改进阈值函数对断路器线圈定位精度的影响分析

改进阈值函数对断路器线圈定位精度的影响分析

彭彦军唐明孙春树周雄滕本科蒋卫董海亮

（广西电网有限责任公司桂林供电局广西桂林541000）

摘要：断路器线圈匝间短路的重复脉冲法故障定位技术中，波前时刻的正确提取是精确定位的关键技术。工程检测环境中受到不同噪声的影响，采集的RSO故障波形很难直接提取出正确的波前时刻。本文采用一种改进阈值函数对RSO脉冲波形进行小波去噪处理，并利用阈值法、能量累积法和AIC法三种波前时刻计算方法分析改进阈值函数对波前时刻提取精度的影响。仿真分析结果表明：改进阈值函数有效抑制了RSO脉冲波形中的白噪声，保留了原始信号的重要特征，大大提高了波前时刻的计算精度。

关键词：断路器故障定位；RSO脉冲波形；改进阈值；波前时刻

AnalysisoftheinfluenceofimprovedthresholdfunctiononthePositioningaccuracyofCircuitBreakerCoil

Abstract：Thecorrectextractionofwavefronttimeisthekeytechnologyofaccuratelocationinfaultlocationtechnologyofcircuitbreakercoilinterturnshortcircuitbyrepetitivesurgeoscilloscope.Undertheinfluenceofdifferentnoisesinengineeringdetectionenvironment，itisdifficulttoextractthecorrectwave-fronttimedirectlyfromthecollectedRSOfaultwaveforms.Inthispaper，animprovedthresholdfunctionisusedtode-noisetheRSOpulsewaveform，andanalysisimprovedthresholdfunctionontheaccuracyofwave-fronttimeextractioneffectbyusingthresholdmethod，energyaccumulationmethodandAICmethod.ThesimulationresultsshowthattheimprovedthresholdfunctioncaneffectivelysuppressthewhitenoiseintheRSOpulsewaveform，preservetheimportantcharacteristicsoftheoriginalsignal，andgreatlyimprovethecalculationaccuracyofthewave-fronttime.

Keywords：faultlocationofcircuitbreaker；RSOpulsewaveform；Improvethethreshold；wave-fronttime

0引言

高压断路器具有正常关合和开断电网线路的功能，特别是当电网发生异常时及时断开异常电流。分合闸线圈作为高压断路器合、分动作过程中重要的控制元器件，在断路器的分闸过程中，其电流也相应的发生变化，在该波形图中蕴含着断路器丰富的状态信息。所以通过对分闸线圈的监测与分析，可以研究断路器操动机构运行的情况，为高压断路器的故障诊断和检修提供重要的信息[1-3]。可靠性是对高压断路器最基本的要求。断路器的故障很可能引起其他电力设备的故障，甚至整个电网的故障。检测断路器的局部放电源可以及时发现断路器是否存在绝缘缺陷，以便及时检修，从而预防电网中突发性和潜伏性事故的发生。因此，研究断路器局部放电源的精确定位方法，具有重要的科学意义和工程应用价值[4，5]。

目前，已经有研究者将重复脉冲法应用于断路器线圈的匝间短路故障检测与定位中。利用线圈两端脉冲信号的达到时间差来计算定位断路器线圈中的故障源，首先需要对两路脉冲信号的达到时间，即波前时刻进行精确计算，然后计算它们之间的时间差。最后通过断路器中超声波信号传播速度来精确定位[6，7]。由此可见，正确的波前时刻是断路器线圈故障精确定位的重要前提。

但是由于重复脉冲法现场检测过程中，采集的RSO故障波形信号受各种干扰信号的影响，波前时刻计算不准确，导致计算时间差存在误差，影响线圈匝间短路故障定位精度。为了精确计算波前时刻，本文采用一种改进的小波阈值函数对工程检测RSO故障波形进行去噪，并利用阈值法、能量累积法和AIC法分别计算去噪前后的波前时刻并进行比较。计算结果表明：改进阈值函数有效降低了测试环境中白噪声对RSO信号的干扰，提高了波前时刻计算准确性。

与真实小波系数存在偏差，影响小波重构精度，引起信号的失真；而硬阈值消噪在恢复信号时可能会产生原始信号所没有的震荡。所以说任何一种阈值处理方式都很难适合所有情形。

1.1算法原理

为了克服以上问题，各种阈值改进方法被提出，其改进思想是在软硬阈值之间寻找一个折中的方法[8，9]。本文采用如下改进阈值函数来克服软硬阈值函数去噪的不足之处[10]：

2波前时刻计算方法

在发电机转子故障检测与定位的工程应用中，波前时刻的准确提取是故障定位的关键因素。工程中常用的波前时刻的计算方法有阈值法、能量累积法、AIC法[11]。

1、阈值法

阈值法是最简单且易实现的一种起始点检测方法，首先设定阈值（thr），使其不小于背景噪声的幅值，同时又小于信号幅值。然后逐个将每个时刻特征波形信号幅值绝对值（|x（t）|）与thr相比，|x（t）|第1次超过thr时对应的时刻就是首波到达时刻。

Fig1RSOcharacteristicWaveformafterWaveletdenoising

图中可见脉冲信号受到了较严重的噪声污染，噪声信号幅值在100mV左右，直接影响了波前时刻的计算准确度，因此必须进行降噪处理。

3.1RSO脉冲波形去噪

对图1所示的RSO故障波形选取sym8小波函数进行6层小波分解，采用文中改进阈值函数对分解后的小波系数进行阈值处理，μ取值0.6，得到的去噪后RSO脉冲波形见图2所示。

Fig2Improvedthresholdde-noisingRSOwaveform

图2中不难看出，改进阈值去函数很好的抑制了白噪声，大大降低了噪声信号的幅值，同时较好的保留了原始波形的幅值和形态。

3.2波前时刻计算

通过阈值法、能量累积法、AIC法三种方法分别计算去噪前图1与去噪后图2所示波形的波前时刻，计算结果见表1所示。图3所示为去噪前后三种方法计算得到的波前时刻。

表2结果可以看到，不同计算方法得到去噪后得到的波前时刻相比去噪前都有一定的改善。通过以上的对比分析结果说明：改进阈值函数的小波去噪能够很好的抑制白噪声，获取曲线光滑、特征明显的脉冲波形，大大提高了波前时刻的计算精度。

4、结论

小波变换去噪在工程领域已经得到了广泛的重视和应用，本文在软阈值函数基础上改进提出一种新的阈值函数，讨论了改进阈值函数在断路器线圈RSO故障波形的去噪应用，采用阈值法、最小能量法及AIC法分析了去噪处理对RSO故障波形波前时刻提取精度的影响。计算结果表明：改进阈值函数去噪方法很好的避免了RSO故障波形幅值的大幅降低，保留了原始信号的重要特征，大大提高了波前时刻的计算精度。

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