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1984年，法國地球物理學(xué)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(yīng)用和研究發(fā)展的新時(shí)代。小波變換的基本思想是將原始信號(hào)經(jīng)過伸縮、平移之后分解為一系列子帶信號(hào)，這些子帶信號(hào)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(shí)域和頻域表達(dá)原始信號(hào)的局部特征，進(jìn)一步體現(xiàn)分析信號(hào)的時(shí)、頻局部化特征。

小波分析具有多分辨率特性，且在時(shí)域和頻域均能表征信號(hào)的局部特性，尤其對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)的分析具有良好的效果，目前已得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。包括信號(hào)分析、圖像處理，數(shù)學(xué)數(shù)值分析，醫(yī)學(xué)診斷、成像，軍事領(lǐng)域設(shè)備智能化，電氣設(shè)備故障檢測(cè)、定位、測(cè)距分析等方面。

例如：①在信號(hào)分析方面，通過對(duì)信號(hào)的分解和重構(gòu)提取特征信號(hào)、對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行濾波、去噪、壓縮和傳遞等；②在圖像處理領(lǐng)域，小波分析展示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，尤其在圖像壓縮、診斷、識(shí)別和分類等方面取得巨大成效；③在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，小波分析可以快速有效地求解微積分方程、構(gòu)造曲線曲面等；④在醫(yī)學(xué)成像方面，小波分析的應(yīng)用極大地縮短了B超、核磁共振以及CT的成像時(shí)間，并提高了分辨率。

由于電氣設(shè)備中存在電氣連接不良、設(shè)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(zāi)的重要因素。電弧信號(hào)是一種非平穩(wěn)信號(hào)，一般包含大量噪聲和干擾，因此需通過一定的數(shù)據(jù)處理手段對(duì)電弧信號(hào)進(jìn)行分析，提取故障電弧特征信號(hào)，進(jìn)一步研究電弧的電氣特性。

國網(wǎng)天水供電公司的研究人員利用銅電極放電產(chǎn)生電弧，采用外加風(fēng)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(duì)電弧電壓和電流信號(hào)進(jìn)行分析，探尋氣流對(duì)電弧的影響，以期為開關(guān)電器滅弧技術(shù)及電器設(shè)備電弧檢測(cè)方法提供指導(dǎo)。

圖1 實(shí)驗(yàn)原理圖

研究人員最后得出結(jié)論如下：

1）計(jì)算了不同小波長度下電弧電壓信號(hào)的一層、三層分解重構(gòu)誤差。當(dāng)使用db1小波時(shí)，一層和三層的小波分解重構(gòu)誤差最??；而當(dāng)使用db3小波時(shí)，重構(gòu)誤差較大。整體來看，信號(hào)三層分解重構(gòu)的誤差比一層分解重構(gòu)的誤差大，可以推斷當(dāng)分解層數(shù)越多時(shí)，重構(gòu)誤差也將越大，說明信號(hào)丟失越嚴(yán)重。

2）分別采用了不同的小波去噪法對(duì)電弧電壓和電流信號(hào)進(jìn)行分析，對(duì)比不同小波去噪方法對(duì)信號(hào)的處理效果。粗略去噪法使信號(hào)丟失較嚴(yán)重，閾值去噪和分解重構(gòu)去噪法效果較好，但是實(shí)際應(yīng)用中閾值的選擇對(duì)去噪效果至關(guān)重要。小波分解和重構(gòu)去噪方法均很好地提取了含噪信號(hào)中的突變信號(hào)和噪聲，不僅可以去除含噪信號(hào)中的噪聲，還便于研究噪聲信號(hào)，為電弧的檢測(cè)和開關(guān)電器滅弧技術(shù)提供指導(dǎo)。

以上研究成果發(fā)表在2020年第3期《電氣技術(shù)》雜志，論文標(biāo)題為“電弧信號(hào)小波去噪分析”，作者為米正英、王瑜、王立東、張婷婷。