基于小波矩特征信息的沿面放电阶段识别方法

沿面放电是电力变压器绝缘局部放电的主要形式之一,开展沿面放电发展特征的研究,对甄别变压器潜伏性故障具有重要意义,为此,根据典型的沿面放电模型,利用恒压法试验对其发展特征进行研究分析。针对沿面放电不同时间的信号样本,提取不同时间阶段局部放电灰度图像的小波矩特征参量。通过对特征参量的无监督系统聚类分析,建立一种基于聚类-多级支持向量机(support vector machine,SVM)的不同放电阶段识别机制,将整个放电过程划分为了初始阶段、发展阶段、稳定阶段、预击穿阶段,为局部放电发展特性研究提出了一种创新方法。     

油纸绝缘沿面放电小波矩特征信息提取及其过程划分

油纸绝缘沿面放电是变压器内局部放电的主要形式,研究其产生及发展特性,能有效诊断运行变压器的潜伏性缺陷。笔者基于典型油纸绝缘沿面放电模型,采用恒压法开展局部放电发展特性试验研究。采集沿面放电发展过程中不同时刻的信号样本,提取了不同阶段沿面放电灰度图像的小波矩特征参量。对新特征参量进行无监督聚类分析,聚类结果结合不同时刻的信息将沿面放电发展过程分为初始、发展、稳定、预击穿4个阶段,为沿面放电发展特性研究提出了一种新的方法。     

基于聚类多级决策SVM的油纸绝缘沿面放电阶段识别方法

基于油纸绝缘柱板沿面放电模型,采用恒压法对该模型交流电压下局部放电发展特性进行实验研究,提取不同时刻局部放电脉冲相位分布(phase-resolved partial discharge,PRPD)模式的4个图谱及其对应的29个统计特征量,采用核主成分分析法提取8个新特征参量,并通过系统聚类划分放电发展阶段。在局部放电8个新特征参量的基础上,根据聚类划分的结果,利用聚类分析中的类距离思想,建立基于聚类-多级支持向量机(support vector machine,SVM)的放电阶段分层识别方法。识别结果表明:所建立的聚类-多级SVM能很好识别放电所处的阶段,与系统聚类结果吻合较好。     

GIS中金属微粒诱发沿面局部放电发展过程的研究

局部放电的检测和识别对气体绝缘全封闭组合电器(GIS)运行状况的监测起着至关重要的作用。金属微粒缺陷是一种极易引发GIS局部放电的典型缺陷。文中主要研究金属微粒诱发的GIS内局部放电沿面爬电的发展过程。为此,根据GIS实际运行条件,搭建GIS模拟实验平台,采用阶梯升压法划分试验阶段,利用脉冲电流法检测各阶段下的局部放电模式,与此同时架设增强型电荷耦合检测器相机(ICCD)实时记录金属微粒局部放电的沿面发展过程,并采用K-Means聚类算法结合特征参量对其发展过程进行划分。结果表明GIS盆式绝缘子上金属微粒的沿面局部放电演变过程分为3个阶段:电晕放电主导阶段、电晕与流注放电并存阶段和流注放电主导阶段。     

绝缘子沿面放电多光谱脉冲演化特性及诊断方法

绝缘子或套管处产生的沿面放电是导致开关柜、环网柜绝缘失效的常见诱因,而传统局部放电在线检测和诊断方法难以准确评估放电发展阶段和危害程度。该文采用单光子固态光电传感技术,对绝缘子沿面放电发展过程中的多光谱脉冲特性及其演化规律进行了试验研究,并提出一种基于多光谱脉冲演化特性的沿面放电严重程度诊断方法。首先,搭建多光谱光电同步检测平台,实现了沿面放电过程中多个光谱波段光信号和电流信号的同步采集;然后,根据全波段光脉冲幅值及其导数变化规律对沿面放电发展过程进行了三阶段划分,并分别对沿面放电三阶段多光谱脉冲的相位统计和非相位统计特征进行分析,明确了特征量随放电发展阶段的演化规律;最后,基于深度神经网络算法建立沿面放电多光谱严重程度评估模型,结果显示该模型诊断准确率达到96.75%,验证了多光谱诊断方法的可靠性。     

GIS中自由金属颗粒缺陷局部放电严重程度评估

自由金属颗粒缺陷是GIS中常见的绝缘缺陷,而且不同严重程度的局部放电对设备安全运行的影响不同,因此有必要对该类缺陷的放电发展程度进行研究。采用阶梯升压法对自由金属颗粒局部放电进行研究,利用特高频检测技术对局部放电信号进行采集,并提取出6个有效表征局部放电严重程度的特征参量,最后采用K-means聚类算法及最小距离原则建立了局部放电发展阶段的划分规则,并探讨了自由金属颗粒缺陷放电发展过程的演化机制。结果表明:放电特征参量随试验时间的增加均呈现出单调突变式增大或减小的趋势,可以用来表征自由金属颗粒放电的严重程度,通过聚类分析算法和局部放电试验将金属颗粒的放电过程划分为放电发展阶段与放电的临近击穿阶段。     

交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程特性

换流变压器阀侧绕组与出线装置同时承受交流、直流、交直流叠加电压作用,其内部油纸复合绝缘材料的沿面放电特性与以往交流电力变压器存在较大差别,而相关研究又明显不足。为此使用CIGRE MethodⅡ推荐的典型球-板电极结构,利用脉冲电流法对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程中放电信号进行了统计,分析并提取了沿面放电统计特征图谱的多个典型特征参数,对油纸绝缘在交直流复合电场下的沿面放电发展过程特性进行了研究。该研究中首次使用沿面放电发展特征参数的变化规律将交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电发展过程划分为4个阶段:爬电起始阶段、爬电发展阶段、爬电加速发展阶段以及临界击穿阶段,并对比分析了纯交流电压和交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电相同阶段特征参数变化规律的差异性。结果表明:交直流复合电压作用下沿面放电对绝缘纸板的破坏强度要高于纯交流电压下,沿面放电发展速度要快于纯交流电压下,交直流复合电压中的直流电压分量对油纸绝缘沿面放电发展具有加速作用。     

基于概率神经网络的油纸绝缘局部放电发展阶段识别北大核心CSCD

采用阶梯升压法进行油纸绝缘沿面放电与气隙放电实验,根据放电发展过程的差异将局部放电划分成4个阶段:放电初始阶段、放电发展阶段、放电稳定阶段和临近击穿阶段,分析两种模式下放电特征参量的发展规律。提取放电相位分布(PRPD)图谱的29个统计特征参量,通过局部线性嵌入算法降维得到新的六维特征参量,采用概率神经网络(PNN)算法对两种放电模式下油纸绝缘放电发展阶段进行识别,并与广义回归神经网络(GRNN)模型以及反向传播神经网络(BPNN)模型进行比较,发现其识别结果更加准确。     

频变电应力下高频电力变压器绝缘沿面放电形态及发展过程

沿面放电是导致绝缘失效的主要原因之一。为研究高频电力变压器绝缘在频变电应力下的沿面放电形态及发展过程,搭建了高频沿面放电实验平台。首先在10~40 k Hz正弦电压下,测试了不同频率下的沿面放电起始、闪络电压及沿面寿命,然后采用恒压法开展沿面放电实验,记录了放电起始、发展至闪络的整个过程,获得了不同阶段的放电特征参量和放电相位谱图,并结合二次电子发射雪崩模型和陷阱理论,对沿面放电的发展演化过程进行了分析。实验及分析结果表明,电压频率的升高会导致沿面闪络电压的降低和沿面寿命的缩短;高频下聚酰亚胺的沿面放电形态为直线型,在放电的不同阶段,放电幅值、次数、相位谱图及其统计量均呈现出特定的变化规律,可作为沿面放电发展程度的评估指标;绝缘表面电荷分布和陷阱参数对沿面放电特性有重要影响,是进一步揭示沿面闪络机理的关键。     

温度对乙丙橡胶绝缘表面沿面放电特征的影响

为了评估温度对乙丙橡胶绝缘表面沿面放电特征的影响,搭建了变温沿面放电试验系统,测量了不同温度下的沿面放电起始放电电压、熄灭电压及闪络电压。研究了不同温度下乙丙橡胶表面从起始放电到闪络过程的沿面放电特性,分析了放电次数、起始放电相位、平均放电功率和放电电流等随温度和电压幅值的变化规律。结果表明:乙丙橡胶表面的沿面放电过程与温度密切相关,随着温度的升高,沿面放电起始电压与熄灭电压均呈减小趋势,闪络电压呈先增大后减小的趋势;放电次数、平均放电电流和放电功率均逐渐增大,正、负半周放电相位左移;随着温度升高,同一电压下的平均放电电流和放电功率相差增大,负半周的平均放电电流和放电功率始终小于正半周。根据放电过程中放电功率和放电电流的变化趋势,可将放电过程分为4个阶段:放电起始阶段、放电发展阶段、放电相持阶段、临近闪络阶段,为不同温度下乙丙橡胶沿面放电的特征识别提供了理论依据。     

直流电压下SF_6气体的沿面局部放电特性

以SF_6气体为绝缘介质的直流气体绝缘输电线路(gas insulated transmission lines,GIL)内部存在沿面缺陷,而局部放电信号蕴含了丰富的绝缘信息,因此针对直流电压下SF_6气体沿面局部放电特性研究具有重要意义。为此以沿面模型作为试验模型,搭建直流高压试验平台,利用脉冲电流法对直流电场下SF_6气体沿面放电过程中放电信号进行了统计,分析并提取沿面放电统计特征图谱的多个典型特征参数,研究局部放电起始特性与放电发展特性。研究表明:压强在0.1～0.6 MPa范围内,起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)具有极性效应,负极性PDIV更低,PDIV随着气压的增大而提高,PDIV对气压的敏感度随气压的升高而降低,放电稳定性随着气压的升高先降低后提高;当压强相同时,随着外施电压的提高,促进沿面放电发展,平均放电量和最大放电量不断增大,放电重复频率先升高后降低。根据放电特性的不同,将沿面放电过程分为4个阶段:初始电子主导放电阶段、电子崩主导放电阶段、流注发展阶段和临界击穿阶段;当外施场强一定时,提高压强会明显地抑制沿面放电发展,且抑制效果随着压强的提高而略有减弱。     

基于聚类–小波神经网络的油纸绝缘气隙放电发展阶段识别方法

基于油纸绝缘气隙放电模型,在实验室搭建了气隙放电及其发展特性研究试验平台;采用恒压法,对其进行局部放电发展特性实验;提取了局部放电最大放电量相位分布、基于油纸绝缘气隙放电模型,在实验室搭建了气隙放电及其发展特性研究试验平台;采用恒压法,对其进行局部放电发展特性实验;提取了局部放电最大放电量相位分布、平均放电量相位分布、放电次数相位分布以及局部放电幅值分布中的29个特征参量,通过核主成分分析,采用系统聚类对放电不同的发展阶段进行划分.建立了基于聚类-小波神经网络的放电发展阶段识别方法,识别结果表明:所建立的识别方法能很好地根据放电有效特征量识别放电所处阶段,与系统聚类分析结果基本吻合     

水分对交直流复合电压下油纸绝缘沿面放电特性影响研究

换流变压器阀侧绕组绝缘同时承受交流和直流电压作用,水分是导致围屏爬电的重要原因之一,开展水分含量对油纸绝缘沿面放电特性影响的研究具有重大意义。文中利用基于脉冲电流法的局部放电测量系统,在含不同直流分量的交直流复合电压下,使用典型球—板电极对不同水分含量油纸绝缘试品的沿面放电特征参量和统计谱图变化规律开展了实验研究,并与纯交流电压下的结果进行了对比。研究结果表明:随着纸板中水分含量的不断升高,起始放电电压和闪络电压均呈现下降趋势,放电耐受时间不断缩短;在同一水分含量下,随着复合电压中直流分量的不断增大,起始放电和闪络电压则明显升高,其中纯交流电压下的起始和闪络电压均为最低。利用典型沿面放电统计谱图可以将油纸绝缘沿面放电发展过程划分为4个阶段,分别为起始、发展、严重和临近闪络阶段;高水分含量下各阶段沿面放电量Q大幅增加,相邻两次放电的时间间隔Δt明显减少。     

变压器油纸绝缘气隙放电能量-小波矩特征及放电过程划分

基于油纸绝缘气隙放电模型,研究放电能量的变化规律。通过引入放电重复率,提出用每秒平均放电能量描述气隙放电的发展过程。引入放电发生的工频相位,构造基于放电能量的φ-W-n三维统计图谱,投影到放电能量-相位平面得到灰度图像。采用一种基于小波矩特征的局部放电灰度图像特征提取方法,得到灰度图像的全局特征和局部特征。根据提取到的不同放电时刻的小波矩特征值,采用模糊C-均值聚类的方法将整个放电过程划分为放电产生和振荡发展阶段、微弱放电阶段、放电爆发阶段以及放电预击穿阶段。     

基于LLE-PNN模型的油纸绝缘沿面放电发展阶段识别

研究了不同老化程度油纸绝缘的沿面放电发展过程,建立局部线性嵌入-概率神经网络(LLE-PNN)模型识别沿面放电的发展阶段,对比了不同老化程度油纸绝缘宏观与微观形貌的差异,并比较LLE-PNN模型与传统主成分分析(PCA)法所建立的PCA-PNN模型及反向传播神经网络(BPNN)模型的识别结果。结果表明:根据放电发展过程的差异可将沿面放电划分为放电初始阶段、放电发展阶段、放电稳定阶段和临近击穿阶段;老化导致纸板内部产生孔隙结构,促进沿面放电的发展;与其他模型相比,LLE-PNN模型在识别油纸绝缘沿面放电发展阶段上具有一定的优越性。     

交流与雷电冲击叠加电压下SF6气体中沿面局部放电测量与数值计算

由冲击过电压所引发的环氧绝缘沿面局部放电往往会造成严重的绝缘事故,威胁设备的运行安全。采用不同的测量方法对交流与雷电冲击叠加电压下SF6气体中环氧绝缘沿面局部放电进行测量。分析讨论冲击叠加相位和冲击电压极性对沿面局部放电激发过程的影响。基于试验结果的讨论分析和沿面局部放电基本物理过程,建立交流与冲击叠加电压下沿面局部放电激发过程的数学模型,对不同极性冲击叠加在交流电压不同相位后沿面局部放电的放电时延、放电量进行数值计算。同时,对放电所产生的沿面、空间电荷衰减过程进行定量分析,实现了电荷衰减过程中电荷记忆效应对沿面局部放电影响的量化描述。该研究结果为沿面局部放电过程的分析提供了一定的试验及理论依据。     

GIS局部放电特高频信号波形分析与特征参量提取

采用高采样率数字检测设备采集特高频(UHF)信号的波形,通过对UHF信号波形分析可实现多源放电分离。为此提出了一种局部放电UHF信号波形分析方法:采用高斯平滑滤波算法获得UHF信号的包络线,提取其上升时间、下降时间等特征参量;提取过零率参量用于表征UHF信号的振荡特性;利用数学形态学梯度方法表征累积能量函数的上升陡度,提取最大上升陡度参量。将提取的特征参量应用于气体绝缘组合电器(GIS)内混合缺陷的多源放电分离。在GIS内建立了尖端、自由微粒、悬浮电极及盆式绝缘子表面附着金属丝4种典型缺陷,并利用4种缺陷的UHF信号测试了特征参量的可分性;利用模糊最大似然法对特征参量进行聚类,实现了GIS内尖端悬浮及尖端沿面2组混合UHF信号的有效分离。结果表明,该波形分析方法表征了局部放电UHF信号的主要特征,提取的特征参量对GIS典型缺陷的UHF信号具有良好的可分性,并可有效分离混合缺陷产生的局部放电信号。     

交直流复合电压下老化油纸绝缘针板模型局部放电特性

为研究换流变压器阀侧实际运行老化的油纸绝缘局部放电特性,提高交直流复合电压下油纸绝缘局部放电研究的工程实际意义,取运行5 a的换流变油纸样本,建立典型针板电极油纸绝缘缺陷模型,对交直流复合电压下老化油纸绝缘局部放电从起始阶段到击穿的整个过程进行了实验模拟并记录放电时域信号。随着局部放电发展,放电幅值逐渐提高,出现放电的相位分布扩大,相应相位出现的放电次数增加,当临近击穿时,负周期放电量超正周期数倍。基于时域放电信号建立了多个放电周期的H_(umax)(φ)、H_(umean)(φ)、H_n(φ)和H_n(u)等PRPD谱图。分析谱图特性,并计算各个谱图的偏度(Sk)等统计参量因子,基于自适应阈值模糊聚类分析方法,将统计参量因子分为10类,分类之后可看出一定的时间延续性。结合分类结果和局部放电发展的不同时刻的信息,将放电模型的发展过程划分为初始放电阶段、放电发展阶段、放电稳定阶段和预击穿阶段。划分结果可为交直流复合电压下油纸绝缘局部放电在线监测和模式识别提供参考。     

交直流复合电压作用下油纸绝缘典型缺陷放电现象及特征

为实现换流变压器油纸绝缘故障诊断,搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘缺陷局部放电和油中溶解气体检测平台,选取针板模型、沿面模型和悬浮模型作为研究对象,得到每个模型不同发展阶段的局部放电和产气特性,对比了3种典型缺陷模型的特征区别。研究结果表明:1)根据3种典型缺陷模型的脉冲重复率、平均放电量和总烃体积分数变化趋势中的变化现象可以将放电过程划分为起始阶段、发展阶段和邻近击穿阶段;2)针板模型的脉冲重复率最低,沿面模型起始脉冲重复率较低但是放电后期较大,悬浮模型放电脉冲重复率最高;针板模型起始时放电量为97.5 pC,邻近击穿时超过900 pC,沿面模型起始时只有7.1 pC,随后增长到18.2 pC,而邻近击穿时也只有45.6 pC;悬浮模型起始阶段的平均放电量很大,发展阶段迅速减小到1 000 pC,邻近击穿阶段大于1 500 pC;3)针板模型在放电发展阶段总烃中以CH4为主,沿面模型在放电发展阶段中C2H2占到总烃体积分数的60.6%,悬浮模型在放电发展阶段4类烃类气体都有产出,其中C2H2气体最多。     

突出物缺陷下局部放电发展过程研究及特征信息提取

为可靠评估电气设备内部局部放电严重程度,指导电气设备状态检修策略制定。本文采用阶梯电压法对气体绝缘组合电器内部典型金属突出物缺陷下局部发展过程进行了试验研究,构造了不同放电发展阶段的局部放电特高频信号φ-u散点图和φ-n谱图,提取了各放电阶段中表征绝缘劣化程度的11个特征参量。分析发现,在不同的放电阶段,各特征值大小不同,且随着放电的发展呈现不一样的变化趋势,这些差异信息可以描述局部放电发展阶段,可为局部放电严重程度评估提供更加完整的信息。最后,本文结合空间电荷对空间电场畸变效应,从局部放电产生与发展的物理微观过程出发,分析了各特征量出现相关变化规律的物理机制,解释了采用相关特征参量进行局部放电严重程度评估的科学性。