冲击放电信息检测及其背景噪声抑制研究

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随着城市建设的快速推进,电力电缆得到广泛应用,由于电力电缆工作负荷增加,工作周期增长都将导致其更容易出现故障,如果电缆故障处理不及时,将造成工业生产的巨大经济损失与日常生活的极大不便,电力电缆故障快速检测技术的研究显得尤为重要。使用简便、定位准确的故障检测系统成为当今研究的热点。电缆故障定位分为预定位与精定位两种,在电缆故障预定位后,一般需要使用高压脉冲击穿故障点,检测故障点击穿产生的冲击放电信息来精确定位故障点位置。本文设计的冲击放电信息检测及其背景噪音抑制系统,主要用在低信噪比环境下检测和分析冲击放电信息,进而迅速、精准探测电缆走向和确定电缆故障位置。  本文首先研究了冲击放电信息的产生过程,冲击放电信息主要由脉冲磁场信号和冲击放电声音信号组成,并详细分析了脉冲磁场信号分布特性以及在电缆走向确定方面的应用;其次研究了冲击放电声音信号和声磁同步特性,冲击放电声音信号的大小和声磁同步时间差是确定电缆故障点位置十分重要的指标,离故障点越近,冲击放电声就越大,声磁时间差越小。冲击放电声最大和声磁时间差最小的地方就是电缆故障点所在的位置;然后针对冲击放电声容易受外界噪音干扰,特别是在马路、铁路等强背景噪音环境下,冲击放电声几乎被背景噪音所淹没,增加了故障精确定位的难度,本文设计了四种频段的IIR滤波器,应用在不同场合进行降噪。但是IIR滤波器也有其局限性,即只能滤除固定频段外的噪音。为了更好地抑制背景噪音,本文研究了基本谱减法,并针对其在低信噪比环境下滤波效果不佳的缺点,结合冲击放电信息的特性,提出了一种改进的谱减法。通过MATLAB仿真和实验测试证明该方法能够准确、实时估计噪声,优化了基本谱减法的性能,较好地抑制了背景噪音;最后本文搭建基于ADSP-BF525处理器的冲击放电信息检测及其背景噪音抑制系统,由磁场、音频信号采集,LCD显示,耳机输出,DSP数字信号处理等模块组成。其中磁场、音频信号采集模块收集冲击放电信息,ADSP-BF525处理器对其分析,提取所需要的电缆路径、声磁同步差、冲击放电信息强度等信息输出到LCD显示屏。对冲击放电声音信号使用IIR滤波和改进的谱减法进行背景降噪,使用耳机播放处理后的冲击放电声。通过实验验证本系统可以在低信噪比,强背景噪音环境下,能较好地抑制背景噪音,检测冲击放电信息,从而快速、准确地探测电缆走向以及确定电缆故障位置。
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