电力变压器局部放电超高频检测仿真分析

局部放电作为变压器的常见故障,若能及时发现处理并将其恢复到正常运行状态,将大大减少损失,提高供电可靠性。本文通过超高频检测法与时域有限差分法,分析了局部放电引起的超高频电磁波在变压器箱体中的传播特性,以及变压器箱体结构和铁芯绕组对电磁波信号的传播影响。在软件XFDTD上对局部放电辐射的电磁波在变压器内部的传播情况进行仿真,预测障碍物引起的PD信号到达时延,计算其与理论时延的差值,以此来评估对变压器PD定位精度的影响,并对其进行分析。仿真结果显示,从两个模型输出的数据结果中发现,在障碍物的存在下,引入的PD信号到达会出现估计微分时延。结论为变压器箱体对电磁波有衰减作用,所以传感器应放置于变压器内部;铁芯对电磁波也有畸变与衰减作用。     

变压器局部放电UHF信号传播特性的仿真分析

特高频(UHF)技术通过检测局部放电辐射电磁波信号来实现对设备局部放电的检测,抗干扰能力强,检测灵敏度高,是一种基于空间电磁场耦合的局部放电测试技术,能够实现真正意义上的局部放电在线检测,因此在变压器局部放电检测领域取得了日益广泛的关注及研究。由于变压器内部结构复杂,各种金属结构件都会对辐射电磁波的传播产生影响,因此变压器局部放电UHF检测技术有必要研究变压器内部电磁波的传播规律。为此在对变压器内部结构进行合理简化的基础上完成了变压器典型结构的计算机建模,以高斯电流元模拟局部放电源,合理设置各类仿真参数,利用时域有限差分法(FDTD)对特高频电磁波在变压器内部的传播特性进行了仿真分析。仿真结果给出辐射电磁波信号在铁心绕组之间的传播特点,铁心对电磁波传播造成的衰减和畸变作用,并通过时域及频域波形的对比给出不同脉宽、不同幅值电磁波信号在铁心绕组结构中传播的特点。     

变压器绕组对局部放电特高频定位方法的影响

为研究特高频(ultra-high frequency,UHF)定位方法对绕组内部局部放电定位的可行性,通过实验研究了油浸式电力变压器中绕组对局部放电UHF电磁波传播的影响。建立了基于220kV油浸式电力变压器的试验研究平台和UHF定位系统,并在变压器绕组内部设置了局部放电缺陷。通过试验测量了UHF电磁波经过绕组后的衰减程度和到达两传感器的时间差误差,并计算得出定位结果及其误差。结果表明,UHF电磁波经过绕组向外传播时,其信号幅值衰减了18～22dB,时间差误差≤0.5ns,UHF定位方法对绕组内部的局部放电的定位误差<15cm。可见,虽然绕组内部的局部放电UHF电磁波经过绕组后衰减严重,但是由此引起的时间差误差较小,因此采用UHF方法可以对绕组内部的局部放电准确定位。     

变压器绕组内局部放电UHF电磁波传播过程研究

采用时域有限差分(FDTD)法,研究了变压器绕组内部局部放电的特高频(UHF)电磁波向外辐射的传播路径和衰减情况。根据一台220 kV变压器的尺寸建立了铁芯绕组仿真模型,利用自适应网格法剖分模型空间,给出了用于模拟局部放电的高斯电流元,置于同一铁芯柱上的高低压绕组之间;仿真了UHF电磁波向外辐射的过程;分析了沿绕组径向和轴向的放电源产生的UHF电磁波向外辐射的传播路径和衰减情况。仿真结果表明:当放电源沿绕组径向时,UHF电磁波主要经过高压绕组的饼间油道传出,相对无绕组情况下衰减3.4 dB。当放电源沿绕组轴向时,UHF电磁波主要经过高低压绕组间的油道传出,相对无绕组情况下衰减1.2 dB。     

GIS中电磁波传播特性的仿真研究

为研究UHF信号在GIS中的传播特性,采用时域有限差分法进行了仿真建模和计算。GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频(UHF)电磁波信号,UHF法是通过对局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测,获得局部放电信号的有关信息以实现对设备的绝缘状态诊断和评估。UHF法抗干扰能力较强、灵敏度高。仿真结果表明,UHF信号在GIS内传播时呈现明显的时延特性,有利于局放源的定位;UHF信号的强弱和检测点与局放源的夹角Φ有关,Φ=0°和180°时信号的能量最大;局放脉冲越陡,在GIS腔体中激励的高次模波分量越大。     

1种提高变压器UHF局部放电信号时延精度的统计方法

通过测量变压器局放信号到达UHF传感器阵列各个阵元的时间延迟来进行PD定位在理论上是可以实现的。电磁波在空气中的传播速率是30 cm/ns,所以解决UHF信号被UHF传感器阵列检测到的时间延迟问题是实现PD精确定位的1个关键。本文提出了1种数学方法:互相关—移位—平均算法,这种算法可以通过增加信噪比和降低随机PD带来的分散性来提高UHF信号时延估计的精度。通过对试验数据的验证,显示这种方法在一些情况下可以将时延精度提高到数十个ps,同时将PD定位精度提高到几个厘变。     

基于FDTD的GIS中电磁波传播特性仿真研究与分析

该文采用时域有限差分法研究电磁波信号在GIS中的传播特性,从而为GIS局放超高频在线检测提供借鉴与参考。首先参照GIS实际试验装置进行建模,然后分别研究了激励源脉冲宽度与幅值对电磁波传播的影响、电磁波在GIS筒体内传播的时延特性、GIS结构变化对电磁传播特性的影响。仿真结果表明,电磁波信号幅值与衰减速度与激励源的脉冲宽度与幅值关系密切,利用此特征可以帮助判别局放源的种类和严重程度;电磁波信号在GIS内传播时呈现明显的时延和幅值衰减特性,此特征有利于进行局放源的定位;GIS结构变化对电磁波的幅值及信号特征均有影响,因此应按传播特性选择传感器放置点,以取得更好的检测效果。     

电力变压器结构对UHF局部放电在线检测的影响

研究了油中针-板放电模型在电力变压器模型内部不同位置放电时,铁芯和绕组模型对UHF局部放电在线检测系统的影响。结果表明,内部主要结构部件对UHF局放射频信号能量有明显衰减作用,对UHF检波信号幅值有一定程度的衰减作用,但并未发现对检测灵敏度有显著影响,也未发现存在检测“盲区“。     

基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法

气体绝缘开关设备（GIS）中发生局部放电（以下简称局放）时,为查找绝缘缺陷,需对局放源进行准确定位。超高频（UHF）时差定位法由于原理简单、实现方便、定位精度高等优点获得了广泛应用,但当局放信号的初始脉冲较小而难以确定信号的起始脉冲时间时,UHF时差法将难以有效运用从而导致较大误差。为提高时差定位法的准确性,对局放电磁波在GIS中的传播路径特性进行研究,分析结果表明,局部放电产生的电磁波在GIS中的传播路径与局放源的位置、检测点的位置密切相关,据此提出了基于传播路径的脉冲时差定位法。实验结果表明,当局放源位于GIS外壳附近、电磁波信号初始脉冲很小、难以辨识时,用该方法可以准确定位。     

可视局放UHF空间定位系统及时延估计实现

文中介绍的可视局放UHF空间定位系统利用4个位于不同高度云台上的UHF天线阵列,检测局放中的UHF信号,基于时延估计和空间几何解算实现放电信号准确定位,并通过摄像对局放点进行可视化。首先分析了局部放电UHF电磁波的辐射及其定位原理,阐述了可视局放UHF空间定位系统组成,重点研究了结合阀值法和过零点插值的时延估计方法。最后通过测试验证系统的有效性。     

基于宽频带声电检测的变压器现场局部放电诊断及定位方法

为提升变压器局部放电特高频信号检测灵敏度和抗干扰能力,研制了上限检测频率达480 MHz的特高频线圈传感器,其具备在变压器铁芯/夹件接地位置检测局部放电特高频电流信号的能力。在实验室设置局部放电模拟缺陷,研究了变压器悬浮电位放电和绝缘表面放电的信号特征,有助于对现场检测的信号进行类型识别。研究了变压器现场检测去干扰方法,在此基础上研究了基于宽频带声电检测的变压器现场局部放电诊断及定位方法,并进行了实测验证,检出110 kV变压器内部局部电位放电缺陷,有助于提升变压器局部放电现场检测水平和诊断准确性。     

变压器局部放电超高频检测中校正技术的初步研究

介绍了一套变压器局部放电超高频检测校正装置.试验验证,在一定范围内,放电方位的变化对耦合信号的影响不是很明显.     

变压器局部放电超高频信号的外部检测

电力变压器局部放电超高频检测法中一般将传感器安装于箱体内部,这对已投入运行的变压器来说是有潜在危害的。为此,先分析了变压器箱体对局部放电超高频电磁波传播的影响,探讨了接收天线外部检测超高频信号的可行性,再实验研究了局放超高频电磁波的外传播特性。结果表明,超高频电磁波可以透过变压器箱体夹缝衍射出来,外部检测到的超高频信号强度随着变压器箱体缝宽增大而增大;变压器套管附近安装接收天线也能检测到超高频信号。     

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。     

Partial discharge measurement in the ultra high frequency (UHF) range

The paper provides essentially a summary of PD measurements applying the UHF range in order to increase the detection threshold, to improve the localization accuracy and to perform on-line measurements of Partial Discharge (PD) in noisy environments. The electromagnetic UHF technique offers good signal to noise ratios, because external PD signals and disturbances can be shielded effectively. A new developed method allows the localization of PD in gas-insulated substations (GIS) by frequency domain measurements. The basic idea is the displacement law of Fourier transformation. The interference phenomena of superposed signals from two sensors give information about the time delay of the sensor signals. On-site PD measurements are made at cable connectors by means of monopole antennas housed in a barrel sleave, while the cable is in service. Thus a sensitive PD measurement even in noisy environment is possible. PDmeasurements on several 72 kV cable connectors were performed in an unshielded laboratory. On-site measurements during operation showed the great potential for condition assessment. For decoupling sensitive UHF PD signals from the inner of a power transformer tank UHF sensors applied through drain/oil valves are used. Experimental studies indicate that all relevant types of PD possibly occurring within a transformer emit high frequency spectra to be detected with UHF sensors. Furthermore in laboratory experiments and on-site measurements very moderate UHF signal attenuations have been observed.     

油纸绝缘缺陷局放UHF抗干扰定位及优化布置方法研究

特高频（Ultra High Frequency，UHF）检测是变压器油纸绝缘缺陷定位的常用方法，实际应用过程中局放定位准确性易受噪声和传感器布置方式影响。为保证变压器油纸绝缘缺陷局放定位检测有效性，文中首先建立油纸绝缘缺陷特高频局放定位检测平台，在常规K-Means方法的基础上，提出基于修正聚类分界的变压器油纸绝缘缺陷局放抗干扰定位方法，有效降低了定位误差。针对样本聚类分界混叠问题，选择最优修正系数L为1.1时，特高频定位误差可减小至10cm以内，验证了文中方法的有效性；最后分析不同传感器布置方式的定位误差变化规律，提出变压器油纸绝缘缺陷检测用特高频传感器优化布置方案，可为变压器局放在线监测传感器布置及定位提供参考。     

基于DTCWT与LLE算法的变压器局部放电特高频信号特征参数提取方法

提出了一种基于对偶树复小波变换(Dual-tree Complex Wavelet Transform,DTCWT)与局部线性嵌入(Locally Linear Embedding,LLE)算法的局部放电特高频信号特征参数提取方法,可以有效识别典型变压器内部绝缘缺陷。首先采用DTCWT算法分解变压器局部放电特高频信号,得到一系列不同变化尺度下细节分量信号。再提取出各细节分量信号的偏斜度和峭度作为初始特征参数。采用LLE算法对初始特征参数组成的特征向量进行降维处理,得到最终的特征参数及特征向量,输入到支持向量机(SupportVectorMachine,SVM)中识别各类绝缘缺陷。结果表明,该特征参数可以有效识别典型变压器内部绝缘缺陷,模拟绝缘缺陷识别准确率达到98.35%,现场检测信号识别准确率达到92.1%。     

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。     

±800kV换流变压器现场局部放电试验的干扰监测

研究干扰识别和定位技术是解决换流变压器现场局部放电测量难题的关键。针对南方电网开展的国内外首次现场修复±800 k V换流变压器的试验要求,采用特高频(UHF)法对局部放电测量干扰进行了旁路监测,通过分析UHF检波信号的波形特征和相位分布统计特征验证了现场检修试验厂房对换流站电磁辐射的屏蔽效果,通过UHF天线阵列精确定位并妥善处理了厂房内的多种局部放电干扰源,支撑被试的±800 k V换流变压器顺利通过了各项试验,视在放电量满足了出厂试验的限值要求。为今后研究在无厂房条件甚至运行条件下实现换流变压器局部放电水平的精确评价提供了技术基础。     

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。