基于EFPI光纤超声传感器的油中局部放电定位

非本征法布里帕罗干涉(extrinsic fabry-perot interferometric,EFPI)的光纤超声传感器灵敏度高,不受电磁干扰的影响,文中将其应用于油中局部放电定位。首先设计了2×2的EFPI超声传感器阵列,可放置在油中检测局放超声波信号;然后根据可控响应功率(steered response power,SRP)声源定位理论对局放源进行定位;最后应用SRP和多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法处理实验信号并进行对比。结果表明文中设计的EFPI传感器阵列能够在油中检测到信噪比较高的局部放电信号;SRP算法测向误差小于MUSIC算法,能够根据单次测量实现定位,但定位精度有待进一步提高。文中提出的方法对于EFPI光纤超声传感器在电气设备局部放电定位方面的实际应用具有参考意义。     

基于定向准确度的局部放电超声阵列传感器声学性能定量评价

声学性能良好的超声阵列传感器是确保局部放电检测成功率和定位精度的基础,目前国内外尚未开展局部放电超声阵列传感器声学性能的定量评价研究。该文提出一种基于定向准确度参数的局部放电超声阵列传感器声学性能定量评价方法。分析平面方形阵和均匀圆环阵的指向性函数及其分布,推导得到阵列传感器的定向准确度与指向性函数的关系,并采用定向准确度作为评价指标,对两种阵列结构的声学性能进行量化评价。应用FastDOA算法,仿真研究不同阵元个数时,两种阵列结构的窄带局部放电超声信号测向精度与定向准确度之间的变化规律,结果表明,同一阵列形式,局部放电超声阵列传感器定向准确度参数值越小,测向精度越高,表明声学性能越好;相同阵元个数下,均匀圆环阵的定向准确度值较方阵要小,表明圆阵声学性能更优。最后,采用自行设计研制的3×3方阵与9元均匀圆环阵在实验室采集同一宽带局部放电超声信号,并应用同一聚焦、测向算法进行局部放电超声信号的测向研究,实验结果验证了该文方法的正确性。     

方形平面阵列的阵元数对局放测向精度影响的仿真研究

变压器局部放电超声阵列检测方法是新近发展起来的一种具有高信噪比、高可靠性的检测方法,但对于传感器的阵元个数对局放检测精度的影响尚待深入研究。笔者以方形平面阵列传感器为例,在测向方位角为锐角和钝角两种情况下,基于一种改进的MUSIC(multiple signal classification)算法对15种超声阵列传感器(2×2-16×16排列)进行仿真,研究不同阵元个数下测向精度的变化规律。结果显示,随着阵元个数的增多,测向精度也随之提高,并得到了不同阵元个数的测向精度的具体测向误差范围,对现场不同环境中变压器局放超声阵列传感器的选择具有一定的指导意义。     

采用改进型圆形超声阵列传感器的油中局放定位

局放超声阵列定位方法是阵列传感器技术与阵列信号处理技术发展的最新成果之一。为此,采用改进型圆形超声阵列传感器对局放源进行测向定位。首先研制了改进型圆形超声阵列传感器,并搭建了油中局放定位实验平台;接着采用相位模式激励算法、MUSIC算法以及多平台交叉定位相结合的方法对圆形阵列信号进行测向定位,最后运用快速独立分量分析(fast independent component analysis,FastICA)算法对超声阵列信号进行去噪后再进行测向定位。结果表明:采用改进型圆形阵列传感器的定位准确度优于传统圆形阵列和方阵;比较去噪前后的定位效果发现去噪后的定位误差为3.8cm,优于去噪前的11.3cm。多次实验验证了该方法的有效性。     

基于改进FastDOA算法的变压器局部放电超声阵列信号测向

实验室大量试验结果表明,使用超声阵列传感器对变压器进行局部放电检测时,核心是选择合适的波达方向(DOA)估计算法。提出一种改进的FastDOA算法进行变压器局部放电超声阵列信号的测向,该算法在传统FastDOA的基础上增加一个扩展系数来构造不同阵列孔径的虚拟阵列,然后利用真实谱峰的大小、位置不变,伪峰大小、位置随扩展系数改变的原理,对各虚拟阵列得到的估计谱值进行加权平均以减小伪峰的影响,有效提高测向精度。利用MATLAB对其进行仿真,结果显示该算法的测向误差在2°以内,与传统算法最大误差超过10°相比,具有更好的稳定性。在实验室搭建局部放电测向平台,10组试验数据表明该算法的误差均在3°以内。     

基于共形稀疏阵列传感器的局放超声检测方法研究

超声阵列检测由于其高检测灵敏度和强抗干扰能力,广泛应用于电气设备的局放检测。目前常用的平面型阵列传感器遇到不规则的电气设备外表面时不能完全与之契合而出现检测死区,因此有必要研究共形阵列传感器。同时,在实际检测当中,由于阵元失效会显著降低检测成功率。据此,文中提出了一种基于共形稀疏阵列传感器的局部放电超声检测方法,首先研制了一种共形阵列传感器,并模拟了几种稀疏结构;其次运用稀疏测向算法对几种稀疏结构下的共形阵列传感器进行测向仿真研究;最后,以稀疏率2/9的共形阵列传感器为例,进行了局部放电超声阵列检测的实验研究。结果表明:共形稀疏阵列传感器适用于电气设备的局放检测。     

基于光纤EFPI传感器的GIS局部放电研究

光纤(extrinsic fabry-perot interferometric,EFPI)传感器是基于Fabry-Perot光学干涉原理来检测局放超声信号的一种传感器,具有灵敏度高、抗电磁干扰等优点,广泛应用于电气设备局部放电的检测.该文提出了一种采用内置式光纤EFPI传感器来检测GIS中局放超声信号的方法,利用有限...     

基于超声阵列传感器与遗传MUSIC的局放源波达方向估计

基于超声阵列传感器的局放源波达方向估计是局部放电准确定位的基础。传统MUSIC测向算法的精度和搜索成功率较低,据此提出一种基于超声阵列传感器与遗传MUSIC算法的局放源波达方向估计新方法。遗传MUSIC算法利用空间谱估计公式构造适应度函数,基于遗传迭代搜索的思想对方位角进行谱峰搜索,以获得全局最优解。通过建立信号模型、阵列模型开展了大量仿真实验,并采用寻优精度、搜索成功率和搜索时间等三个指标为依据,对经典MUSIC和遗传MUSIC的测向结果进行对比。结果表明,基于遗传MUSIC算法提高了搜索成功率,绝对精度相较传统MUSIC算法误差减小0.3°,可以获得更高精度的局放源波达方向角。     

基于EFPI传感器的GIS局部放电模式识别研究

非本征法布里-帕罗干涉(EFPI)光纤超声传感器可用于气体绝缘全封闭组合电器(GIS)内部的局部放电超声信号检测及模式识别研究,相较于传统的压电式传感器,具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点。基于此,文中在充有0.4 MPa SF₆气体的GIS腔体内设置尖端、金属颗粒、悬浮和沿面4种典型的局部放电模型,创新性地利用EFPI传感器对放电超声信号进行检测,提取单次超声脉冲信号波形特征形成特征参数数据库,分别应用概率神经网络(PNN)算法和支持向量机(SVM)算法进行模式识别并比较分析。EFPI传感器检测到的超声信号特征突出,在提取特征参数的基础上,2种模式识别算法均能达到85%以上的平均识别率,且SVM的识别效果要优于PNN。     

考虑阵列误差的变压器双局放源测向与定位实验研究

超声阵列检测是变压器局部放电众多检测方法中一种较为有效的方法,其基本原理是阵列传感器和阵列信号处理技术相结合的一门新的检测方法。在实际工程应用中由于阵列传感器之间的互耦误差和阵元幅相误差的存在,往往会导致空间谱估计性能降低,引起定位不成功或准确率下降,针对双局放源检测时,定位准确率明显下降。据此,文中考虑了阵列误差对双局放源超声阵列检测的影响,提出了一种阵列误差自校正算法,并依据此算法对传统的MUSIC(多重信号分类)算法进行改进,将改进后的算法应用于双局放源超声阵列检测实验中。结果表明,考虑阵列误差后的MUSIC算法对双局放源的测向误差小于8°,满足工程实际需要。     

基于暂态对地电压和超声阵列信号的变压器局放定位方法

变压器局部放电的快速、准确定位对于及时排除故障隐患,保障电力系统的安全稳定运行具有重要作用,论文介绍了一种基于暂态对地电压和超声阵列信号的变压器局放定位方法。该方法首先以接收到暂态对地电压(TEV)信号的时刻为基准进行测距,并基于改进FastDOA算法对超声阵列信号进行测向,再根据测距和测向结果实现定位。改进FastDOA算法在传统FastDOA的基础上构造不同孔径的虚拟阵列,并对各虚拟阵列得到的估计谱值加权平均以减小伪峰的影响,可有效提高测向精度。在此基础之上,利用Matlab对基于改进FastDOA的测向算法以及超声阵列传感器结构参数的优化设计进行了仿真分析。最后研制了相应的传感器并搭建了变压器局部放电超声阵列定位实验平台,开展实验研究,结果验证了所提方法的有效性。     

基于平面电容的油水多界面检测方法研究

含水量是衡量原油质量的重要指标,在原油的生产和储运过程中油水混合液分界面不断变化,因此全过程都要用到高精度传感器对其进行界面检测。基于电容边缘效应设计了一种侵入式平面电容传感器,其主要结构由基板和平面电极阵列两部分组成。运用有限元软件建立8电极阵列传感器模型,对不同电极工作时的电场分布进行研究,分析了平面电容传感器的检测灵敏度和成像精度。并且,研究了电极宽度、长度和相邻间距对传感器灵敏场分布的影响。对介电分布进行图像重建,使设计的平面电容阵列传感器可以检测3个分界面的高度,且经过尺寸参数优化,提高了传感器的成像精度。实验证明,运用平面电容阵列检测油水界面的方法具有可行性和有效性。     

基于超高频和超声波相控接收原理的油中局部放电定位法仿真研究

提出一种基于超高频和超声波相控接收阵的局部放电定位法。该方法以分别检测局部放电产生的超高频和超声波信号的相控接收阵构成平面传感器,以超高频相控接收阵检测到的局部放电超高频电磁波信号作为时间基准,由此得出接收到的超声波信号的时延,进而计算出放电点与传感器间的距离;再根据相控阵扫描的方位角和仰角,与算出的距离一起就可得出局部放电源的几何位置。多个空间位置不同的局部放电,其产生的最大信号所处的对应于空间角度的波束阵列的位置不同,相对于同一采样起始点的时间基准不同,而且时间间隔也不同,因此还可实现多局放源的定位。对这一设想进行仿真研究,结果表明该方法能对油中局部放电进行较精确的定位,并可较好地解决多局放点定位问题。     

基于全局搜索的多平台测向局部放电智能定位算法研究

传统的局部放电定位检测多采用多平台测向交叉的方法,由于测向不准而出现多个不唯一解,带来定位精度不高而无法满足工程实际需要的问题.为此,提出一种基于遗传算法的多平台测向局部放电智能定位算法,利用阵列传感器在变压器的不同位置进行多次检测,获得多条测向线的方位角和俯仰角,建立空间某点到各条 测向线距离之和的方程,其最小...     

大型变压器局部放电多目标定位实验

为了解决大型变压器内部局部放电源难以准确定位的问题,进行了以变压器内部同时存在多个放电源的定位为对象,通过传感器阵列接收放电源辐射的超声波信号,应用阵列信号处理技术中的空间谱估计理论,分析阵列传感器所接收信号的特征信息,实现局部放电的多目标定位的研究。研制了4阵元均匀等间隔线阵,建立了局部放电定位实验系统,针对单放电源和二个放电源的不同情况,对放电源空间位置进行了定位模拟实验。实验结果表明,该法具有良好的定位准确度,能有效地估计出变压器内多个放电点的空间位置,可实现电力变压器内部多局部放电源的定位,为变压器内多局放源的定位建立了实验研究基础。     

一种用于高压电气设备局放超声检测的新型EFPI传感器

本文介绍了一种新型结构的光纤EFPI超声传感器，可内置于变压器、GIS等高压电气设备，并用新型结构的光纤EFPI超声传感器在不同温度和不同压强条件下，进行局部放电超声信号的检测。新型传感器采用全石英焊接工艺，在F-P腔上开孔，使绝缘介质进入F-P腔，平衡了石英膜片两侧由于温度和绝缘介质产生的压强差，并在石英膜片内表面上局部镀铝膜，提高膜片内表面的光反射率，提升了传感器的灵敏度。通过用传感器在不同温度、不同距离下进行测试，验证了传感器的温度、频率等性能，为检测高压电气设备内部局部放电提供了一种新的检测方法。     

阵列式霍尔传感器去偏心误差优化算法设计

在实际应用中,因为导线偏心误差的存在,会使阵列式霍尔传感器的测量精度受到很大影响。为了解决这一问题,文中以由八个霍尔元件构成的圆形阵列式霍尔电流传感器为例,在分析了导线位置偏移对霍尔传感器测量精度的影响的基础上,对比前人提出的导线定位算法,提出并详细阐述了去偏心误差优化算法设计,通过检测导线位置的偏移引起的各霍尔元件输出电压的变化,对各个霍尔元件的输出电压增益进行自动反馈调整,在尽力简化算法运算复杂度的同时起到消除导线偏心误差的作用。仿真结果表明,通过对霍尔元件输出电压加权增益系数的反馈调整,可以很好地消除导线偏心误差的影响,使传感器的测量精度得到很大的提高。该算法适用于所有圆形阵列式的霍尔电流传感器,亦可推广至所有基于圆形阵列结构的电流测量传感器。     

快速独立分量分析算法在局放超声阵列信号去噪中的应用

根据阵列信号去噪需要最大限度保留"相位差"信息的要求,提出采用快速独立分量分析(fast independent component analysis,FastICA)对含噪局放超声阵列信号进行去噪处理。首先通过分离矩阵U实现混合信号中源信号与噪声信号的逐次分离;然后采用波形相似性原则对分离后的信号进行盲抽取,获得去噪后局放超声信号;在此基础之上,对局放超声阵列信号模型进行了重构。同时,提出以阵列流型平均相角差、波形变化趋势、波形相似性以及去噪前后的信噪比等参数对局放超声阵列信号的去噪效果进行综合评价。最后,将FastICA用于实验室实测局放超声阵列信号的去噪。结果表明,FastICA能够很好的抑制局放超声阵列信号中的白噪声,在保证高信噪比的情况下,可最大限度地保留阵列信号的"相位差"信息,确保良好的测向效果。     

高压开关柜局部放电声-电联合定位方法研究

高压开关柜发生局部放电预示存在绝缘缺陷,本文对开关柜局部放电的定位方法进行了研究。在实验室搭建了电晕放电模型,使用超声波传感器采集由放电引起的超声波信号、高频电流传感器(HFCT)采集局部放电经过耦合电容产生的高频电流。根据超声波相对高频电流的延迟时间进行定位,放电信号数据由示波器与PC端通信,通过USB方式传输到上位机,采用Lab VIEW程序对其进行滤波处理、波形分离分析得到放电点的精确位置,试验表明该方法具有较高的精确度。