本發(fā)明屬于電力設(shè)備局部放電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于不同頻段放電幅值和的局部放電三維聚類識(shí)別方法，用于電力設(shè)備局部放電類型的識(shí)別。

背景技術(shù)：

電力設(shè)備的絕緣材料是保證電力設(shè)備正常運(yùn)行的重要組件，但是由于絕緣材料在強(qiáng)電場(chǎng)作用下老化或絕緣材料加工缺陷，在電力設(shè)備運(yùn)行中絕緣材料內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)局部放電，局部放電的發(fā)展會(huì)加速絕緣材料的老化，從而導(dǎo)致電力設(shè)備壽命縮短，所以必須盡早發(fā)現(xiàn)和識(shí)別局部放電的類型，采用措施減緩電力設(shè)備的老化。

局部放電脈沖電流信號(hào)為ns級(jí)脈沖信號(hào)，脈沖電流為寬頻帶信號(hào)，其激發(fā)的超高頻電磁波信號(hào)同樣為寬頻帶信號(hào)，帶寬從幾十mhz到上ghz，而基于電磁波耦合原理的局部放電超高頻檢測(cè)的測(cè)量帶寬可以達(dá)到幾十mhz到上ghz的頻率，所以利用局部放電超高頻檢測(cè)能夠測(cè)量到更為豐富的局部放電頻率信息。

由于不同放電類型的脈沖電流波形不盡相同，其激發(fā)的電磁波信號(hào)包含的頻率信息也不全相同，所以通過提取這些局部放電頻率信息特征能夠很有效地區(qū)分局部放電類型，眾多研究中主要是利用不同頻率段的信息進(jìn)行局部放電類型識(shí)別，還有利用小波分解的方式提取特征參量，特征參量有能量特征參量，分形特征參量，也取得了比較好的結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決更加有效提取能夠識(shí)別局部放電類型的局部放電電磁波能量特征的問題，提供了一種基于不同頻段放電幅值和的局部放電三維聚類識(shí)別方法，并驗(yàn)證了在局部放電類型識(shí)別中的有效性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

基于不同頻段放電幅值和的局部放電三維聚類識(shí)別方法，包括以下步驟：

1)采集多種放電類型的多個(gè)局部放電超高頻單次波形，對(duì)每個(gè)局部放電超高頻單次波形進(jìn)行fft變換至頻域，得到fft序列(x,f)，其中x＝[x1,x2,….xi,…xm]，x的長(zhǎng)度為m，xi是每個(gè)fft變換點(diǎn)的幅值，f為頻率數(shù)組，f＝[f1,f2,….fi,…fm]，fi為頻率點(diǎn)，f的長(zhǎng)度為m；

2)統(tǒng)計(jì)同一種放電類型多個(gè)單次波形在每個(gè)頻率點(diǎn)的最大值，得到放電頻率峰最大值的分布譜圖hmax(f)，計(jì)算hmax(f)在0～2500mhz范圍內(nèi)的放電頻率幅值和fmax；

3)再將局部放電信號(hào)主頻率段0～2500mhz范圍分為多個(gè)頻段，計(jì)算每個(gè)頻段的fmaxi；

4)計(jì)算各頻段的fmaxi相對(duì)于整個(gè)頻率段fmax的比重值kmaxi；

5)選擇三個(gè)合適頻段k，j和l的kmax-k、kmax-j和kmax-l分別作為x坐標(biāo)、y坐標(biāo)和z坐標(biāo)，構(gòu)建局部放電信號(hào)的三維頻段識(shí)別圖，用于不同局部放電的類型識(shí)別。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)中的放電頻率幅值和fmax的計(jì)算公式如下：

其中i為頻率點(diǎn)，n為fft變換的總頻率點(diǎn)數(shù)，xi為每個(gè)fft變換點(diǎn)的幅值。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3)局部放電信號(hào)主頻率段0～2500mhz分為六個(gè)頻率段，用fbi表示，其中i＝1,2,3,4,5,6，即0≤fb1<100mhz，100≤fb2＜200mhz、200≤fb3＜300mhz、300≤fb4＜500mhz、500≤fb5＜1000mhz和1000≤f6≤2500mhz。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟4)中計(jì)算各頻段的fmaxi相對(duì)于整個(gè)頻域的比重值kmaxi的具體公式如下：

式中nf為頻段的個(gè)數(shù)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟5)的選擇三個(gè)最佳的頻段k，j和l的kmax-k，kmax-j和kmax-l分別作為x坐標(biāo)、y坐標(biāo)和z坐標(biāo)的方法如下：

501)對(duì)步驟2)中六個(gè)頻率段的kmax任意三個(gè)組合(k，j，l)，組成一組(kmax-k，kmax-j，kmax-l)坐標(biāo)；

502)采用歐式空間距離法定量計(jì)算不同頻段組合下的不同種放電類型之間三維聚數(shù)據(jù)點(diǎn)(kmaxk，kmaxj，kmax-l)之間的距離d，公式如下：

其中a和b表示兩種放電類型，kmax-k、kmax-j和kmax-l表示兩種放電類型在k、j和l頻率段的上的fmaxi相對(duì)于整個(gè)頻域的比重值kmaxi；

503)重復(fù)上述步驟401)和402)得到一組不同放電類型之間的歐式空間距離，取其中歐式距離d的平均值最大的一組頻段組合，即為合適的頻段組合；

504)用選擇好的三個(gè)頻段的kmax繪制不同放電類型的(kmaxk，kmaxj，kmax-l)坐標(biāo)點(diǎn)，得到局部放電信號(hào)的三維頻段聚類識(shí)別圖。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

1.通過統(tǒng)計(jì)大量局部放電電磁波信號(hào)頻率特征，確定了超高頻局部放電信號(hào)特征頻率段，并計(jì)算了不同頻率段的“頻率幅值和”fmax，以及在整個(gè)頻率段中的比重kmax；

2.確定了尋找最佳的三個(gè)頻率段組合的方法，并利用這三個(gè)頻率段對(duì)應(yīng)的kmax繪制了三維聚類圖，能夠較為明顯的區(qū)分不同放電類型。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、提出了一種新基于統(tǒng)計(jì)思想的超高頻單次波形分析方法，對(duì)同種放電類型的多個(gè)單次波形進(jìn)行fft變換，統(tǒng)計(jì)同一種放電類型多個(gè)單次波形在每個(gè)頻率點(diǎn)的最大值，得到放電頻率峰最大值分布譜圖hmax(f)；

2、提出了利用歐氏距離確定了三個(gè)最佳的頻率段，利用這三個(gè)頻率段的“放電頻率幅值和”fmax的比重kmax，繪制三維聚類譜圖，能夠簡(jiǎn)單直觀地顯示出局部放電的分類結(jié)果。

綜上所述，本發(fā)明提出了一種有效的從多個(gè)局部放電超高頻單次波形多個(gè)頻率段提取“放電頻率幅值和”fmax以及在整個(gè)頻率段中的比重kmax，并采用歐氏距離確定三個(gè)最佳頻率段的kmax直觀反映局部放電分類效果的方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于不同頻段放電幅值和的局部放電三維聚類識(shí)別方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明方法放電頻率峰最大值分布譜圖hmax(f)的示意圖，橫坐標(biāo)為頻率，范圍從0～2.5ghz，縱坐標(biāo)為同種放電類型的多個(gè)超高頻單次波形在某一頻率點(diǎn)的最大幅值，單位為mv。

圖3為本發(fā)明不同三維頻段組合方式的不同放電類型之間的歐式空間距離的示意圖。

圖4為本發(fā)明方法基于頻率段300≤fb4＜500mhz、500≤fb5＜1000mhz和1000≤f6≤2500mhz的“放電頻率幅值和”fmax的kmax的三維聚類圖識(shí)別示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明的基本思想是計(jì)算不同頻率段的“放電頻率幅值和”fmax占整個(gè)頻率段的比重kmax，選擇最佳頻率段的三個(gè)kmax繪制三維聚類示意圖進(jìn)行局部放電類型識(shí)別，具體流程如下：

1)采集局部放電超高頻信號(hào)，本發(fā)明中選擇了四種局部放電類型，分別是懸浮放電、電暈放電、氣隙放電和油楔放電，使用的示波器其帶寬為100mhz～3ghz，其采樣率為5gs/s，使用的傳感器為微帶天線傳感器，其帶寬為100mhz～6000mhz；

2)對(duì)不同局部放電類型的多個(gè)超高頻單次波形進(jìn)行fft變換至頻域，統(tǒng)計(jì)同一種放電類型多個(gè)單次波形在每個(gè)頻率點(diǎn)的最大值，得到放電頻率峰最大值分布譜圖hmax(f)，如圖2所示，計(jì)算hmax(f)在0～2500mhz范圍內(nèi)的“放電頻率幅值和”fmax；

3)將局部放電信號(hào)主要頻率段(0～2500mhz)范圍分為多個(gè)頻段，本發(fā)明中以六個(gè)頻率段為例，分別是0～100mhz、100～200mhz、200～300mhz、300～500mhz、500～1000mhz和1000～2500mhz，計(jì)算每個(gè)頻段的fmaxi，并計(jì)算各頻段的fmaxi相對(duì)于整個(gè)頻域(0～2500mhz)的比重值kmaxi，公式如下所示：

其中i為頻率點(diǎn)，n為fft變換的總頻率點(diǎn)數(shù)，xi為頻率幅值，nf為頻段的個(gè)數(shù)；

4)選擇三個(gè)合適頻段k，j和l的kmax-k，kmax-j和kmax-l分別作為x坐標(biāo)、y坐標(biāo)和z坐標(biāo)的方法如下：

a)將六個(gè)頻率段的kmax任意三個(gè)組合(k，j，l)，組成一組(kmax-k，kmax-j，kmax-l)坐標(biāo)；

b)采用歐式空間距離法定量計(jì)算不同頻段組合下的不同種放電類型之間三維聚數(shù)據(jù)點(diǎn)(kmaxk，kmaxj，kmax-l)之間的距離d，公式如下，如圖3所示：

其中a和b表示三種放電類型，kmax-k、kmax-j和kmax-l表示兩種放電類型在k、j和l頻率段的上的fmaxi相對(duì)于整個(gè)頻域的比重值kmaxi；

c)重復(fù)上述步驟a)和b)得到一組不同放電類型之間的歐式空間距離，取其中歐式空間距離d的平均值最大的一組頻段組合，即為合適的頻段組合；

5)用選擇好的三個(gè)頻段的kmax繪制不同放電類型的(kmaxk，kmaxj，kmax-l)坐標(biāo)點(diǎn)，得到局部放電信號(hào)的三維頻段聚類識(shí)別圖，如圖4所示。