利用累积能量函数特征参量优化提取的多源局部放电信号分离技术

变电设备内部有时会存在多个缺陷的局部放电,其放电模式识别及危险度评估的难度大大增加,为更有效地诊断设备绝缘状况,该文提出了一种基于累积能量函数特征参量优化提取的多源局放分离技术。利用时频域累积能量函数表征脉冲电流脉冲或特高频(UHF)信号的时频域变化,并采用数学形态学梯度运算提取了时频域累积能量的上升陡度参量。提出了以上升陡度参量的标准差作为分离性能评价指标,优化选取数学形态学梯度运算中的结构元素长度,提取此时的上升陡度参量,达到最优分离效果的目标。最后在实验室252k V GIS模型内建立了3种典型多缺陷模型,将所提出的多源放电分离技术应用于该混合缺陷放电UHF信号的分离,进而将该方法成功应用于一起现场1100k V GIS多源局放案例。结果表明,特征参量优化提取分离方法适用于内外置UHF传感器信号,在多源放电混合UHF信号分离中具有良好的应用效果。     

负极性OLIV下GIS局部放电UHF信号的相位特征

为实现冲击电压下气体绝缘开关设备(GIS)局部放电(PD)缺陷的诊断,通过试验测量与信号分析研究了在冲击电压作用下典型GIS缺陷的局部放电特高频信号特征。首先,搭建负极性振荡型雷电冲击电压下GIS局部放电试验平台,设置高压金属尖端、悬浮金属体、绝缘子沿面等3种GIS典型绝缘缺陷,并组建特高频检波信号采集系统;然后,通过试验获取特高频(UHF)信号,统计生成相位相关脉冲序列(PRPS)谱图、相位角差(??i+1-??i)谱图;最后,分析3种缺陷相位特征谱图的差异及其产生机理。研究结果表明:尖端放电特高频信号主要出现在振荡电压的上升沿,其相位角在90～190°区间;悬浮放电与沿面放电的特高频信号出现在上升沿和下降沿;与尖端放电、悬浮放电不同的是,在??i+1-??i谱图中沿面放电特高频信号的分布在0～45°区间。此结论可作为负极性振荡型雷电冲击电压下GIS局部放电诊断的依据。     

GIS中电磁波传播特性的试验研究

GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频（UHF）电磁波信号,局部放电信号可通过超高频传感器进行检测。为研究UHF信号在GIS中的传播特性,在GIS内设置了导体尖端和悬浮电位放电模型,内置式传感器的信号与用示波器在盆式绝缘子浇注孔测试到的UHF信号进行比较。试验结果表明,UHF信号在GIS内有一定的衰减,外置式传感器测得的信号比内置式的衰减大。     

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。     

外置式UHF校验信号注入方法的可行性研究

在内置式特高频(ultra-high-frequency,UHF)传感器配置不足的情况下,如何向GIS设备内部注入UHF校验信号是GIS局部放电UHF检测系统灵敏度现场校验中的关键问题之一。文中提出金属法兰孔式UHF校验信号注入方法,并研究其可行性,依据工程电磁兼容原理阐述了电磁波经过小孔后的衰减特性。建立了基于252 kV GIS设备的局部放电UHF信号测试平台,在靠近出线套管的GIS腔体内设置局部放电缺陷,在距离缺陷最近的金属法兰孔处设置发射传感器,在GIS典型部位安装圆盘形传感器,利用其接收局部放电和发射传感器辐射的UHF信号。通过对比局部放电信号和注入信号的频谱分布、衰减特性,分析两者的一致性。研究结果表明,UHF电磁波经过金属法兰孔后的衰减程度随着频率的升高而减小,在600 MHz以下注入信号的能量小于局部放电。在现场校验中应适当提高脉冲源的输出幅值和上升沿时间,使注入信号与局部放电信号的幅值和频谱相当。此研究对于推进GIS局部放电检测系统的现场校验具有重要参考价值。     

基于归一化自相关函数与类小波软阈值法的GIS局放信号降噪方法研究

针对目前利用特高频方法检测GIS典型缺陷时,存在白噪声干扰滤除效率低以及原始信号波形畸变率高等问题,构建了GIS特高频局部放电检测试验模型,经人工处理获得4种典型局部放电UHF信号,提出采用EMD分解将4种典型缺陷的特高频信号分解为有限个IMF分量,利用归一化自相关函数找到IMF分量中局部放电信号与白噪声的分界点,对含白噪声的IMF分量使用类小波软阈值进行滤波,随后重构所有IMF分量,得到各缺陷局部放电特高频信号。将文中方法所得信号与小波去噪信号进行信噪比以及波形畸变率对比,结果表明文中所用方法具有更为良好的去噪效果,可用于GIS局部放电监测。     

GIS局部放电常规检测和超声波检测方法的应用比较

介绍了几种GIS局部放电常用的检测技术,并应用常规脉冲电流检测法和超声波检测法对模拟的GIS运行中常见的几种典型缺陷,包括带电导体上尖端、壳体内壁上尖端、自由金属颗粒、悬浮电位、绝缘子内气泡以及黏附在绝缘子表面的金属颗粒等进行了检测。再通过对测试系统记录的放电脉冲和超声波脉冲的相位分布比较、不同缺陷在一定电压下的脉冲放电量大小比较,以及不同缺陷超声波脉冲有效值和周期峰值的特征和大小比较,总结得到在上述各种典型绝缘缺陷情况下,应用这两种检测方法所得波形和信号的主要特征,为超声波局部放电检测技术在GIS现场交流耐压试验和运行阶段的有效应用提供参考。     

真型多状态GIS局部放电UHF信号源研究*

针对电网公司广泛装配的特高频(UHF)局部放电检测系统无法进行有效性校验问题,以GIS典型缺陷类型下的UHF信号谱图为基础,对不同缺陷类型下不同放电强度的UHF谱图信号分别进行特征提取和优化,并根据该特征对UHF谱图信号进行0~50 V范围内的编码优化,据此设计出了能够模拟多种典型绝缘缺陷下不同放电程度的真型多状态GIS局部放电信号源,并进行了实验测试,测试效果良好。     

冲击电压下气体绝缘开关设备悬浮缺陷放电特征

为探索冲击电压下气体绝缘开关设备(GIS)悬浮缺陷局部放电检测的有效性及灵敏性,搭建了冲击电压下局部放电试验平台,测量了悬浮缺陷在非振荡冲击波(标准雷电波、标准操作波)、振荡冲击波(振荡操作波)和工频电压下的局部放电信号,提取并分析了悬浮缺陷在不同类型冲击电压波下的局部放电特征谱图,比较了冲击电压波形和工频电压对悬浮缺陷检测的灵敏性。研究结果表明,在非振荡冲击波和振荡冲击波作用下,悬浮缺陷放电稳定、重复性好,冲击电压波对悬浮缺陷的局部放电检测较有效;在不同试验阶段内,振荡冲击电压下的q-?散点图及N-?柱状图以及非振荡冲击电压下的q-Δt/Δu散点图和N-Δt/Δu柱状图的形貌特征差别较大,可作为表征GIS悬浮缺陷放电类型及放电严重程度的特征谱图;在三种冲击电压波形中,振荡操作冲击电压波形对缺陷检测灵敏度最高,是工频电压下悬浮缺陷局部放电起始电压的1.3倍。     

人工电压脉冲与局部放电UHF信号的等效性分析

使用人工电压脉冲向GIS内部注入与局部放电等效的特高频(ultra-high-frequency,UHF)电磁波信号是UHF检测系统灵敏度现场校验的关键环节。通过实验研究人工电压脉冲与局部放电UHF信号的时域幅值和频谱分布差异。建立了基于220 kV的GIS设备的局部放电UHF测试平台,在靠近出线的腔体内分别用局部放电缺陷和人工电压脉冲发射UHF电磁波,利用安装在4个典型部位的圆盘形天线接收UHF信号。通过测量各部位的信号幅值,对比人工电压脉冲与局部放电UHF信号的衰减程度;通过对信号波形作傅立叶变换,对比2种信号的频谱分布。研究结果表明,经过断路器后人工电压脉冲的信号衰减程度略大于局部放电,人工电压脉冲的频谱分布接近于局部放电,且人工电压脉冲电压波形的上升时间在0.3?1 ns范围变化时对UHF电磁波信号频谱分布没有影响。对于开展UHF检测系统灵敏度现场校验工作具有重要指导意义。     

GIS中典型局放缺陷的UHF信号与放电量的相关分析

超高频(UHF)信号与放电量的关系是局部放电UHF检测研究的难点问题,为了解GIS局部放电UHF法的检测结果与脉冲电流法的参量之间的关系,通过4种典型缺陷的局部放电模型的实验研究,比较了UHF信号的能量、二次积分、峰值电压、峰峰值、波面积等参量与放电量及放电量平方之间的联系。研究表明,UHF信号能量与其放电量平方的线性关系均具有最高的可决系数,即UHF信号能量与放电量平方之间存在线性关系;得到了UHF信号能量与其放电量之间的最佳回归曲线。研究结果对用超高频法定量检测电力设备局部放电具有重要的参考价值和指导作用。     

GIS局部放电特高频信号特征的研究

为了研究GIS（全封闭气体绝缘组合电器）设备内部各种不同类型局放故障的特高频信号特征,利用实际的110kVGIS母线段建立了一套GIS局部放电试验平台,并在试验平台上进行了高压尖端、地电位尖端、盆式绝缘子表面金属颗粒、悬浮电位放电和绝缘子内部缺陷等几类典型缺陷模型的局放试验,获取了不同缺陷的图谱资料。试验结果表明,依据特高频信号的特征,可以对不同类型缺陷进行区分。     

局部放电特高频检测校准影响因素研究

局部放电特高频(UHF)法广泛应用于电气设备在线监测,由于UHF信号传递函数的影响因素相当繁复,至今未能实现定量校准。为研究UHF检测技术定量校准的影响因素,分析了典型局部放电源的放电机理,通过试验研究了UHF信号的传播规律以及天线测量特性。研究表明,基于特征参量放电量的UHF检测校准可靠性与放电源有较大关联,电晕放电与悬浮放电的校准曲线更能准确表征设备绝缘缺陷的严重程度,内部气隙放电与沿面放电的准确性则相对较差。UHF信号能量衰减至平稳期所需距离随频率增高而变小,而UHF信号频率变化时不影响传感器在不同角度测量的信号能量衰减变化规律。因此,UHF信号校准必须综合考量具体的放电类型与测量条件。研究结果可为构建UHF校准体系的进一步研究提供参考,对推进UHF法在电力设备故障诊断和绝缘状态评估中的应用具有重要意义。     

550 kV GIS盆式绝缘子多气泡放电的测试与诊断

为了提高现场气体绝缘全封闭组合电器(GIS)绝缘缺陷的诊断能力,提升特高频(UHF)法在现场的检测经验,该文对一起550 kV GIS盆式绝缘子多气泡放电开展了详细的测试与诊断。首先在现场利用UHF法检测发现了550 kV GIS盆式绝缘子的异常信号,该信号呈气隙放电特征。对该盆式绝缘子更换返厂后开展了耐压、局部放电、雷电冲击、X射线探伤等试验,同时采用UHF法和脉冲电流法对盆式绝缘子局放信号进行检测,并对比了雷电冲击试验前后放电特性的变化。最后利用时差定位统计和多源放电分离方法开展了进一步的诊断分析。结果表明:该盆式绝缘子内部存在8个气泡,呈线性状分布,UHF和脉冲电流法两者信号幅值正相关;随着电压的升高,放电谱图逐渐由单气隙放电转为多气隙放电特征;在耐受雷电冲击后,盆式绝缘子的局部放电起始电压下降,熄灭电压不变,相同电压下UHF信号幅值与局放量变大;时差统计和多源分离表明,该盆式绝缘子UHF信号呈多源时差和聚类特征,与X射线结果一致。该文研究结果可为GIS UHF检测与诊断提供现场经验。     

GIS状态监测实验平台建设及状态检测技术研究

SF6气体绝缘变电站(GIS)的状态监测技术在电力系统中得到越来越广泛的应用,并取得了显著成效。笔者研制了内置式UHF局放传感器及宽带信号放大器,利用退出运行的126 k V GIS设备,设计和建立了GIS状态监测实验平台,设置了内置传感器和典型绝缘缺陷;研究了尖端和悬浮间隙两种典型缺陷局部放电信号的时域、频域及PRPS谱图的典型特征。应用该平台能够完成GIS设备状态监测技术的研究开发、技能培训、仪器校验与比对等工作,能够真实模拟变电站运行工况、复杂电磁环境下各种设备典型缺陷,对推动状态监测技术的研究与应用具有重要的实际意义。     

基于时频相似度的GIS多源局部放电信号分离方法

文中提出一种基于时频分析的GIS多源局部放电信号脉冲分离方法。首先,对记录的GIS局部放电脉冲波形序列进行S变换时频分析,以提取典型局部放电脉冲的时间—频率—幅值特征。然后,与由单一典型局部放电缺陷模型构造的时频数据库进行混合,基于时频相似度分析和仿射聚类方法对记录的脉冲群进行快速分类,最终实现多局部放电源脉冲群的分离。在局部放电源个数未知的情况下,文中方法可判断出局部放电源的个数和放电类型。且该方法可抑制随机干扰源的影响,并可分离典型的脉冲扰动波形。     

基于数值仿真与多源聚类的GIS局部放电诊断与回归分析

为了更有效地指导GIS设备的状态检修工作,基于时域有限差分(FDTD)法仿真与多局部放电(简称局放)源聚类方法,诊断分析了一起1 100 kV气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子局放检测案例。首先,开展了现场与返厂试验下的GIS局部放电带电检测与定位,建立了与返厂测试工装结构相应的FDTD仿真模型,结合特高频(UHF)电磁波传播特性仿真,开展了多源局放定位技术研究。其次利用基于累积能量函数特征参量优化提取的多源局放分离算法,对该盆式绝缘子多UHF信号源开展了聚类分析;最后,利用GIS实验平台的回归模拟进一步分析了绝缘缺陷的检测差异性,验证了现场和返厂试验结果。试验结果表明:该特高压GIS盆式绝缘子检测发现的UHF谱图呈绝缘气隙类缺陷,但脉冲电流法下局放未见异常。局放聚类分析和定位结果表明:该盆式绝缘子一大一小2个UHF信号源,结合仿真的定位方法可有效减小常规定位计算方法的误差。回归分析表明:对于绝缘缺陷来说,UHF的灵敏度高于脉冲电流法,且随着试品电容量的增大,脉冲电流法的测试灵敏度逐渐下降,这可能是导致本盆式绝缘子中UHF信号与脉冲电流法检测差异的主要原因。研究结果可为GIS局部放电诊断提供参考。     

GIS体外超高频法检测局部放电的研究与应用

简单介绍了GIS几种局部放电常用的检测方法,具体论述了GIS局部放电超高频(UHF)检测法,分别对UHF检测法检测原理、干扰原理、定位原理进行了阐述,通过对局部放电的波形特征、相位特征和频率特征的综合分析列出了各种局部放电现象的特征经验总结。最后给出了GIS局部放电UHF检测法的一个典型实例,应用此实例对GIS进行了局部放电现场测试及测试分析。     

基于时频分析和2DNMF的局部放电模式识别

提出时频分析结合二维非负矩阵分解的混合特征提取算法识别不同局部放电类型.在实验室环境下采集了4种典型绝缘缺陷模型的局部放电超高频(UHF)波形,引入自适应最优径向高斯核时频分析挖掘局部放电UHF信号的时频信息,在对时频幅值矩阵进行二维非负矩阵分解提取降维特征后,采用模糊k-近邻分类器对4种不同类型的局部放电信号进行识别.对试验样本的识别结果表明:自适应最优径向高斯核时频分布能较好地表征局部放电单次波形的时频信息;二维非负矩阵分解降维后的特征矩阵能保存原始时频矩阵的大部分有用信息;模糊k-近邻分类器比k-近邻分类器和3层反向传播神经网络具有更高的识别率,并较反向传播神经网络具有容易拓展的优点.     

GIS中典型缺陷局部放电的超声信号特征分析

GIS以其可靠性高、维护率低和尺寸小等优点在变电站中广泛应用。然而,GIS中不可避免的缺陷仍经常引发绝缘击穿事故。设计并模拟了GIS中常见的三类局部放电典型缺陷:金属突出物缺陷、自由金属颗粒缺陷和悬浮电位缺陷,使用外置的超声传感器采集局部放电产生的超声波信号,并分析了这些信号的特性。试验结果表明,三种典型绝缘缺陷局部放电时具有不同的超声信号特征,超声波法可用于检测和分离GIS中常见的绝缘缺陷。