GIS局部放电监测系统设计与实验研究

为研究利用超高频法进行GIS局部放电在线监测,研制了局部放电在线监测系统。系统由现场主机完成局部放电检波信号的实时采集与单次放电超高频信号采集,并提取放电信号的幅值和相位信息。远程主机实现放电分析的功能,通过在GIS模型设置不同放电源,进行在线监测实验。结果表明系统可以有效地检测GIS局部放电信号,并进行放电分析,可据此进行放电类型的识别,系统的软硬件设计方案切实可行。     

用超高频局部放电测量法实现电力变压器局部放电的在线监测

高频局部放电测量法(UHF法)与传统的脉冲电流法完全不同，它采集的被测信号为局部放电过程所产生的超高频电磁波：利用UHF法可有效解决电力变压器局部放电在线监测中的抗干扰问题。文中结合变压器结构设计的放油阀式和人孔／手孔盖式超高频信号传感器安装在220kV和110kV电压等级变压器上，成功地捕捉到变压器内部局部放电产生的超高频信号。对变压器局部放电故障诊断的判据等问题进行讨论，为变压器超高频局部放电在线监测方法的应用积累了经验。     

变压器局部放电超高频检测中的混频技术研究

信号的提取和分析是局部放电超高频检测中的重点和难点，文中提出用混频技术提取局部放电信号超高频分量的新方法。用混频技术进行超高频数字信号处理的仿真实验，结果表明该技术既可保留信号包络的峰值和相位特征，又降低了超高频信号的频率。基于混频技术建立变压器局部放电超高频在线监测系统，并对典型局放模型进行实验，结果表明混频技术的应用可以有效地提取中心频率在400—800MHz之间(最小步长5MHz)、带宽为10、20、40或80MHz的局部放电超高频信号，准确地计算放电相关参数，抗干扰性强且提取的放电信息丰富，可用于变压器局部放电超高频在线监测和智能化诊断。     

基于超高频法的典型GIS局部放电检测

GIS局部放电检测是GIS绝缘状态监测的一种科学有效的方法。笔者构建了GIS实验模型以及基于超高频法的局部放电在线检测系统,对GIS中典型的几种局部放电特征进行了研究,采用基于相位的分析模式详细分析了不同放电类型在不同电压条件下的放电特征,并结合常规局部放电测试仪,对UHF信号的放电量进行估计,为进一步进行放电类型的智能模式识别及研究超高频信号与放电量关系提供了试验依据,以提高UHF局部放电检测的工程实用性。     

550kV罐式断路器局部放电在线检测

局部放电信号反映了断路器内部绝缘缺陷。为监测局部放电信号,笔者采用了超声法和超高频法对断路器进行试验,两种方法均检测到在线断路器内部的局部放电信号。由于超声波和电磁波特性上的差异,超声法能进行放电点的定位;超高频法能发现初期缺陷的低能放电,且抗干扰能力强。     

直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性

为研究直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性,组建了一套直流电压下局部放电试验系统以及由局放超高频检测和超宽带检测组成的测量系统,其中脉冲电流超宽带检测的作用是确保超高频检测获取的信号来自于试品自身的局部放电。试验设计了6种油纸绝缘局放模型以模拟换流变压器的典型缺陷,并引入毫瓦分贝(DBM)频谱分析对超高频信号进行了统一化处理,以比较不同缺陷模型对应的超高频信号。直流下试验结果表明:局部放电电流脉冲具有极快的上升沿,能激励起大于300MHz的超高频电磁波,它可以通过超高频传感器加以耦合接收。各种缺陷模型局部放电的DBM频谱分布各异,超高频段能量幅值最大处也不一样。因此若想以高信噪比实现直流下局部放电超高频信号的在线监测,需要使用中心频率可调的窄带滤波器。这些特性为直流输电系统中使用油纸绝缘的电工设备进行局部放电超高频信号在线监测提供了试验依据。     

应用复小波变换对电力变压器局部放电超高频信号去噪研究

以电力变压器超高频局部放电在线检测系统为例,提出了一种基于复小波变换技术的分离局部放电超高频信号和噪声的方法;研究了三步骤去噪算法,对其最优复小波的选择、复小波分解阶数的确定及其阈值算法的选取作了重点研究。针对不同的噪声给出了不同的阈值算法——惩罚阈值法和SURE法的阈值选取能方便地捕捉噪声范围内存在信号分解的微小的细节信息,而普通阈值法和渐进SURE法的阈值选取能有效地去除噪声;最后,给出了在线去除局部放电超高频信号噪声的步骤和方法。结果表明:利用复小波变换技术,抑制电力变压器超高频在线监测的局部放电信号中的噪声是一种极为有效的优化方法。     

电力变压器超高频局部放电的在线检测

用超高频法模拟研究了油 /纸绝缘中局部放电并用内置超高频探头实现了电力变压器局部放电的在线检测。该法有望解决变压器局部放电在线检测中的抗干扰问题。     

形态学滤波与自适应噪声抵消在GIS局部放电超高频信号去噪中的应用

抑制局部放电信号中的噪声干扰是GIS局部放电在线监测的关键技术之一。尽管超高频检测方法能够有效避开低频干扰,但来自测量系统的白噪声仍然为局部放电的准确测量带来挑战。针对GIS局部放电监测中的白噪声干扰,以提高局部放电超高频法的测量精度为目标,文中采用形态学滤波和自适应噪声抵消相结合的方法对GIS局部放电超高频信号的去噪问题进行了研究。通过对4种典型绝缘缺陷产生的局部放电超高频信号的去噪实验,结果表明文中所用方法较小波变换方法能更好地去除白噪声且去噪后信号具有较小的幅值误差和畸变率。     

油纸屏障对变压器局部放电超高频检测信号的影响

受变压器内部复杂结构的影响,局部放电超高频信号在变压器内部的传播特性非常复杂。笔者通过变压器局部放电超高频实验研究,分析了油纸屏障对变压器局部放电被测超高频信号的影响。设计了油中气隙放电、油中沿面放电和油中电晕放电3种局部放电模型,在实验油箱中进行局部放电实验,采用超高频小环天线进行放电信号检测,在有无油纸屏障情况下获得了局部放电超高频信号实测数据,对所测局部放电超高频信号在时域和频域上进行了对比分析。结果表明,油纸屏障对超高频信号幅值衰减及信号功率谱有一定影响。     

变压器局放特高频检测中检测频率和带宽的影响

变压器局部放电特高频检测中,检测频率和带宽的选取对于放电信号的提取,进而对放电的标定及局部放电模式识别特征的保留具有决定作用.本文在实验室中建立了局部放电特高频检测系统和变压器典型局放模拟系统,对特高频检测中检测频率和带宽的选取原则进行了实验研究.实验结果表明,检测频率应选择局部放电特高频分量丰富且噪声小的频带,滤波器的带宽应在不引入干扰的前提下尽量选用较宽的带宽.     

利用辐射UHF信号反演局部放电脉冲电流

获取局部放电(PD)特征信息是局部放电特高频(UHF)检测的关键问题之一,研究UHF信号与PD脉冲电流之间的关系有助于绝缘缺陷的诊断.文中从电磁辐射理论出发,计算了变压器油箱外壳等复杂环境影响下的PD脉冲电流辐射场,分析了PD脉冲电流辐射场的横电磁波特性.在此基础上,提出了利用检测UHF信号的时间积分反演PD点脉冲电流的新方法,并讨论了UHF传感器及检测系统频带对PD脉冲电流推测算法的影响.仿真和油中针-板型放电实验结果表明:文中所提出的方法能有效推测PD脉冲电流波形,对变压器PD信号UHF在线监测和智能化诊断有一定的参考价值.     

基于匹配滤波法的超高频局部放电信号检测

在强电磁干扰环境下准确获取局部放电信号是目前研究的难点。超高频局部放电过程的频散现象会影响波形匹配法消除干扰的效果,因此文中基于频谱最优匹配原则构造滤波器,以使超高频局部放电信号的能量得到增强,从而获得最大的信噪比。文中还采用改进的粒子群算法提高了优化计算的速度和可靠性。实验和分析结果均表明,在强干扰背景下,频谱最优匹配滤波法对白噪干扰和周期性窄带干扰均有较好的消噪效果,并可保持超高频局部放电脉冲的波形、幅值和极性信息。     

油中局部放电检测脉冲电流法与超高频法比较

为了研究局部放电检测中超高频法参量与脉冲电流法参量之间的关系,比较分析了局部放电检测中超高频法和脉冲电流法在原理上的区别。利用脉冲电流法和超高频法对油纸绝缘的几种典型模型下的局部放电活动同时进行测量,比较分析同一模型下的局部放电中超高频法参量与脉冲电流法参量之间的关系并探讨了局部放电检测中脉冲电流法对超高频法的标定问题。研究表明,在反映放电活动强弱上,超高频法的参量和脉冲电流法的参量之间有着相同的变化趋势,但是二者之间不存在直接的线性关系。     

Recent trend of the partial discharge measurement technique using the UHF electromagnetic wave detection method

The ultra high frequency (UHF) electromagnetic wave detection method has been widely studied and used in partial discharge (PD) measurement and as a diagnostic technique for insulation performance in gas‐insulated switchgears (GIS) and transformers. The UHF method has advantages such as high sensitivity, wide detection range and reduced external disturbances. On the other hand, there are still some issues to be solved in the UHF methods, such as a clear understanding of the propagation characteristics of electromagnetic waves arising from the structure of the equipment, optimization of antenna design, calibration of charge, etc. This article deals with the present status and future trend of the technology of this promising UHF method of PD measurement, together with recent activities and results from our laboratory. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

局部放电UHF检测量纲标准化的探讨

特高频(UHF)局部放电检测技术取得了广泛应用,但不同产品的检测结果量纲表示方法不统一,相互之间缺乏可比性,从而难以对此类检测系统性能进行统一有效的量化评价。本文重点探讨了局部放电特高频检测的量纲问题,基于局部放电特高频信号的物理本质和局部放电UHF耦合器的特性,提出了采用“局部放电辐射信号的脉冲电场强度幅值”来表征特高频局部放电信号强度的思想。通过对当前主流局部放电特高频检测产品的量纲表示进行了深入的解析,探讨了以电场强度的量纲“uV/m”来统一局部放电特高频检测结果的技术可行性。     

GIS局部放电特高频在线检测和定位

特高频(UHF)电磁波信号传感用于气体绝缘组合电器(GIS)的局部放电在线检测能够获得很好的抗干扰效果.研究了在GIS体外进行局部放电特高频传感的技术,开发了一种拥有可移动传感器的GIS局部放电在线检测定位仪器,并建立了相应的检测和定位方法.实际测量显示:文中提出的GIS局部放电体外传感方式能够获得满意的检测灵敏度、抗干扰效果和定位精度,所采用的移动式传感器具有一些重要的优点.     

超高频方法在变压器局部放电检测中的应用

为了探讨局部放电超高频检测技术的应用,将数字化测量和超高频检测技术相结合,分析了局部放电超高频检测技术的原理。在简要介绍了局部放电超高频检测系统硬件和软件的组成后,实测并分析了检测系统的抗干扰性能。通过变电站电力变压器的现场局部放电测量,及时发现了设备的局部放电水平异常,避免了事故的发生。分析和实测表明,超高频方法较其它方法相比能有效避开电晕干扰,更易于发现设备绝缘系统早期绝缘缺陷,检测结果能准确反映设备绝缘状况,适用于电力变压器局部放电在线监测。