目前存在的抗干擾技術中,通過總結歸納,基于UHF的局放抗干擾措施可以主要有以下幾種方法及其檢驗特征如表所示。
干擾的分類可以在以時域特性為標準的情況下可以分為:
1)連續的周期性干擾;2)脈沖型干擾;3)白噪;這其中脈沖型干擾包括隨機脈沖干擾和周期型脈沖干擾。因為各種干擾的檢驗特征存在較大的差異,因此需要采用不同針對性的方法以達到抗干擾的目的。
1. 頻域開窗法
頻域開窗的方法多數用于抑制周期性的干擾,這種方法的核心是結合軟件方法或硬件電路,即采用合適頻帶的窄帶電流傳感器配合使用程序控制的帶通濾波電路來避開連續的周期性干擾。但頻域開窗法使用上并不靈活,使用對象單一一般只能是一個單獨的變電站并且最佳頻帶的選擇需要在安裝前進行大范圍詳盡的試驗。在另一方面,因為局部放電脈沖的頻帶非常寬,窄帶電流傳感器獲取的能量有限,由此會嚴重影響檢測的波形,甚至會造成大幅度的畸變。特高頻方法的出現有效的解決了干擾頻譜較低的問題,近年來己成功應用在電力電纜、變壓器、發電機等設備的局放檢測中。在軟件方面也有了實質性的突破,各種的數字濾波方法例如快速傅里葉變換濾波、多帶通濾波、非自適應濾波、自適應濾波等濾波方式。在工程上一些具體變電站的干擾數據收集分析可以得到,多帶通濾波器可以有效地抑制以無線電干擾及載波干擾為代表的窄帶干擾,因為局放信號強度的數量級跟干擾信號的數量級差別不大,所以干擾信號會嚴重影響局放的正常檢測。有少數國外研究認為,級聯的二階IIR點陣陷波固定系數濾波器能有效地抑制周期性干擾,這種方法在波形畸變、干擾抑制比等指標上有著顯著的優點,再者具有穩定性好和處理速度快等優點。但含有多諧波成分的周期性干擾對于固定系數濾波器是一個軟肋,由此衍生使得濾波器濾波時間漫長、難以設定參數、占用內存大等困難。盡管如此,對于抗窄帶干擾算法研究是比較豐富和成熟的,所以相對而言,理想多帶通濾波器和固定系數濾波器具有比較優異的使用效果。
2. 時域開窗法
對于時域開窗的方法有不同的分類方法,在針對抑制周期性脈沖干擾時,通常把時域開窗法分為兩類:數字方法和模擬方法。在有些研究中也稱為軟件方法和硬件方法。模擬方法中又細分為脈沖極性鑒別法和差動平衡法。這兩種方法的原理都是通過判斷測量兩個點之間同極性的外來脈沖以區別反極性的內部局放脈沖這個明顯的差異來抑制外部干擾。但在工程應用中,容易出現調整電路困難的問題,這個問題的出現很大部分受到來源以及傳播途徑不同的兩路脈沖干擾的影響,影響分別體現在幅值、相位以及波形上的差異。在另一方面,電力系統中大量的分布參數系統的存在也會影響測量極性規律,例如電阻、電容和電感組成的變壓器繞組由于其復雜的傳播途徑會導致同極性的外來脈沖與反極性的內部局放脈沖規律混亂從而影響抑制效果。有部分國內研究提出了在數字處理上進行改進的多端調節一定向禍合差動平衡算法,在原理上難以彌補其缺陷。現在普遍采用的一種消除周期性脈沖的方法主要從干擾與局放信號的信號形狀出發,通過區分信號的分布趨勢,即局部放電的信號相位較為分散而干擾信號的相位較為集中的形狀特點,從而達到區分干擾與局放信號的效果。此法還兼備識別不同局放點信號和研究脈沖時間間隔分布的優點,有發展成通用算法的趨勢。
3. 時頻開窗法
信號的全部信息都會反映在信號的時域波形或者頻域波形中,但不同的信號的時域/頻域特性表現不同,例如具有明顯頻域特性的周期型信號,具有明顯時域特性的離散型信號等等。因此如果單一使用時域/頻域進行分析,可能會造成片面的分析結果,只有結合時域和頻域分析才能得到信號的詳盡了解和分析。時頻開窗法是一種綜合時域和頻域分析,結合小波分析,通過分析局部放電脈沖與干擾沿小波分解尺度的差異性傳播特性獲取放電信號的方法。在干擾中白噪聲難以在時域或頻域找到統一的規律特性,白噪聲在頻域中呈現均勻分布的狀態而在頻域中又是不均勻的無規律脈動,這樣的差異化使得無法單從任一域中抑制白噪聲干擾。這些年發展起來的小波去噪算法對去噪算法研究產生了重大的影響,此算法有效地解決了白噪聲時頻差異化的難題。實際應用中小波去噪算法主要有:1)模極大值法;2)門限值法。
模極大值法的原理就是根據白噪與局放信號之間的小波變換系數的模極大值傳遞特性具有較大差異,通過篩選保留局放信號的模極大值點,然后重復此過程以達到反復變換去除白噪聲的目的。但是這種方法的具體實踐需要重復多次的交錯投影,這將會嚴重拖慢計算速度和降低效率。并且模極大值法存在不可避免的隨機性和主觀性,在具體的工程應用中難以被接受。
另一種方法是門限值法,其原理基于小波變換的門限值進行降噪去噪處理,其中的核心在于對于門限值的確定方法,根據大量的理論研究,實際中一般采用四種門限值:a)最大最小門限值;b)普遍門限值;c)Stein無偏風險門限值;d)帶試探性的Stein無偏風險門限值。門限值法能夠快速簡單地抑制載波干擾和白噪聲,其實現簡單、計算速度快等優點有利于工程上的應用。
除了以上兩種方法以外,時頻開窗法的研究中還包含著一些關于小波變換的去噪方法。例如有反變換法、包變換法和雙重小波變換法等。它們的原理都是利用小波變換分解信號,通過置零白噪提取所求局放信號。在本質上都是帶通濾波方法,區別在于獲取信號與恢復信號的方法。
4. 模式識別法
因為隨機脈沖干擾的特征與局放信號的特征難以使用簡單的手段分辨,因為有時候隨機脈沖干擾就是來自外部的防電信號,因此一般的抗干擾方法難以產生有效抑制。而目前對于此類干擾主要有:1)邏輯判斷法;2)模式識別法。邏輯判斷法一般只對于從外部耦合的干擾起作用,作為代表性的有脈沖極性鑒別法以及差動平衡法,這些方法都可用于抑制周期性脈沖干擾,但由于適用范圍受限效果不明顯。
因為不同的脈沖的特征具有差異性,模式識別法正是利用這種特點,結合特定的識別方法以區分干擾脈沖與局放信號,保留有用局放信號去掉干擾脈沖。近年來的研究表明,模式識別法逐漸演變為抑制隨機脈沖干擾的最主要的方法,其高效性以及準確性得到工程界廣泛的認可。但是模式識別法高度依賴模式指紋庫,而建立指紋庫需要大量的局部放電具體應用中干擾類型數據和分析總結,特征參數與識別方法在此過程中也會產生明顯的影響作用,因為模式識別法的使用還需工程上的進一步積累和總結改進。