不能很好地表示奇异信号的时变信息。最近发展的S变换是连续小波变换和短时傅里叶变换的一种结合与延伸,引入了幅度和宽度均随频率变换的高斯窗,具有与频率相关的渐进分辨率特性。局放信号的S变换图谱,在信号高频分量部分获得较高的时域分辨率,而在低频分量部分获得较高的频域分辨率,并可提取局放脉冲发生时刻及信号中心振荡频率等特征信息。对仿真信号和现场采集的电力电缆接地线上的局放信号应用S变换进行时频分析,并与短时傅里叶变换及Gabor变换等传统时频分析方法比较,结果显示S变换的时频分析可有效获取局放脉冲信息。     

几种时频分析方法在VFTO频谱分析中的应用

从信号处理的角度而言,特快速暂态过电压(VFTO)是非平稳信号,传统的Fourier变换不适合用于对其进行频谱分析。为此,结合VFTO波形频带宽、频率成分丰富等特征,寻求了适用于VFTO频谱分析的时频分析方法。对比分析了短时Fourier变换、Wigner-Ville分布、伪Wigner-Ville分布、S变换及广义S变换5种时频分析方法在VFTO合成信号频谱分析时的性能,结果显示广义S变换在高、低频段的时频分辨率能够同时达到较好水平。然后利用广义S变换对VFTO实测波形进行频谱分析,给出了VFTO各频率分量的幅值—时间曲线。曲线显示VFTO各频率持续时间不一,频率越高,其幅值衰减越快、持续时间越短,进一步论证了广义S变换应用于VFTO频谱分析的适用性和可行性。     

基于时频自适应最优核分布理论的谐波检测方法

针对电能质量分析的现状,采用一种高分辨率的时频分析方法对谐波进行分析.该方法通过对时频平面内每一点计算模糊函数,获得时频最优核函数,并以此来抑制同时间点多分量信号引起的交叉项干扰,从而获得较高的时频分辨率.仿真结果表明,将该方法结合快速傅里叶变换检测谐波幅值,能够准确地检测出谐波各频率分量的时频分布特性和幅值大小.     

结合广义S变换和快速独立分量分析的局放信号中窄带干扰抑制方法

针对现有方法对局部放电（partial discharge,PD）信号中窄带干扰抑制效果较差的问题,提出了一种基于广义S变换和快速独立分量分析的窄带干扰抑制方案。该方案首先利用广义S变换对染噪PD信号进行时频分析,在染噪PD信号的时频分布图中,根据窄带干扰和PD信号的不同时频特征,可以确定窄带干扰的特征区域;然后在窄带干扰的特征区域中,利用Candan算法对窄带干扰的频率进行估计;最后利用窄带干扰频率估计值和快速独立分量分析方法分离出PD信号,实现窄带干扰抑制。仿真和实测结果说明,所提方法可以有效抑制染噪PD信号中窄带干扰,并且能准确获取PD信号的波形特征,对比传统的奇异值分解方法和快速傅里叶变换滤波方法,文中方法对窄带干扰的抑制效果更好,残余干扰的能量较小。     

采用Gabor变换的局部放电信号时频分析

局部放电信号频率是时变的,为更好地反映它的时频特性,采用一种时频分析方法Gabor变换,将它应用于局部放电信号分析中,并利用不确定原理选择高斯窗函数作为Gabor变换的基函数,提高了分析结果的时频聚集性。通过对实际局部放电信号进行分析处理,结果表明在选择合适的窗函数参数的情况下,基于Gabor变换的时频谱能够细致的刻画信号在时频平面上所发生的变化过程,准确反映了局部放电信号的时频特性,可有效满足对局部放电信号进行时频分析的要求,有利于对信号特征的提取。     

利用重排分布理论的GIS局放信号时频分析

为了在时频域上更好地分析气体绝缘组合开关(gas insulated switchgear,GIS)设备的局部放电信号,介绍了2种经典的Cohen类和仿射类时频分析方法并针对该两种时频分析方法无法消除交叉干扰项的问题,又引入了一种基于信号重排理论的方法,对Cohen类和仿射类时频分析方法进行重排变换,以降低交叉干扰项的影响,提高信号时频聚集性和可读性。最后,将该重排时频变换方法应用于GIS局部放电信号时频分析中,用于抑制现场噪声干扰,提取局放脉冲发生的时间和频率信息。通过对仿真和现场采集的局放信号进行时频分析处理,发现经重排变换后的Cohen类和仿射类时频分析方法,可以获得更佳的时域和频域分辨率,验证了重排方法的有效性。     

一种改进的 MP-WVD 滚动轴承信号时频分析方法

针对魏格纳维利分布(WVD)方法直接对轴承振动信号进行分析时存在交叉干扰项的问题,提出一种基于改进匹配追 踪(matching pursuit,MP)算法与 WVD 的滚动轴承信号时频分析方法。 首先,根据对轴承振动信号的分析,确定 MP 算法中字典 原子的基函数,并通过相关滤波法确定原子参数,完成字典构造。 然后,利用快速傅里叶变换(fast Fourier Transform,FFT)计算 信号与字典中原子的互相关谱,替代 MP 算法中的内积运算,对信号进行稀疏表示,迭代过程中根据残差信号的频谱更新字典 中的频率参数。 最后,对稀疏表示结果中的原子进行 WVD 计算,并以原子对应系数为权重将各原子的时频表示线性叠加,完 成信号的时频分析。 实验结果表明,有效提高了 MP 算法的计算速度,并且与 3 种 WVD 改进算法相比,本文方法时频分析结果 的时频聚集程度更高,可以更好地克服 WVD 方法中的交叉干扰项,为滚动轴承信号的时频分析提供新的解决方法。     

线性正则变换与时频滤波

线性正则变换是一种重要的时频分析工具,它是傅里叶变换、分数阶傅里叶变换的推广,是更一般形式的信号变换。Wigner分布是经典的时频分布函数,具有较好的时频聚集性能。本文从线性正则变换与Wigner时频分布的关系入手,分析了线性正则变换的时频滤波原理,并在此基础上提出了基于线性正则变换的时频滤波方法,给出了滤波器参数的详细设计。仿真实验表明,该方法是时频域信号滤波的有效手段。     

一种基于阻抗相位变化比率的长电缆局部缺陷定位新方法

在电缆出现故障前对局部缺陷进行定位非常关键。该文提出一种基于阻抗相位变化比率的长电缆局部缺陷定位的新方法。首先,研究局部缺陷对分布参数的影响,建立含局部缺陷的输入阻抗谱计算模型,在此基础上研究输入阻抗变化比率与局部缺陷的关联性;然后,通过分析变化比率第一峰值和第二峰值的比值与不同缺陷位置的关系,提出一种基于阻抗相位变化比率的长电缆局部缺陷的定位方法;最后,运用PSCAD仿真软件进行仿真验证。验证结果表明:该方法具有较高的识别精度,定位误差小于1.8%。相比于阻抗幅值谱在谐振频率处的微弱变化,阻抗相位变化比率能够比较灵敏地反映长电缆的局部缺陷,该文提出的方法可以有效定位长电缆局部缺陷位置。     

采用傅立叶变换分析冲击下GIS局部放电信号

为了分析冲击电压下GIS腔体内局部放电信号的特征,将一种时频变换理论即二次型短时傅立叶变换应用于局放脉冲序列的分析,得到信号在时频平面的能量分布和变化规律。通过对含噪声局放脉冲序列时频变换的仿真研究,有效地提取了放电脉冲。另外,在实验室对220 kV GIS母线段进行了尖刺缺陷模型的安装和冲击耐压下局放检测,对实测数据进行了时频分析,验证了二次型短时傅里叶变换在局放信号处理中的有效性,得到了信号时频谱图在不同长度窗函数处理下的变化规律。