基于时频相似度的油纸绝缘多局部放电源脉冲群分离与识别策略

由于变压器内部液-固绝缘结构和运行环境的复杂性,导致其内部往往是多个局部放电源同时存在,引起局部放电PRPD图谱交叉和重叠而无法识别。为解决多局部放电源的识别问题,本文提出了基于脉冲时频分析(TFA)结合近邻传播聚类(APC)的变压器油纸绝缘多局部放电源脉冲群分离与识别策略。首先,将基于S变换(ST)时频分布的脉冲相似度(时频相似度)矩阵输入近邻传播聚类(APC)分离多局部放电源脉冲群。然后,采用局部放电相位分布(PRPD)统计特征与粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)识别ST+APC分离的子脉冲群,并验证分离的有效性。对实验室人工缺陷模型的局部放电数据进行分析,结果表明ST+APC算法可以有效去除脉冲型干扰(PSN)和分离油纸绝缘多局部放电源脉冲群。     

基于虚拟仪器的GIS局部放电声电联合检测系统

笔者设计了一套基于虚拟仪器的GIS局部放电声电联合检测系统,通过不同速率的数据采集模块对GIS局部放电过程中所产生的超高频、高频电流以及超声波信号进行多通道同步联合检测。系统基于LabVIEW虚拟仪器平台开发,可连续捕捉与采集存储局部放电脉冲波形信号、实时计算放电脉冲相位。利用采集的局放信号进行时频分析和模糊聚类实现了多源局放的有效分离和类型判断,同时基于多路局部放电超高频信号与超声波信号本身或两者之间的时差可实现局部放电源的定位。该系统已在多个220 kV及500 kV GIS变电站的局部放电现场检测中得以应用,检测结果验证了系统的性能。     

Cohen类时频分布比较及其在局部放电信号处理中的应用

系统地以参函数的角度介绍了6种典型的Cohen类时频分布。从理论和应用效果上分析了各分布的交叉干扰项衰减和时频分辨率性能。针对局部放电信号的非平稳性,展现了各分布在处理仿真和实际脉冲信号的应用效果。试验结果表明,平滑伪Choi-Williams分布(SPCWD)对局放脉冲非平稳信号引发的短时变化具有高度的敏感性,更为适合表征局放脉冲信号的时变信息。据此,可提取单个脉冲波形的时频特征参数、分析多个连续放电脉冲的时频变化,从而用于放电类型的模式识别以及深入研究绝缘系统中的局部放电机理。     

直流局部放电脉冲峰值—时间序列特征指纹提取

在简述直流下局部放电试验系统以及用于直流局部放电试验的空气中电晕、油纸绝缘的尖板、内部缺陷和沿面放电4种典型局部放电缺陷模型之后,利用自行研制的直流局部放电宽带检测系统获取了缺陷模型在直流电压下的大量局部放电脉冲波形—时间序列。并对获取的脉冲波形—时间序列,使用基于波形时频特征的脉冲群快速分类技术进行随机干扰脉冲剔除,从而获得直流局部放电脉冲峰值—时间序列。在上述工作基础之上,引入Delta(t)参数,把交流局部放电识别方法运用到直流局部放电。对选用的部分直流局部放电TARPD谱图,使用统计算子计算得到36个放电指纹参数。基于遗传算法优化的BP神经网络(GA-BP)对放电指纹参数进行特征评价和选取。研究表明,保留20个有效指纹参数即可达到区分放电类型的目的。     

基于LabVIEW的发电机定子绕组局部放电检测方法

对发电机定子绕组3种典型局部放电信号进行了研究,得到放电脉冲信号波形及频谱。设计了基于LabVIEW的发电机局部放电检测系统,针对局部放电信号特点,设计了数字滤波和脉冲时延鉴别等抗干扰技术,这是实现发电机定子绕组局部放电检测的关键环节。应用该方法可准确测量所述3种典型放电信号。     

气体绝缘组合电器多局部放电源的检测与识别

介绍了基于宽带检测的气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)多局放源检测与识别技术。该技术由脉冲群快速分类和基于最小二乘支持向量机(least square-support vector machine,LS-SVM)的基于相位分布的局部放电谱图(phase resolved partial discharge,PRPD)识别2个主要模块组成。其中脉冲群快速分类模块由基于脉冲波形的时频参数提取和竞争学习网络无监督聚类实现,它将脉冲群分为若干个由相同波形特征脉冲组成的子脉冲群。PRPD放电谱图识别模块对各子脉冲群对应的PRPD谱图进行放电指纹提取,并使用GIS绝缘缺陷特征数据库训练得到的LS-SVM判别函数对各子脉冲群进行识别。仿真和试验结果均验证了该技术的可行性和实用性。     

基于独立分量分析的局部放电脉冲信号提取

电气设备局部放电信号的提取,特别是从强干扰中恢复局部放电信号具有较大的困难。该文根据独立分量分析ICA理论,提出了多源少信道(欠定)ICA算法与完备ICA算法结合的二次盲信号分离方法,用此方法对局部放电脉冲进行提取。仿真结果表明,所提方法能够较好地恢复出多种干扰下典型局部放电脉冲信号的波形、波形之间相对幅值关系以及脉冲极值所对应的时间点等局放信息,说明了此方法可行。     

GIS局部放电脉冲分类特征提取算法

传统的基于局部放电脉冲时频信息构建的局部放电脉冲群分类谱图,多数只能提取表征局部放电脉冲波形特征的低维特征量。当分类算法需要更多的特征量来完成对放电脉冲群的分类工作时,采用上述算法则不能有效地完成对局部放电脉冲群的分类工作。为此提出了采用等效时频熵算法来提取表征局部放电脉冲波形特征的多维特征量,构建放电脉冲群的等效时频熵分类谱图,并与改进的模糊C均值聚类算法相结合实现对不同类型局部放电脉冲群的分类工作。基于气体绝缘组合开关设备(GIS)的实验结果证实了上述方法的有效性和合理性,为研制基于单一人工缺陷模型的局部放电在线监测和识别系统提供了实验和理论依据。     

用于提取局放脉冲的波形匹配识别方法初探

针对现场采集的局部放电信号中经常混杂白噪声和窄带周期干扰现象,本文首次提出使用Laplace小波按照波形匹配的原则来提取局部放电脉冲信号的方法.利用该小波波形与局部放电脉冲波形相吻合程度较好的特点,根据波形匹配的原则对含噪信号在一个由该小波构成的小波基函数空间中进行模式识别,进而去除噪声,提取局部放电脉冲信号.该方法不仅能够用于去噪,而且可以确定脉冲的放电主频率、衰减度、放电时刻及放电个数,从而为故障识别和定位奠定良好的基础.仿真和实验结果显示该算法具有良好的去噪性,同时可以获得更多的局放脉冲信息.     

高压开关柜局部放电传输及外部干扰特性研究

受开关柜工作现场外部电磁波干扰的影响,开关柜局部放电的检测精度将受到限制。为实现开关柜局部放电传输和外部干扰特性的区分,基于有限元分析软件(COMSOL)建立开关柜局部放电的仿真模型,并对开关柜内部放电和外部干扰的脉冲特性进行仿真分析,仿真分析表明:开关柜内部放电的波形呈现多次振荡,而外部干扰波形则几乎无振荡现象;为验证仿真分析的正确性,基于小波变换理论以内部空穴放电缺陷为例在试验室组建开关柜局部放电TEV检测系统,根据内部空穴内外部脉冲时频谱图分析结果可验证内部放电存在明显的振荡现象,而外部放电未出现明显振荡。文中的研究成果可作为区分内部放电脉冲和外部放电脉冲的依据之一。     

变电站全站局部放电检测中多源信号分离方法

针对已有的变电站全站局部放电检测方法仅能得到放电源的大致方向,无法区分局部放电类型和来源的问题,基于各种局部放电源所产生的超高频信号在时域与频率的不同特征,对连续采集存储的局部放电电磁波脉冲波形进行TRPD （ time resolved peak display ）时频分析和模糊聚类,分离出不同局部放电源或干扰所产生的放电信号,以实现放电源的准确定位,为后期局放类型的图谱特征识别奠定基础。现场测试证明了该方法的可行性。     

局部放电脉冲波形特征提取及分类技术

根据电力设备周围存在多种干扰以及绝缘存在多局放的工况,提出基于单一缺陷的局部放电在线监测与识别方法,并指出实现此系统的关键技术之一是脉冲群快速分类技术,其由脉冲波形特征提取和聚类分析算法组成。针对108次/s的超宽带局部放电脉冲波形-时间序列,重点研究脉冲波形特征提取及分类技术。在分析等效时频算法和模糊 C均值聚类算法的基础上,对其做了进一步的改进。基于气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)的局部放电试验结果表明：采用改进后的算法可以使计算机准确的完成对局放脉冲的的自动分类,并通过在聚类中引入阀值滤除了各子类脉冲中相似性较低的脉冲。这为研制多局放源的在线监及模式系统提供了试验和理论依据。     

典型SF_6气体绝缘缺陷局部放电脉冲的Gabor特征识别

局部放电脉冲具有非平稳特性,采用联合时频域分析比常规的单域分析更能诊断放电的特征。因此,针对现场GIS可能存在的缺陷类型,设计了针板、悬浮和空穴的缺陷模型,提取其在工频电压下局部放电脉冲的Gabor分布特征,并采用BP人工神经网络对特征参数进行训练和测试;同时通过现场110 kV GIS的缺陷的局部放电实测,对放电脉冲Gabor特征分析的有效性进行了研究。结果表明,放电脉冲的时频特征图谱能够得到有效提取,为放电评估提供参考,特征参数的训练识别率和测试识别率较高,利于放电类型的识别。     

宽频带局部放电检测与分析辨识技术

为了减少现场局放测试中噪声及干扰的影响,介绍了宽带在线测量局部放电的方法。传统的IEC检测法和近年来的特高频检测法回避了干扰频带,也回避了放电脉冲的主要能量频带,难以记录完整脉冲波形,缺乏足够的信息来区分各种信号和噪声。而宽带测试方法频带较宽,可以记录整个局部放电脉冲波形,并在此基础上提取基于波形的特征信息,进而可将信号分离分类,比针对单一放电的识别效果好得多。为此以高压电缆上多种放电模式与和噪声混合信号为例,从中获取波形中足够的信息,进而将信号分离为不同的放电类型,如内部放电、背景噪声等,从而提高了识别的可能性与准确性。对现场局放测试与诊断而言,如果能够广泛运用该方法,将能提高现场排除噪声与干扰、诊断绝缘特性的准确性。     

局部放电电磁波在GIS中传播路径的分析

为进一步揭示GIS中局部放电电磁波的传播特性,采用FDTD方法仿真分析了GIS中局部放电产生的电磁波信号的传播路径及其与信号波形之间的关系并在真实GIS中进行了相关试验研究。仿真和试验结果均表明局部放电电磁波在GIS中的传播路径与局部放电源的位置相关,且检测的电磁波信号波形受电磁波传播路径的影响也不尽相同。局部放电源靠近GIS内导体时,检测位置φ不同时的电磁波信号波形相似,且各电磁波信号的初始脉冲均较大,其传播路径为直线路径。局部放电源靠近GIS外导体时,电磁波信号波形与检测位置φ相关,在φ=0和φ=180°处检测的信号中有大脉冲出现,其传播路径为沿GIS外壳内表面绕向传播路径。     

GIS局部放电超高频检测法有关问题的仿真研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)中的局部放电在腔体中产生超高频(ultra high frequency,UHF)电磁波信号。为研究GIS局部放电源与UHF信号的关系,利用时域有限差分法计算局部放电产生的UHF信号;通过改变放电源和探头的参数,研究了局部放电产生的UHF信号的特性。仿真分析结果表明:UHF信号的幅值与局部放电脉冲幅值成线性关系;UHF信号与放电源的径向位置、放电通道长度、放电脉冲波形以及放电源与探头的夹角有关。单纯 UHF信号很难解释局部放电量的大小,但UHF信号可在一定程度上反映出GIS的绝缘状态。     

直流下局部放电序列信号检测与特性分析

介绍了用于分析直流下局部放电序列信号的时间等待恢复模型及其假设,总结了基于基本参数放电幅值q和放电时间点t用于分析直流局部放电序列信号的多种放电谱图。利用自行研制的直流局部放电宽带检测系统获取了缺陷模型(空气中电晕、油纸绝缘的尖板、内部缺陷和沿面放电)在直流电压下的大量局部放电脉冲波形-时间序列。并对获取的脉冲波形-时间序列,使用脉冲群快速分类技术进行随机干扰脉冲剔除。在上述工作基础之上,进行了直流局部放电幅值-时间序列信号的相关性统计分析,给出了各缺陷模型对应的典型q-t、n-q、n-Δt和qsuc-q等多种直流局放谱图。试验结果分析表明,四种典型缺陷具有各自的放电特性,直流下局部放电发展过程符合时间等待恢复模型及其假设。这为基于幅值-时间序列的直流局放检测、识别提供了理论和试验依据。     

基于宽带检测的局放脉冲波形快速特征提取技术

根据电工设备绝缘存在多局放的工况,提出研制基于单个脉冲的局放宽带检测与模式识别在线监测系统.并指出研制该系统需要解决脉冲群快速分类这一关键技术,其由脉冲波形的快速特征提取以及基于波形特征的快速聚类分析组成.本文针对100Ms/S采样率获取的宽带脉冲波形、-时间序列,提出分别使用幅值参数法、等效时频法和时频熵法对局放脉冲波形的特征参数进行提取.在对人工设置的多局放源产生的脉冲群数据进行波形特征提取后,使用模糊聚类对脉冲群波形特征提取结果进行了对比分析.结果表明:三种波形特征提取方法均能在一定程度上很好地分离干扰源而提取出局放数据.GIS母线尖刺缺陷的试验数据处理同样证实了该技术的有效性和可行性.这为研制基于单个脉冲的宽带局放检测与模式识别在线监测系统提供了实用的脉冲波形快速特征提取技术.     

局部放电脉冲波形的时频联合分析特征提取方法

较全面地总结了基于放电脉冲波形的特征提取方法 ,分析对比了各种方法的识别效果以及一些影响识别效果的因素。在此基础上 ,深入研究了时频联合分析在局部放电模式识别中的应用。     

局部放电脉冲的Wigner时频分布特性研究

为了提高时频分布的分析精度和有效性,笔者根据局部放电脉冲信号的非平稳特性,提出使用联合时频分布对其进行处理,从而分析脉冲信号的时频特性。针对目前在非平稳信号处理中广泛使用、属于Cohen类的Wigner-Ville分布(WVD),笔者以仿真脉冲为对象,分别研究了其原始WVD、平滑伪Wigner分布(SPWVD)以及重排平滑伪Wigner分布(RSPWVD)。分析结果表明:WVD能够对局部放电脉冲信号引发的短时变化具有高度的敏感性,更适合表征非平稳信号的时变信息;SPWVD能消除双线性函数引起的交叉干扰项,但是以牺牲分布的时频分辨率为代价的;RSPWVD具有很好的时频聚集性,易于提取单个脉冲波形的时频特征参数,从而用于放电类型的模式识别以及深入研究绝缘系统中的局部放电机理。