[发明专利]基于分层阈值同步挤压小波的变压器局放故障诊断方法

说明书

本发明提供的基于分层阈值同步挤压小波的变压器局部放电故障诊断方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，对变压器局部放电信号f(t)为进行SWT分解，得到SWT分解系数i＝1,2,L,I；步骤二，利用公式估计噪声标准差σ_n；步骤三，对SWT第i层系数按固定步长对c^a(i)逐步取值，通过均方误差公式计算均方误差的最小值，确定c^a(i)的最优值；步骤四，计算分层阈值γ^a(i)＝c^a(i)σ_n，通过第i层SWT系数公式实现第i层SWT系数的消噪；步骤五，利用降噪公式对去噪后的各层系数进行重构，得到消噪后的消噪变压器局部放电信号y(t)；以及步骤六，对去噪后的所述消噪变压器局部放电信号y(t)进行特征提取，根据所提取特征进行故障诊断。

技术领域

本发明涉及电力系统信号处理领域，特别涉及基于分层阈值同步挤压小波的变压器局放故障诊断方法。

背景技术

局部放电是指在电场作用下绝缘结构中只有局部区域发生放电，而不是大面积或贯穿整个导体的放电。大型电力变压器的绝缘结构比较复杂，使用的材料多种多样，整个绝缘系统电场分布很不均匀。由于设计或制造工艺上不尽完善使绝缘系统中含有气隙，或是在长期运行过程中绝缘受潮，水分在电场作用下发生分解产生气体而形成气泡。因为空气的介电常数比绝缘材料的介电常数小，即使绝缘材料在不太高的电场作用下，气隙、气泡部位承受的场强也会很高，当场强达到一定值以上时就会发生局部放电。另外绝缘内部存在缺陷或混入各种杂质，或者在绝缘结构中存在某些电气连接不良等，都会使局部电场集中，在电场集中的地方就有可能发生固体绝缘表面放电和悬浮电位放电。在电力变压器的油纸绝缘结构中，局部放电一方面使油分解出气体，另一方面又可能生成油泥沉积在固体绝缘材料上，在该处形成更剧烈的放电，并使该处成为过热点，促使绝缘损坏。

局部放电的持续发展将使绝缘的劣化损伤逐步扩大，最终使绝缘正常寿命缩短、短时绝缘强度降低，甚至可能使整个绝缘击穿。由于变压器是电力系统中最为重要的设备，为了对变压器的绝缘状态实现在线监测及故障诊断，国内外对反映变压器绝缘状态的局部放电电气特征量进行了大量研究。但是局部放电信号十分微弱，而且由于变压器处在复杂的电磁干扰环境中，使得本来很微弱的局部放电信号淹没在很强的各种干扰当中，从而很难获得真正的有用信息，使得局部放电特征量的提取和模式识别十分困难，无法准确诊断设备真实的绝缘状况。变压器局放信号的特征提取是进行绝缘故障诊断的关键，而对局部放电信号进行去噪处理是局部放电特征准确提取的基础和前提。

当前，针对变压器局部放电信号，主要的去噪方法是小波阈值去噪法和经验模态分解(empirical mode decomposition)去噪法。小波阈值去噪法中，小波基的选择对去噪信号的畸变有着密切的关系，但对如何优化选择小波基尚没有明确的研究方法；而且利用阈值法去噪时，将幅值大于阈值的系数全部保留，幅值小于阈值的系数全部删除，不可避免的使得部分幅值较小的信号系数被删除，而部分幅值较大的噪声系数被保留，影响了变压器局部放电信号的去噪效果.而EMD去噪法通过迭代抽取去噪后的信号，导致速度很慢，时间花费较大；而且噪声较强时，EMD方法无法受干扰较大，去噪后信号的误差较大。由于这些缺点，使小波去噪法和EMD去噪法不能够适应不同类型的局部放电信号，不利于实际生产环境中变压器局放信号去噪的应用。

同步挤压小波变换(Synchrosqueezed Wavelet Transform，SWT)是在连续小波变换的基础上发展起来的一种新的时频分析方法.SWT通过对连续小波变换时频图在频率方向的挤压，可得到更高精度的时频曲线，而且所提取的时频曲线间不存在交叉项，有效改善了非线性复杂信号时频分析时的频谱混叠现象.SWT对噪声具有很强的鲁棒性，当信号被强噪声污染时，SWT仍可获得清晰的时频曲线和基本不变的分解结果。因此，SWT非常适合非线性信号的去噪，实验结果表明，与小波变换和EMD分解相比，SWT可获得效果更好的去噪结果。