一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法及系统技术方案

本申请公开了一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法和系统,提出了新的阈值函数对小波分解后的小波系数进行阈值处理，能够克服现有的硬阈值法和软阈值法处理信号时存在的问题，可以实现对敷设在电缆沟或直接埋于地下的电缆运行数据进行去噪处理，提取有效信号，实现对电缆故障的准确定位，及时有效的发现故障点，保障电力设施的安全有效运行。

【技术实现步骤摘要】
一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法及系统
本公开涉及电力电缆局部放电信号处理方法，具体的说，是涉及一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法及系统。
技术介绍
近年来，随着我国城市电网的不断改造，XLPE电力电缆作为电力电缆的主流产品已经广泛应用于输电线路和配电网中。据不完全统计，已投入运行的110KV及以上的高压电缆线路达数百公里，而35KV及以下电压等级多达50万公里之多，最高电压等级已达500KV。一般认为XLPE电力电缆在正常环境中的寿命为20到30年，然而由于电缆敷设在电缆沟或直接埋于地下，敷设环境与使用状态会极大的影响电缆的寿命。长期同土壤、水分、潮气接触，绝缘易受到腐蚀渗透，再加上电缆制造或安装时的局部缺陷，都可能造成故障。地下电缆一旦发生故障。寻找起来十分困难，不仅要浪费大量人力物力，而且还将带来难以估计的停电损失。如果故障得不到及时排除，将会造成严重的经济损失和社会影响。在局部放电信号的在线监测中，采集的信号数据包含有大量的噪声，例如白噪声、周期性干扰噪声以及脉冲噪声等干扰信号。在实际测试过程中，局部放电信号会淹没在噪声中，为实现局部放电信号的检测与定位，及时对放电故障进行排除，需要对采集的信号进行去噪处理提取出有用的信息。现有的对局部放电信号的处理是将局部放电信号进行小波变换后，进行阈值去噪处理，常见的阈值处理方法有硬阈值法和软阈值法。硬阈值法就是将小波系数的绝对值与阈值进行比较，当大于阈值时，保持不变，当小于或等于阈值时，置为0。硬阈值法虽然能够保留信号中的一些突变成分，但是同时也可能产生新的不连续点，且对数据变化反应过为灵敏，在信号重构时会出现振荡。软阈值法就是将小波系数和阈值进行比较，当大于阈值时，收缩为小波系数与阈值的差值，当小波系数小于阈值时，设定为小波系数与阈值的和，其余的情况将小波系数置为0。软阈值法处理后的小波系数发生了收缩，因为信号重构时会损失一些有用的高频信息，造成信号的信噪比较低，此外，软阈值函数的导数不连续，而在实际应用中经常要对一阶导数进行处理，所以软阈值法具有一定的局限性。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法及系统,通过提出的新的阈值函数，能够克服现有的硬阈值法和软阈值法处理时存在的问题，可以实现对敷设在电缆沟或直接埋于地下的电缆运行数据进行去噪处理，提取有效信号，实现对电缆故障的准确定位，及时有效的发现故障点，保障电力设施的安全有效运行。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法，包括如下步骤：步骤1、采集电缆的局部放电信号x(t)；步骤2、采用db6小波基对采集的放电信号进行分解，得到小波分解后的小波系数包括近似系数C0及小波细节系数wj,k；步骤3、对小波系数进行硬阈值处理，具体为将所述小波近似系数C0保留，对小波细节系数wj,k进行阈值处理，进行阈值处理采用的阈值函数如下：其中wj,k为小波分解后的小波细节系数，为处理后的小波细节系数，β为调节因子，且β为正数，λ为阈值。其中j表示小波分解的尺度，k表示以尺度为j分解的小波细节系数的长度。步骤4、根据近似系数C0和硬阈值处理后的小波细节系数对信号进行重构，得到去除白噪声后的局部放电信号y(t)。步骤5、对y(t)进行中值滤波，获取有效局部放电信号z(t)。进一步的，采用db6小波基对采集的放电信号进行分解具体为：对局部放电信号进行小波db6的9个尺度一维分解，并计算尺度为9的一维分解低频系数C0和尺度为9到1的各尺度高频小波细节系数wj,k。进一步的，阈值λ选择方法采用的是固定阈值法：其中，σ为以尺度为j分解的小波细节系数的标准差，k为以尺度为j分解的小波细节系数的长度。进一步的，所述步骤5对y(t)进行中值滤波的滤波窗口宽度为30。一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取的系统，包括依次连接的采集电缆的局部放电信号的模块、采用db6小波基对采集的放电信号进行分解的模块、对小波系数进行硬阈值处理的模块、根据硬阈值处理后的小波系数对信号进行重构得到去除白噪声后的局部放电信号y(t)的重构模块和对局部放电信号y(t)进行中值滤波获取有效局部放电信号z(t)的处理模块。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，包括：该程序被处理器执行时执行上述的一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法的步骤。一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取系统，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法的步骤。与现有技术相比，本公开的有益效果为：(1)本公开的方法利用白噪声和脉冲性噪声的局部和近似为零的特点削减采集的放电信号的噪声的幅度，有效抑制白噪声和脉冲性噪声，同时较好得提取局部放电信号的波形特征。本公开采用的阈值处理函数能够有效减小信号重构时的振荡问题以及克服现有的硬阈值处理不连续的问题。本公开采用的阈值处理函数也能够有效解决采用软阈值函数小波系数与含噪信号的小波系数之间存在恒定偏差的问题，降低高频信息损失。(2)本公开通过小波分解，对采集的信号采用本公布提出的阈值处理函数进行阈值处理，去除采集信号的白噪声，利用中值滤波去除信号中的脉冲噪声保留了信号的有用信息。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。图1是电缆局部放电信号的去噪处理方法的流程图；图2是采集的原始局部放电信号的信号图；图3是图2中采集的原始局放信号的局部放电信号部分图；图4是经过小波处理去除白噪声后局部放电信号y(t)的信号图；图5是中值滤波去除脉冲性噪声后局部放电信号z(t)的信号图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下述实施例为本申请的一种典型的实施方式，如图所示，一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法，包括如下步骤：步骤1、采集电缆的局部放电信号x(t)；步骤2、采用db6小波基对采集的放电信号进行分解，得到小波分解后的小波系数包括近似系数C0及小波细节系数wj,k；小波分解的尺度可以为多尺度，本实施例确定的尺度个数为9个，9个尺度分别为尺度9、尺度8、尺度7……尺度1。本实施例采用db6小波基对采集的放电信号进行分解具体为：对局部放电信号进行小波db6的9个尺度一维分解，对信号进行尺度为9的一维分解，得到尺度为9的一维分解低频系数C0和尺度为9高频小波细节系数w9,k，k表示以尺度为9分解的小波细节系数的长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采集电缆的局部放电信号x(t)；步骤2、采用db6小波基对采集的放电信号进行分解，得到小波分解后的小波系数包括近似系数C0及小波细节系数wj,k；步骤3、对小波系数进行硬阈值处理，具体为将所述小波近似系数C0保留，对小波细节系数wj,k进行阈值处理，进行阈值处理采用的阈值函数如下：

【技术特征摘要】
1.一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采集电缆的局部放电信号x(t)；步骤2、采用db6小波基对采集的放电信号进行分解，得到小波分解后的小波系数包括近似系数C0及小波细节系数wj,k；步骤3、对小波系数进行硬阈值处理，具体为将所述小波近似系数C0保留，对小波细节系数wj,k进行阈值处理，进行阈值处理采用的阈值函数如下：其中，wj,k为小波分解后的小波细节系数，为处理后的小波细节系数，β为调节因子，且β为正数，λ为阈值，其中j表示小波分解的尺度，k表示以尺度为j分解的小波细节系数的长度；步骤4、根据近似系数C0和硬阈值处理后的小波细节系数对信号进行重构，得到去除白噪声后的局部放电信号y(t)；步骤5、对y(t)进行中值滤波，获取有效局部放电信号z(t)。2.如权利要求1所述的一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法，其特征在于：采用db6小波基对采集的放电信号进行分解具体为：对局部放电信号进行小波db6的9个尺度一维分解，并计算尺度为9的一维分解低频系数C0和尺度为9到1的各尺度高频小波细节系数wj,k。3.如权利要求1所述的一种电力电缆局部放电信号去噪及有效信号提取方法，其特征在于：阈值λ选...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆冲，杨震威，郑元勋，
申请(专利权)人：山东康威通信技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37