- 頭條電弧信號小波去噪分析2021-04-12 作者：米正英 王瑜 等 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語利用小波去噪方法分析電弧信號是小波分析應用于實際工程的重要方面。波變換具有多分辨率的特點，在時域和頻域都具有表征信號局部特征的能力，適合分析非平穩信號，可以由粗及精地逐步觀察信號。 國網天水供電公司的研究人員米正英、王瑜、王立東、張婷婷，在2020年第3期《電氣技術》雜志上撰文，利用銅電極放電產生電弧，采用外加風源模擬氣流橫向吹弧，觀察橫向氣流干擾作用下的電弧波形，并采用小波去噪法對電弧電壓和電流信號進行分析，探尋氣流對電弧的影響，以期為開關電器滅弧技術及電器設備電弧檢測方法提供參考。
1984年，法國地球物理學家Morlet首次采用小波的局部特性分析了地震波，自此開啟了小波應用和研究發展的新時代。小波變換的基本思想是將原始信號經過伸縮、平移之后分解為一系列子帶信號，這些子帶信號具有不同的頻率特性、不同的空間分辨率和方向特性，能夠在時域和頻域表達原始信號的局部特征，進一步體現分析信號的時、頻局部化特征。
小波分析具有多分辨率特性，且在時域和頻域均能表征信號的局部特性，尤其對非平穩信號的分析具有良好的效果，目前已得到了快速的發展和廣泛的應用。包括信號分析、圖像處理，數學數值分析，醫學診斷、成像，軍事領域設備智能化，電氣設備故障檢測、定位、測距分析等方面。
例如：①在信號分析方面，通過對信號的分解和重構提取特征信號、對原始信號進行濾波、去噪、壓縮和傳遞等；②在圖像處理領域，小波分析展示出獨特的優勢，尤其在圖像壓縮、診斷、識別和分類等方面取得巨大成效；③在數學領域，小波分析可以快速有效地求解微積分方程、構造曲線曲面等；④在醫學成像方面，小波分析的應用極大地縮短了B超、核磁共振以及CT的成像時間，并提高了分辨率。
由于電氣設備中存在電氣連接不良、設備絕緣老化以及過載等問題，易引起故障電弧，所以故障電弧是引起火災的重要因素。電弧信號是一種非平穩信號，一般包含大量噪聲和干擾，因此需通過一定的數據處理手段對電弧信號進行分析，提取故障電弧特征信號，進一步研究電弧的電氣特性。
國網天水供電公司的研究人員利用銅電極放電產生電弧，采用外加風源模擬氣流橫向吹弧，觀察橫向氣流干擾作用下的電弧波形，并采用小波去噪法對電弧電壓和電流信號進行分析，探尋氣流對電弧的影響，以期為開關電器滅弧技術及電器設備電弧檢測方法提供指導。
圖1 實驗原理圖
研究人員最后得出結論如下：
1）計算了不同小波長度下電弧電壓信號的一層、三層分解重構誤差。當使用db1小波時，一層和三層的小波分解重構誤差最小；而當使用db3小波時，重構誤差較大。整體來看，信號三層分解重構的誤差比一層分解重構的誤差大，可以推斷當分解層數越多時，重構誤差也將越大，說明信號丟失越嚴重。
2）分別采用了不同的小波去噪法對電弧電壓和電流信號進行分析，對比不同小波去噪方法對信號的處理效果。粗略去噪法使信號丟失較嚴重，閾值去噪和分解重構去噪法效果較好，但是實際應用中閾值的選擇對去噪效果至關重要。小波分解和重構去噪方法均很好地提取了含噪信號中的突變信號和噪聲，不僅可以去除含噪信號中的噪聲，還便于研究噪聲信號，為電弧的檢測和開關電器滅弧技術提供指導。
以上研究成果發表在2020年第3期《電氣技術》雜志，論文標題為“電弧信號小波去噪分析”，作者為米正英、王瑜、王立東、張婷婷。
