基于解析信号小波的变压器局部放电故障诊断

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1、化工自动化及仪表第40卷基于解析信号小波的变压器局部放电故障诊断付光杰何剑赵海龙(东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆163318)摘要应用解析信号小波来分析变压器局部放电，提取信号在各尺度的幅值包络、相位和瞬时频率，并将该特征参数用于故障诊辑。仿真结暴表明：该方法用于变压器局部放电故障诊断中是行之有效的。关键词变压器局部放电故障诊断解析信号小波中图分类号TH89文献标识码A文章编号1000—3932(2013)03-0360-04变压器是一个复杂的设备，它由许多零件构成，是电力系统的核心。其运行状态直接关系到整个电力系统的运行，而局部放电是导致电力变压器绝缘劣化的重

2、要原因之一⋯。因此，对变压器局部放电故障的诊断至关重要。在变压器运行的情况下，及时、准确地对其当前的技术状况做出判断，并给出其技术状态的调整意见，这无疑提高了变压器的可靠性、经济性和安全性，同时减少了盲目维修产生的费用。根据国内外对变压器局部放电故障的统计，放电故障分为悬浮放电、空气电晕放电、沿面放电、内部放电、油隙放电、匝间绝缘局部击穿以及引线、搭接线等油纸绝缘中的局部放电等悼1。在变压器运行过程中，任何的一种放电故障都会产生相应的故障信号，笔者对故障信号进行了分析。将实时信号通过Hilbert变换，使之成为解析信号，从而可以提取信号的相位信息，进而得到信号的频率信息。

3、但是对由多个频段成分、多个放电事件叠加而成的变压器放电信号而言，其解析信号的幅值、相位和频率不再具有良好的物理解释，得出的结论有时是荒谬的。小波变换具有时频局部化的特性，可以将信号按尺度参数所对应嚣0．0F=丽Fi卜—1八八／＼卜一馨一0．5L————————————————：—-—二———————。————————J的频带依次划分开来，再结合解析信号的特点，有望得到良好的分析效果∞】。笔者利用小波变换在信号处理方面的强大功能，利用一种频域紧支型小波对实际运行的电力变压器局部放电信号进行时频域分析和划分处理，以提取不同频带上信号的幅值、相位和频率信息。1频域紧支型小波在进

4、行小波变换时，由于小波函数频窗的能量不集中，造成小波分解各尺度之间出现频域混叠现象和泄漏效应，使得小波变换分频不严格，影响分析效果。鉴于此，文献[4]构造了一种频域紧支型小波，采用Haar小波作为小波基函数，其时域和频域表达式分别为：妒(f)=二L{2．16sin(￡)cos3t一0．92[sin(宙+t)+二盯sin(百一f)cos3(,IT—1)]}(1)，，、rO．54—0．46cos("fifo)，∞∈[一4，一2]U[2，4]妒(脚)={’1。。7。10，其他(2)由于，sinc(‘)=兰!譬，因此，所构造的小波其时域、频域波形如图1所示。裁[巫正图1所构造小波

5、的时域争频域波形收稿日期：2012-09-07第3期付光杰等．基于解析信号小波的变压器局部放电故障诊断2解析信号设善(I)为一任意实信号，则其对应的解析信号为：g(1)=z(z)+五(1)(3)其中，未(t)为x(t)的Hilben变换，定义为"1：；(t)=1J一。掣d下(4)1『‘一_『由式(3)可知，g(t)也可以表示为：g(f)=A(t)exp(j0(f))(5)其中A(t)、0(t)分别为解析信号的幅值和相位函数。由解析信号的相位可以进一步求得信号的瞬时频率，定义为：m(t)：圭掣(6)二1Tu‘将信号的瞬时频率定义为解析信号相位的导数，这是一种较常用的瞬时频率

6、定义方法。由此可见，解析信号给出了信号的幅值包络、相位和瞬时频率的描述。对于由多个频段信号叠加而成的放电信号来说，其解析信号的特征值不再具有良好的物理解释。而小波变换具有时频局部化的特性，因此笔者采用一种基于小波变换的解析信号分解方法，该方法采用为改善小波变换分频特性而构造的Haar小波作为小波基函数，将解析信号方法引入小波变换，使得解析信号在按尺度参数所对应频带展开的同时可进一步得到信号在该尺度上分量的幅值包络、相位以及瞬时频率等信息。解析信号在各个尺度上的小波变换结果为¨J：萋z蒜0圈遥一2馨餐s委0圃理一5馨蓑s委0固迥一5馨O2040608010012014016

7、0180200时间／msa．第一层分解020，406080100120140160180200时问／msb．第二层分解睨(Ⅱ，6)=E(口，6)+．『E(Ⅱ，6)(7)其中形。(a，b)为并(1)依赖于参数a和b的小波变换，形(a，b)为茗(t)在尺度Ot下小波变换对参数b的Hilbert变换。由此可见解析信号小波变换的结果仍然是解析信号，因此解析信号的性质对其同样适用。3变压器放电信号的解析小波分析变压器容易产生的几种局部放电类型有悬浮放电、空气电晕放电、沿面放电及内部放电等。由于在波形模拟时，加入了实际放电时可能会产生的噪