编辑：镇江矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：361
基于最优小波包基的镇江矿用变压器故障信号的消噪与检测 核心提示： 系统内广泛应用着大容量镇江矿用变压器，因工作环境恶劣其故障发生率tb较高。在对镇江矿用变压器进行实时监测时，一般是通过监测定子电流来检测镇江矿用变压器的早期故障。由于各种复杂因素的影响，定子电流信号中一般都含有大系统内广泛应用着大容量镇江矿用变压器，因工作环境恶劣其故障发生率tb较高。在对镇江矿用变压器进行实时监测时，一般是通过监测定子电流来检测镇江矿用变压器的早期故障。由于各种复杂因素的影响，定子电流信号中一般都含有大量的噪声，因此在进行故障分析之前，必须首先进行信号消噪处理。消噪的方法主要有硬件滤波和欠件滤波两种方法。硬件滤波主要是设计1些滤波器电路，以滤除信号中的噪声频率成分，软件滤波是在程序中设计一些数字滤波器，通常都是基于Fourier变换原理的一些方法，如FFT分析、倒谱分析，短时Fourier分析、Wigner分布等。但是，镇江矿用变压器的各种早期故障表现在定子电流中大多是非稳态的或突变的弱信号，无论是采用硬件滤波还是采用基于Fourier变换的软件滤波方法其结果必然是在降低噪声的同时也展宽了波形，平滑甚至可能抹去信号中包含了故障特征的弱突变信息。软件消噪的另一种方法是利用信号的小波分解或小波包分解的局生降噪法。小波分解消噪法是通过浮动阈值将大部分噪声及接近噪声强度的小波系数均视为零而舍去，其效果类似于将信号原有的能量压缩或集中到少数几个大振幅的小波系数上。小波包分解消噪法则是对小波分解中所得到的部分再继续细分为一些子频带，并且每个子频带提取各自的阈值，因此具有更精细的消噪能力。
含的信息能集号处理中的数本文根据信息花费最小原理，提出了一种基于最优小波包基的信号消D蕴法，并用最优小波包基对定子电流信号消噪。通过tb较消D前后的故障信号的检测效果，可以看到基于最优小波包基的消噪效果要波分潘普通小波包分解的消噪效果更好。
因此，在对定子电流信号进行故障检测之前，先用最优小波包基对信号进行消噪处理，将有利于提高镇江矿用变压器故障检测的准确性。
2最优小波包基的概念数序列<足x >，如果M（是最小的，则5为信息花费函数最小“意义下的最优基。
从信号处理的观点来看，对于某一特定信号，选择一个“最优度量准则，下性质好的最优基进行分解，其实质是要使小波包分解系数间匕有较大差异而信息J避少，使信号中隐含丨中反映在少数几个分解系数上，为信-据压缩以及消噪处理提供一个较好的分解和重构途径。
由双尺度方程3最优小波包基的快速搜索法M5其它所定义的函数集合Wn（t）nE；为由M.=0（t）确定的小波包，而从小波包20k）/2Wn（2-kt-/），n=2k+ /eZ中抽取的能组成L2（幻的一组正交基就称为i2㈨的一个小波包基。显然对一个信号的小波包分解可以用很多种小波包基来实现。不同的小波包基对信号有不同的分解结果，其结果所能反映出信号待性的程度也不一样。因此，人们希望找到一个最优的小波包基，以便能最有效地表达出信号的特性。
首先给定一个序列的信息花费函数M，然后在所有小波包基中寻找使M最小X的基。对于一个给定的序列来说，从实际应用上讲，这样一个信息花费函数M应当能描述该序列的集中度或者能说明为了准确描述该序列所需要的小波包分解系数的个数。因此，当所有的系数值都相差不大时，M就比较大，而当大部分的系数均可忽略不计，只有少数几个系数t比较大时，那幺M就t比较小。因此，这少数几个系数就集中地体现了隐含在该序列中的信息。信息花费函数M可以定义为关于序列的任何实函数，而最常用的是那些能测得集中度的可加性的花费函数。可加性是指，如果满足M（0）=ZiW（x，），则称M为一可加性的信息花费函数。
若信息花费函数M已选定，而x =X，是可分空间F中的数据序列或矢量，若从小波包基库中迭出的某一正交基为5，而是用5展开x时寸的系从小波包基库中迭取最优基的算法一般是采用一种自底向顶的搜索方法。用表示按二进间隔/kn划分的标准正交基，对于k =.只有单个基，自然就是最优基。对于某一k值，假定对所有0￡n￡2k迭取基1；对于。￡n￡2k-1，迭取基A-i，n，使信息花费函数从最小。令MX）和表示X以基Cl“展开和以基2n，4，2n+i）展开时的熵值，逐步搜索过程按下式进行具体计算时，可按以下步骤进行：对于序列X，进行规一化处理，确定所要选择的小波包函数以及分解层数，进行TV层小波包分解，并计算出各节点的熵值；对最低层的各节点作标记，而对其他各层节点不作标记；每一层共有，个节点，从左至右每两个节点构成一组，由下往上进行相邻两层的下一层每组的两个节点之和与上一层对应节点的熵值tt较；若下一层的两个节点的熵和大于等于上一层对应节点的熵值，则对上一层的该节点作标记，而去掉下一层的该两个节点（当”下一层“处于中间某层时，还要去掉由该两个节点分解所得到的所有的子节点）的标记。否则，以下一层该两个节点的熵之和取代上一层的该节点的熵值，但对标记不作处理；（5）从下往上对相邻两层按上述过程逐层逐层进m比较，直至对所有层均处理完毕。被作上标记的所有的节点所对应的小波包函数即是搜索到的最优小波包基。
（a）和（a）分别是钙非平稳信号和含噪声工频信号的波形，用db5小波包对它们进行三层分解，（b）和（b）分别是采用shannon熵为信息花费函数所搜索到的它们的最优基（对应图中阴影部分）。shannon熵可用下式计算⑷翦非平稳信号的波形（b）最优小波包基某非平稳信号的波形与最优小波包基Fig.1unstablesignalanditsbest 0.20.40.6t/s⑷含噪声的工频信号夕\（b）最优小波包基含噪声的工频信号与最优小波包基Fig.2Noisysignalanditsbestwp由图中可见，对于不同的信号，即使采用同一小波包进行分解时，所得到的最优小波包基也可能是不同的。中的非平稳信号经过三层小波包分解后，搜索到的最优小波包基为节点（1，u（3，0）、（3，1）所对应的小波包基，而中|包基为节点（1，1）、（3，0）、（3，1）、（3，2）、（3，3）所对应的小波包基。
4基于最优小波包基的信号消噪与镇江矿用变压器故障检测利用信号的最优小波包基分解来进行消噪处理，可按照以下4个步骤进行：迭择一个小波函数并确定一个小波包分解的层数，然后对信号进行TV层小波包分解；采用前面介绍的最优小波包基搜索算法寻找到信号的最优小波包基分解；迭择一个适当的阈值算法，对最优小波包基每个节点上的分解系数进行阈值量化；只利用阈值量化后的最优小波包基的分解系数逐层向上进行重构，重构得到的信号就是经过最优小波包基消噪处理后的信号。
对于中的非平稳信号，若选用db5小波函数，分别采用小波方法、小波包方法和最优小波包基方法进行消噪，消噪后的信号波形如（a）、（b）和（Atb较它们之间的消噪效果，显然最优小波包基方法具有最好的消噪效果。
系统中工作的大容量镇江矿用变压器，由于工作环境复杂，电磁干扰现象tb较严重，因此，为进行故障监测而采样到的定子电流信号通常都含有很多的噪声。（a）是采样到的某镇江矿用变压器定子绕组因绝缘破坏而发生单相接地故障时的定子电流信号。由图中可见，由于躁声的影响，故障信号在第508点处的突变边缘已经变得模糊而不容易辨识出来。（b堤对该含噪声定子电流信号进行包络检测的结果。由图中可见，检测结果受噪声干扰影响十分严重，突变边缘不清晰，因此，不利于故障特征的检测。（a）是采用db矿用变压器10最优小波包基对（a）消噪后的信号，（b堤对（a）所示信号进行包络检测的结果由（a）可见，噪声干扰得到了很好的消除，从而突出了发生故障时的突变边缘。从（b）的包络检测结果也可以准确地检测到故障发生的突变边缘及其发生时刻，因此，消噪后故障检测结果的准确性得到了很大的提高。镇江矿用变压器的另一类常见的故障是转子导条断裂，简称断条故障。断条故障会在定子电流中产生（1 -2〃）/特征频率电流分量，其中s是滑差，/是电网频率。
消噪效果（b）包络检测结果用最优小波包基消噪后的信号的包络检测结果含噪音的断条定子电流信号及其消噪含噪声的单相接地定子电流信号的包络检测结果该分量中的25/分量会对定子电流进行幅度调制，使得定子电流幅度波动变化电流表指针发生摆动。已发生断条故障情形下基本无噪声的定子电流波形如（a）所示电流幅度包络的波动即是由于2/分量调制效应所造成的。从一台型号为J02-21-4、转子上已发生两根导条断裂故障的小容量镇江矿用变压器上实际采样得到的定子电流波形如（b）所示。
从图中可见，由于大量噪声的存在，定子电流波动轮廓很不清晰，因此，不利于从定子电流的包络检测中提取出2/分量以判断转子断条故障的存在。
采用db10小波对（b）中的电流信号进行最优小波包基消噪后的电流波形如（c）所示。由于大量的噪声被消除，定子电流受2/调制作用而波动的包络十分明显，在负荷tb较稳定时，有经验的运行人员仅仅从经过消噪后的（c）中定子电流的包络波形就可判断镇江矿用变压器转子出现了故障。因此，应用腠J、波包基对，将酿利于对断条故障作出准确的判断。
5结论快遨叟法的探付，提出了》5波腿的镇江矿用变压器故障信号的消曝与方法。并滕翔分析，验证了基于最优小波包基的信号消d于小航法或小波包方法的消。通挪消曝后的故障信号进行析，提取出了故障特征信息。检测果表明，在故障检测前瓶羽最优小波包基方法对故障信号进行噪，有利于提高镇江矿用变压器故障检测的准确性。
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