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FFT自动阈值法抑制变压器局部放电检测窄带干扰的研究

摘要提出一种抑制局部放电窄带干扰的FFT自动阈值法，即对信号进行

FFT变换，得到信号的频谱分布，自动计算振幅谱的均值与方差之和作为门限值，

大于门限值的振幅替换为该门限值，小于门限值的振幅保持不变，然后进行IFFT

返回时域以得到局部放电脉冲信号；通过仿真数据验证该方法的抗干扰有效性，

信噪比为0.01的混合信号去干扰后，均方误差为10-3数量级，幅值误差小于5%，

脉冲起始位置不变，很好地保留了局部放电脉冲重要信息；现场数据抗干扰处理

表明，该算法具有良好的抗干扰性能和稳定性。

关键词局部放电；窄带干扰；FFT自动阈值

局部放电（PD）是电力设备绝缘劣化的重要征兆和原因之一。进行PD在线

检测时，现场干扰信号有时比PD信号大2-3个数量级，大大降低了检测的灵敏

度。因此，抑制干扰是局部放电在线监测的关键技术。

局部放电检测现场干扰，按时域波形特征可分为周期性窄带干扰、脉冲干扰

和白噪声三类。周期性窄带干扰包括：①电力系统载波通信和高频保护引起的干

扰；②无线电干扰。

对于周期性窄带干扰（又称离散谱干扰，DSI），已有多种抑制方法，如FFT

阈值滤波法、数字陷波器法、自适应滤波法、小波滤波法、数学形态滤波器、傅

立叶级数法以及这些方法的结合，如小波分频后施以自适应滤波、小波分解后通

过数学形态滤波器。

为了更好的根据PD信息诊断电力设备放电类型和严重程度，本文提出一种

FFT自动阈值法，即先对信号进行FFT变换，得到信号的频谱分布，计算振幅

的均值与方差之和作为门限值，把所有大于门限的幅值替换为该门限值，然后进

行反傅立叶变换（IFFT）返回时域信号。

1FFT自动阈值法抗干扰原理

本文克服了常规FFT阈值滤波法的门限难以选取、PD能量损失严重的缺点，

提出了基于振幅谱均值及标准偏差的自动阈值算法。均值是统计学中常用的统计

量，用来表明样本中各值相对集中较多的中心位置。标准差S是反映样本数据与

均值差异大小的一个统计参数。从S可了解样本数据的变异程度及样本均值代表

性的可靠程度，S越大说明各变数的变异程度越大，

基于上述原理，可通过下述步骤实现抗干扰：①对PD和DSI的混合信号进

行FFT，得到信号的频谱分布，即振幅谱；②计算振幅谱中振幅的均值和标准差

之和μ作为阈值，大于μ的振幅用μ代替，小于μ的振幅保持不变；③通过反

傅立叶变换返回时域得到去干扰后信号。

由于该方法对振幅谱中占60%以上比例的低幅值的PD未做任何处理，而对

DSI干扰振幅阈值处理成幅值很小同一振幅，这样就在尽可能去除DSI干扰的前

提下最大程度的保留了PD信号的重要特征。

2FFT自动阈值法仿真计算

1）抗干扰效果指标。局部放电检测一方面要求最大程度的抑制干扰，另一

方面应尽量保持原始PD信号波形、峰值、相位等重要信息。采用均方误差（mean

squareerror，MSE）以及幅值误差（magnitudeerror，ME）来表征抗干扰效果，

定义如下：

（1）

（2）

（3）

式中，S(i)和R(i)R分别为PD原始信号和消噪后信号序列，AS和AR分别

消噪前后PD信号幅值，AI为加入的DSI干扰的幅值，N为信号长度。MSE、

ME越小说明去干扰效果越好。

2）PD脉冲信号的仿真。PD脉冲具有极快的上升沿，宽度也很窄。实际测

量到的PD脉冲波形与原始PD脉冲波形、脉冲在电力设备中传播的畸变、检测

器的带宽限制、放大器的带宽限制等因素有关。因此常用双指数衰减振荡形式来

仿真PD脉冲：

（4）

式中，A为信号幅值；t为衰减系数；fc为衰减振荡频率。

图1为t为0.8μ，sfc为1MHz，峰值为1的仿真PD波形。采样频率为10MHz，

脉冲持续约8μ。s

图1仿真局部放电信号

3）DSI干扰的仿真。DSI干扰频率为140、520、680、830、1120kHz，初相

位随机，叠加后形成幅值为1的DSI干扰，利用10MHz的采样速率采样0.1s，

20μs长的干扰信号如图2所示。

图2DSI干扰仿真波形

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