铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号识别的问题分析及其改进路径探讨

铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号识别的问题分析及其改进路径探讨

姚龙

武汉高速铁路职业技能训练段驻段培训师  430075

摘要：铁路变配电所电压互感器是确保供电系统安全稳定运行的关键设备之一，其熔断器的可靠性直接影响电网的安全性和可靠性。准确识别电压互感器熔断器的熔断信号对于及时处理故障、减少损失至关重要。然而，当前铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号识别还存在一些问题，如信号采集质量差、预处理不足、特征提取方法单一等，制约了识别精度和效率的提升。本文深入分析了这些问题产生的原因，提出了改进电压互感器熔断器熔断信号识别的路径，包括升级信号采集设备、优化预处理技术、创新特征提取方法等，以期为提高铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号识别水平提供参考。

关键词：铁路变配电所；电压互感器；熔断器；熔断信号识别；改进路径

一、铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号识别存在的问题

1. 信号采集质量差

铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号具有非平稳、时变等特点，信号幅值小、频率高、持续时间短，易受噪声和干扰影响，对信号采集提出了较高要求。但是，当前许多变电所的信号采集设备较为落后，采样频率不够高，量化精度不够理想，信号失真、漏采的情况时有发生，采集到的原始信号质量不高。信号畸变、信噪比低等问题直接影响后续识别处理的性能。针对电压互感器熔断器熔断信号的特点，亟需提高信号采集设备性能，改善采集信号质量。

2. 信号预处理不足

铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号容易受到背景噪声、谐波干扰等因素的影响，信号品质参差不齐。为了从原始采集信号中提取到真实可靠的熔断特征信息，必须对信号进行必要的预处理，包括滤波去噪、数据归一化、特征增强等。然而，当前许多识别方法对信号预处理重视不够，预处理环节流于形式，采用的滤波、归一化等处理手段比较简单和粗糙，难以有效抑制各类噪声和干扰，影响特征提取和识别性能。因此，必须加强信号预处理环节，优化预处理技术和方法。

3. 特征提取方法单一

提取合适的信号特征是实现电压互感器熔断器熔断信号高精度识别的关键。一个理想的特征应该对不同状态信号有良好的区分度，并且具备物理意义清晰、计算复杂度低、抗干扰能力强等优点。但是，目前用于电压互感器熔断器熔断信号识别的特征提取方法相对单一，主要包括短时傅里叶变换、小波变换等基于信号时频分析的方法，提取的特征维数不高，区分度有限。特征提取方法的局限性，制约了熔断信号识别性能的进一步提升。因此，亟需拓展特征提取思路，研究更加多样化、高效化的特征提取方法。

二、铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号识别问题的成因分析

1. 信号采集设备老旧

铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号采集质量差的一个重要原因是，许多变电所的信号采集设备陈旧落后。部分采集装置使用多年，性能退化严重，难以满足当前日益提高的采集要求。一些设备采样频率不够高，采样精度不够理想，信号失真、欠采的情况时有发生；一些设备抗干扰能力差，易受现场环境噪声影响，采集信号品质不高。此外，老旧的采集设备也缺乏必要的状态监测和故障诊断功能，一旦发生异常难以及时发现和处理，进一步影响采集效果。信号采集设备老旧，是当前熔断信号采集面临的普遍问题，亟需引起重视并采取措施加以改进。

2. 信号预处理技术落后

当前铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号预处理不足的一个主要原因是，预处理技术相对落后。许多识别方法对预处理环节重视不够，采用的预处理手段比较单一和粗放，技术含量不高。比如，常用的傅里叶变换虽然计算简单，但是难以很好地对非平稳信号进行时频分析；一些传统的滤波方法如中值滤波、均值滤波等，抑制噪声能力有限，而且可能造成有用信号的损失。先进的预处理技术如自适应滤波、盲源分离等在熔断信号处理中的应用还不够深入，技术潜力尚未得到充分发掘。信号预处理技术的落后，制约了熔断信号特征提取和识别性能的提升。

3. 特征提取思路局限

铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号特征提取方法单一的一个重要原因是，当前特征提取思路比较局限。大多数特征提取方法建立在经典的信号处理理论之上，如傅里叶分析、小波分析等，提取的特征多局限于时域、频域的统计量，反映信号的整体特征，难以刻画信号的局部细节特征。对于非平稳、时变的熔断信号，这些特征的区分度和表征能力有限。此外，特征提取缺乏从物理机理出发考虑问题的思路，提取的特征与熔断机理和特性联系不够紧密，特征的可解释性不强。特征提取思路的局限性，影响了熔断信号识别方法的性能和适用性。

三、改进铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号识别的路径

1. 升级信号采集设备

针对铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号采集质量差的问题，首要任务是加快信号采集设备的升级改造。要选用性能先进、技术可靠的新型采集装置，提高采样频率和采样精度，确保信号的真实性和完整性。针对熔断信号的非平稳、时变等特点，采集装置需要具备快速响应、实时跟踪的能力，尽可能减少信号失真和欠采的情况发生。在设备选型时，要重点考察其抗干扰性能，选择具有良好电磁兼容特性和屏蔽措施的产品，最大限度降低各类外部噪声的影响。同时，采集设备还应具备完善的状态监测和故障诊断功能，实现设备运行状态的实时监控，及时发现和排除故障隐患，保障采集装置的稳定可靠运行。

2. 优化信号预处理技术

为了从铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号中获取真实可靠的特征信息，必须加强信号预处理环节，优选预处理技术和方法。要针对熔断信号的非平稳、非线性等特点，选用先进适用的信号处理方法，在时频域对信号进行多尺度、多分辨率分析。例如，采用经验模态分解、小波分析等方法，可以很好地对信号进行自适应分解，提取不同尺度下的本征模态函数，更好地刻画信号的时变特性。在噪声抑制方面，可以借鉴小波阈值去噪、奇异值分解等方法，自适应地对信号进行降噪处理，最大限度地保留信号的有用成分。在特征增强方面，可以采用双谱分析、时频分析等技术，突出信号的特异性特征。此外，还可以引入数据驱动的思想，利用信号的统计特性和分布规律，构建自适应的预处理模型，提高预处理的智能化水平。

3. 创新特征提取方法

针对铁路变配电所电压互感器熔断器熔断信号特征提取方法单一的问题，亟需创新特征提取思路，拓宽提取方法。一方面，要立足于信号处理理论，深入挖掘熔断信号的非平稳、非线性特性，研究更加精细化、多样化的时频分析方法，提取全面、准确的信号时频特征。如采用Hilbert-Huang变换、S变换等新型时频分析工具，可以更好地反映信号在不同时间尺度下的频率特性变化。另一方面，要充分考虑熔断过程的物理机理，从机理出发构建特征，使提取的特征与熔断机理和特性紧密关联，增强特征的可解释性和针对性。如从熔体运动、电弧特性等方面入手，刻画熔断全过程的电流、电压波形特点，提取熔断信号的物理特征。同时，要积极利用先进的人工智能技术，通过深度学习等方法直接从数据中自学习和挖掘分层特征，克服人工特征提取的局限性。

参考文献

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作者简介：姓名：姚龙，性别：男，职称：高级技师，出生年月：1974.9，民族：汉，籍贯：湖北黄冈，学历：大专，现职:中国铁路武汉局集团有限公司武汉供电段驻武汉高速铁路职业技能训练段驻段培训师，研究方向：电压互感器熔断器熔断