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超高頻局放信號初始時刻判別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及超高頻局放信號空間定位方法，特別涉及一種超高頻局放信號初始時刻判別方法，包括如下步驟：a.信號采集的觸發(fā)：設(shè)定某路信號的觸發(fā)電平Vi，當(dāng)檢測到實時電壓超過觸發(fā)電平Vi時，觸發(fā)該路信號采集系統(tǒng)開始信號采集；b.四路波形的觸發(fā)閾值設(shè)定：將觸發(fā)電平Vi作為閾值和信號采集起始點，往后尋找波形的第一個峰值，再往后尋找第一個過零點作為信號的波前時刻。本發(fā)明閾值法的使用可以允許四路波形不完全一致，這符合局放信號現(xiàn)場檢測的結(jié)果。閾值法計算簡潔，不需要對波形信號進(jìn)行再處理，從而使得初始時刻的判別更加精確。再者，在計算過零點的時候，采用多次二次插值法逐次逼近，提高了過零點時刻的精確度。
【專利說明】超高頻局放信號初始時刻判別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超高頻局放信號空間定位方法，特別涉及一種超高頻局放信號初始時 刻判別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在基于時延法的超高頻局放信號空間定位研究中，信號初始時刻的判別直接影響 定位的精確性。雖然超高頻電磁波檢測的檢測頻段較高，并可W有效避開常規(guī)局放檢測電 測量中的電暈、開關(guān)操作等多種電氣干擾。但在檢測信號中仍參雜了多種干擾信號從而影 響初始時刻的判定。
[0003] 時延估計是基于時間差的信號源定位算法的基礎(chǔ)，也是決定定位精度的關(guān)鍵。目 前的時延估計算法在判斷局放信號初始時刻時主要有闊值法、能量積累法和相關(guān)估計法 等。于本發(fā)明最近似的方案是基于能量積累法的局放信號初始時刻判別。積累能量X的計 簡 算公式為其中，Ui為信號波形上第1個點的電壓值，m為每路波形記錄的點數(shù)。 /-〇 , 當(dāng)局部放電發(fā)生時，放電源將福射出1個脈沖。該脈沖的幅值遠(yuǎn)大于背景噪聲，經(jīng)過能量積 累，局部放電起始點將在信號累積能量圖上對應(yīng)為一個拐點。由能量積累原理，該拐點時刻 近似為信號的起始時刻即超高頻電磁波傳播至傳感器的時刻。
[0004] 對于能量積累法，要求信號具有較高的信噪比。當(dāng)信號的信噪比較低、甚至信號被 噪聲掩埋時，該種方法都不能準(zhǔn)確得到信號的波前時刻。相關(guān)估計法要求四路波形一致，而 在現(xiàn)場對局放信號檢測過程中，由于多種干擾信號的存在，W及由于接收信號的時刻不同， 信號衰減程度不同使得四路波形不可能完全一致，相關(guān)估計發(fā)在實際工程應(yīng)用中有很大缺 陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種效率較高、降低計算成本、 便于校核、提高檢測精度、對檢測到的波形是否完全一致沒有嚴(yán)格要求、適用于工程應(yīng)用的 超高頻局放信號初始時刻判別方法，解決了基于時延法的局放信號檢測中的局放信號初始 時刻選擇問題。
[0006] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：超高頻局放信號初始時刻判別 方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0007] a.觸發(fā)電平的設(shè)定和信號采集的觸發(fā)：
[000引設(shè)定某路信號的觸發(fā)電平Vi,當(dāng)檢測到實時電壓超過觸發(fā)電平Vi時，觸發(fā)該路信 號采集系統(tǒng)開始信號采集，i為1，2, 3, 4 ;
[0009] 四路信號采集系統(tǒng)全部觸發(fā)；
[0010] b.信號波前時刻判定：
[0011] 將觸發(fā)電平Vi作為闊值和信號采集起始點，往后尋找波形的第一個峰值，i為1， 2, 3, 4 ;在第一個峰值的基礎(chǔ)上，采用基于二次插值法的波形過零點檢測方法往后尋找第 一個過零點作為信號的波前時刻。
[0012] 前述的超高頻局放信號初始時刻判別方法，尋找第一個過零點作為信號的波前時 刻的具體步驟為：通過將信號過零點附近的某鄰域的曲線擬合成二次曲線，經(jīng)過計算得出 信號過零點的時刻，反復(fù)使用此方法，逐次擬合，直到滿足給定的精度為止。
[0013] 前述的超高頻局放信號初始時刻判別方法，該方法用于局部放電的定位，具體步 驟為：
[0014] W各路信號的第一個過零點作為其波前時刻，計算信號到達(dá)的時延，代入定位方 程求解，實現(xiàn)局放定位。
[0015] 前述的超高頻局放信號初始時刻判別方法，各路信號的觸發(fā)電平Vi的設(shè)定與信號 幅度呈正比。
[0016] 前述的超高頻局放信號初始時刻判別方法，在定位誤差較大時，進(jìn)行手動校正并 尋找波形的波前時刻，利用鼠標(biāo)大致尋找波前時刻的過零點，然后通過軟件計算第一個過 零點。
[0017] 本發(fā)明采取闊值法來對信號初始時刻進(jìn)行定位，闊值法即設(shè)定一個闊值，把信號 幅值超過闊值的時刻作為信號的波前時刻。本專利采用的方案在工程應(yīng)用上具有較大的優(yōu) 勢，首先闊值法的使用可W允許四路波形不完全一致，該符合局放信號現(xiàn)場檢測的結(jié)果。相 較于能量積累法和參數(shù)辨識法，闊值法計算簡潔，不需要對波形信號進(jìn)行再處理，從而使得 初始時刻的判別更加精確。再者，在計算過零點的時候，采用多次二次插值法逐次逼近，提 高了過零點時刻的精確度，該也對后續(xù)計算局放源的空間位置提供了更好的支持。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是信號模擬觸發(fā)示意圖；
[0019] 圖2為信號觸發(fā)時示波器波形； 圖3為目標(biāo)函數(shù)在初始搜索區(qū)間的函數(shù)值圖形。

【具體實施方式】
[0020] 為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)方案、技術(shù)特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合

【具體實施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明不限于所述的實施例。
[0021] 根據(jù)費碼最短光程原理，在距離放電源某一位置，信號的起始點是沿最短光程、 歷經(jīng)最小傳播時間最先到達(dá)的子波的波前反映。因此，信號的起始位置應(yīng)W波形上升沿的 起點為基準(zhǔn)點。讀出四路信號基準(zhǔn)點之間的時間差，即為四路信號的到達(dá)時延。但由于試 驗中背景噪聲W及濾波器的影響，一方面使得難W對信號波形上升沿的起點準(zhǔn)確定位；另 一方面使得信號波形上升沿的起始點發(fā)生漂移，引起測量誤差。本方案采取闊值法來對信 號初始時刻進(jìn)行定位。闊值法即設(shè)定一個闊值，把信號幅值超過闊值的時刻作為信號的波 前時刻。
[002引 1觸發(fā)模式
[0023] 本方案信號采集系統(tǒng)采取模型觸發(fā)法。該觸發(fā)方式是給出一個電壓信號并設(shè)定某 個特定的電壓值，當(dāng)電壓信號高于或是低于設(shè)定值時進(jìn)行觸發(fā)。模擬觸發(fā)可W用來偵測連 續(xù)電壓信號中的瞬間變化，如在電力傳輸系統(tǒng)中，用戶可W指定輸入信號的觸發(fā)電壓值，一 旦超過該電平便開始進(jìn)行采樣，藉此可W偵測電力系統(tǒng)中的突波（pulse)。圖1為模擬觸 發(fā)示意圖。
[0024] 本方案四路采集系統(tǒng)在檢測到超過設(shè)定闊值的信號后同時觸發(fā)，但在示波器上保 留預(yù)觸發(fā)時的波形，如圖2所示。
[00巧]2四路波形的觸發(fā)闊值設(shè)定
[0026] 如圖2所示四路波形。假設(shè)數(shù)據(jù)采集W第一路信號為觸發(fā)信號，采集系統(tǒng)可W提 供觸發(fā)點（即觸發(fā)時刻）、觸發(fā)電平ViD將觸發(fā)電平作為閥值，尋找波形的第一個峰值，在 此基礎(chǔ)上，往后尋找第一個過零點，作為第一路信號的波前時刻。對于剩余H路信號，設(shè)置 閥值為ki，其中，依據(jù)該路信號幅度與第一路信號幅度比較，取ki為不同值，依據(jù)閥值尋找 波形的第一個峰值，然后W第一個過零點作為信號的波前時刻。設(shè)四路波形的幅值（即闊 值）為Vi,則ki的取值為：
[0027] k. =77，/= 1,2,3,4
[0028] 3基于二次插值法的波形過零點檢測
[0029] 二次插值法是用一元函數(shù)f( a )在確定的初始區(qū)間內(nèi)搜索極小點的一種方法。它 屬于曲線擬合方法的范疇。在求解一元函數(shù)f (a)的極小點時，常常利用一個低次插值多 項式P(U)來逼近原目標(biāo)函數(shù)，然后求該多項式的極小點（低次多項式的極小點比較容易 計算），并W此作為目標(biāo)函數(shù)f( a )的近似極小點。如果其近似的程度尚未達(dá)到所要求的精 度時，可W反復(fù)使用此法，逐次擬合，直到滿足給定的精度時為止。
[0030] 本方案采用二次插值法尋找信號的過零點，通過將信號零點附近的某鄰域的曲線 擬合成二次曲線，經(jīng)過計算可得出信號過零點的時亥I]?？蒞反復(fù)使用此方法，逐次擬合，直 到滿足給定的精度為止。
[OOW 假定目標(biāo)函數(shù)在初始搜索區(qū)間[a，b]中有H點qW、a?和a?(a《qW < a但）< a城《b)，其函數(shù)值分別為fi、f2和fs(如圖3所示），且滿足> f2, f2 < fs， 即滿足函數(shù)值為兩頭大中間小的性質(zhì)。利用該H點及相應(yīng)的函數(shù)值作一條二次曲線，其函 數(shù)pW為一個二次多項式，式中Ct 0、Ct 1、Ct 2為待定系數(shù)。
[0032]
[003引根據(jù)插值條件，插值函數(shù)P(Q)與原函數(shù)f (a)在插值結(jié)點Pi、P2、Ps處函數(shù)值相 等，得

【權(quán)利要求】
1. 超高頻局放信號初始時刻判別方法，其特征在于，包括如下步驟： a. 觸發(fā)電平的設(shè)定和信號采集的觸發(fā)： 設(shè)定某路信號的觸發(fā)電平當(dāng)檢測到實時電壓超過觸發(fā)電平\時，觸發(fā)該路信號采 集系統(tǒng)開始信號采集，i為1，2, 3, 4 ; 四路信號采集系統(tǒng)全部觸發(fā)； b. 信號波前時刻判定： 將觸發(fā)電平\作為閾值和信號采集起始點，往后尋找波形的第一個峰值，i為1， 2, 3, 4 ;在第一個峰值的基礎(chǔ)上，采用基于二次插值法的波形過零點檢測方法往后尋找第一 個過零點作為信號的波前時刻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高頻局放信號初始時刻判別方法，其特征在于，尋找第一 個過零點作為信號的波前時刻的具體步驟為：通過將信號過零點附近的某鄰域的曲線擬合 成二次曲線，經(jīng)過計算得出信號過零點的時刻，反復(fù)使用此方法，逐次擬合，直到滿足給定 的精度為止。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高頻局放信號初始時刻判別方法，其特征在于，該方法用 于局部放電的定位，具體步驟為： 以各路信號的第一個過零點作為其波前時刻，計算信號到達(dá)的時延，代入定位方程求 解，實現(xiàn)局放定位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高頻局放信號初始時刻判別方法，其特征在于，各路信號 的觸發(fā)電平\的設(shè)定與信號幅度呈正比。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高頻局放信號初始時刻判別方法，其特征在于，在定位誤 差較大時，進(jìn)行手動校正并尋找波形的波前時刻，利用鼠標(biāo)大致尋找波前時刻的過零點，然 后通過軟件計算第一個過零點。
【文檔編號】G01R31/12GK104237749SQ201410319244
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】李波, 陸振威, 王駿, 王建剛, 包立珠, 王亮 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司檢修分公司