徐淑珍 朱子述 秦松林 陈陈
上海交通大学 上海 200030
0 引言
在用脉冲电流法进行局放在线监测时，随放电信号一起进入监测系统的干扰可分为连续的周期型干扰和脉冲型干扰。周期型干扰包括系统高次谐波，载波通讯及无线电通讯等；脉冲型可分为周期脉冲干据和随机脉冲干扰。周期脉冲干扰主要有可控硅动作以及地网中的脉冲干扰等。目前，国内尚无有效抑制周期脉冲干扰的文献报导。本文提出了一种改进方法[1～2]，通过提取信号的包络，对连续几个工频周期的包络信号进行相关分析，可快速有效的剔除此类干扰。
1 抑制周期性脉冲干扰
1.1 抑制周期脉冲干扰的原理
周期性脉冲干扰在局放在线监测中是很重要的干扰源，主要是由于可控硅动作和地网中的脉冲干扰引起的。由于此类干扰和局放信号在频域上的分布非常接近，现有的各种滤波方法很难把它抑制掉。在实验过程中发现，此类干扰每周期都在固定的位置重复出现，且幅度变化很小；而局放信号的幅度和相位都具有一定的随机性，在某段相位范围内以跳舞式的形式出现。另外，周期性脉冲干扰比局放信号的持续时间要长(一般>20μs)。因此，利用这些特点，通过判断在连续几个工频周期内，脉冲信号是否在固定的位置出现，而且幅值和波形都几乎不变，来检测出周期性脉冲干扰信号，最后在采集信号中把它剔除。本文的研究是基于信号基本抑制了其它干扰，仅剩周期性脉冲干扰的基础上进行的。
1.2 周期脉冲干扰检测
考虑到存储容量和计算时间的限制，采用4个工频周期时间的信号进行分析。分析过程在提取信号包络的基础上进行。
1.2.1 信号包络提取
信号包络通常有3种提取方法：希尔伯特变换法，检波—滤波法和高通绝对值解调法。研究发现局放多频率成分的复杂信号，采用高通绝对值解调法效果最好。解调步骤为：高通→取绝对值→低通。
1.2.2 获取脉冲的起始相位
信号的包络通过一门限后，即可获得每个脉冲的起始相位。门限的选取采用统计学上获得信号偏差的方法，取一组信号绝对值的中间值除0.6754。但在实际应用中，由于采样率和带宽确定，可把门限值设为一固定值，所得结果会更稳定。
1.2.3 判别周期性干扰脉冲
以第一个工频周期信号为参考信号，对其中的每个脉冲都和其余工频周期内的脉冲(称为处理信号)进行相关性分析。
信号之间的相关计算表达式为：
式中，x(t)为参考信号中检测到的某个脉冲；y(t+τ)为处理周期内在(t1＋τ，ｔ2＋τ)内的信号。用x(t)和y(t+τ)之间的差量来度量它们波形的相似性。
式中，变量p为脉冲信号在不同周期内发生时刻的偏差。在实际应用中发现，最大偏差时间可为±100 μｓ。图1给出了一个典型的e(v)曲线。
按3原则由e(v)值判断脉冲是否为干扰：
1) 最小值必须<0.1；
2) 最小值必须<第二最小值的0.8；即只有一个最小值；
3) 最小值所在的主瓣宽度应<该脉冲信号宽度的0.75。
只有三组处理信号的e(v)都同时满足以上条件时，才确定该脉冲y(t+τ）为周期性干扰脉冲 。
以上原则是考虑到局放信号一旦发生，有可能会以很高的重复率在附近区域、即相邻的相位位置出现。这表明对参考信号中的每个局放脉冲，在时间偏差范围内，处理信号中有多个脉冲与之相匹配，相应的误差曲线有多个幅值接近的极小值点，而周期性干扰脉冲不具备这一特点。
文献［1，2］采用在第一个工频周期内，提取所有干扰脉冲的模板信号，并求出在每个工频周期内的时间偏差，对原信号作出相应的调整，相减去除的方法。但这样处理带来一个问题：若一个工频周期包含有多个干扰信号时(实际情况往往如此)，每个干扰在同一工频周期内的偏差并不一致。本文在实现过程中，对单个脉冲分别进行处理。实验中发现，通过求解误差曲线的最小值对应的位置p，把相应的脉冲信号移动p个值，可有效去除干扰。
2 实例分析
取一组仿真的模拟信号进行分析，模拟信号中含有3个周期性脉冲干扰，它们在每个周期内有一定的时间偏差。以1 MHz的频率采样，波形见图2(a)。按上述方法处理后的结果见图2(b)，3个周期脉冲干扰被完全抑制掉。
图3(a)为某一10 kV的变压器，工作在2 kV的情况下，在高压实验室条件下测到的局放波形。由于有很大的周期性干扰脉冲存在，使局放测量根本无法进行。分析中发现，该干扰在不同的工频周期时间内，发生时刻并不完全相同，最大偏差达27 μｓ。用本文所述的抑制方法可完全滤除该干扰(见图3(b))，保证局放测量的正常进行。如用现有的各种去除周期脉冲干扰的硬件手段，可得图4(a)所示的局放波形，由此有一组大小和局放信号相当的干扰脉冲存在，影响最终的测量结果。用本文方法处理后的结果见图4(b)。对实验室测到的其它多组波形进行相同处理，干扰脉冲都能被完全去除掉，而局放脉冲被完好地提取出来，保证了局放测量的灵敏度。
3 结论
在局放的在线监测过程中，由于可控硅动作以及地网中的脉冲干扰等原因，周期性脉冲干扰经常影响着局放的测量。通过提取脉冲信号的包络，对连续几个工频周期的脉冲波形逐个进行相关性分析，可剔除周期性脉冲型干扰。在实际应用中，对速度的要求比较高，所以采用两个信号间的差值来度量相关程度。应用结果表明，该方法可快速有效地提取局放信号。
参考文献
1 Nagesh V, Gururaj B I. Automatic detection and elimination of periodic pulse shaped interferences in partial discharge measurements. IEE Proc, 1994,141(5):335
2 Kopf U, Feser K. Rejection of narrow-band noise and repetitive pulses in on-site PD measurements. IEEE Trans D & EI, 1995, 2(6):1180
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