GIS局放超高频在线监测系统研制

利用超高频微带贴片天线传感器和超高频滤波放大器,实现了局部放电信号的采集、提取、调理和传输.采用LabVIEW图形化语言的虚拟仪器技术实现了对气体绝缘组合电器(GIS)设备局部放电信号的定时循环检测、信号处理、数据分析、缺陷类型模式识别、监测数据查询和绝缘状况初步评估等功能.该系统已在重庆市某220 kV级GIS变电站成功运行,试验运行结果表明,采用虚拟仪器技术的GIS局部放电超高频在线检测系统能实现GIS局部放电超高频检测.     

气体泄漏对全封闭组合电器局部放电影响的仿真分析

气体泄漏对气体绝缘全封闭组合电器(gas insulated substation,GIS)局部放电的影响有待研究,但缺少相关研究手段。为此,首先提出等效相对介电常数的概念,推导等效相对介电常数与气室压强、温度、分子数等的关系,从极化原理上分析其表征气体泄露程度的可行性;然后利用XFdtd三维电磁场仿真软件建立同轴波导结构自由金属微粒缺陷下的局部放电(partial discharge,PD)模型,仿真分析发生气体泄露后的局部放电情况;通过对特高频(ultra high frequency,UHF)电磁波时域信号与放电频谱的分析,探究气体泄漏的影响。仿真结果表明,基于等效相对介电常数气体泄漏对GIS局部放电影响的分析得以实现,同时揭示了脉冲宽度、主频、信号幅值等特征量的变化规律。     

气体绝缘组合电器内绝缘缺陷超高频局部放电信号特性

为了分析各种不同缺陷在不同条件下的放电特点,根据气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备绝缘缺陷放电形式和特点,采用超高频法对模拟装置内所设计的4种GIS局部放电物理模型进行了大量的局部放电(partial discharge,PD)实验,获得了真实可靠的超高频(ultra-high-frequency,UHF)局部放电(partial discharge,PD)波形样本;深入研究了4种典型GIS缺陷的物理模型分别在不同尺寸规格下、置于不同位置处、在不同电压等级下的UHF PD波形特征,实验的结果表明,不管是那种缺陷类型引起的PD激发的超高频电磁波,在不太高的实验电压下,放电脉冲波形发生突变之前,放电脉冲的形状变化不大且比较稳定,放电脉冲的持续时间通常是ns级.     

GIS局部放电超高频信号复小波的模式识别

为了对模拟气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)的4种绝缘缺陷产生超高频(ultra high frequency,UHF)局部放电(partial discharge,PD)数据和波形进行识别,用复小波变换对UHF PD信号进行分解,利用均值、方差、偏斜度、陡峭度、能量共5个统计参量对复小波变换的各尺度系数进行量化,构造出能够描述UHF PD信号特征的候选特征子集,引入衡量特征分类能力的分离度指标J作为特征量降维的评判指标,从60个特征量中选取了5个具有较高分类能力的最佳特征量,作为径向基神经网络识别放电类型的输入有效向量,识别结果表明:db系列复小波系数的实部和虚部信息共同描述了PD信号的特征,从中提取的最佳特征量具有较高的分类能力,其中db4复小波的分类效果最好。     

六氟化硫氛围针-板电极尖端放电演化特征分析

为研究SF6气体绝缘设备在尖端缺陷下局部放电演化特征,模拟GIS中可能出现的尖端缺陷。采用脉冲电流法测量了尖端放电脉冲序列,同时利用局部放电检测仪测得放电的PRPD谱图,分析了SF6气体中尖端放电的演化特征。为进一步确定GIS中尖端放电的发展过程及危险度,采用内外置特高频传感器采集到局部放电的特高频电磁波信号,获取了放电PRPD谱图,分析了尖端放电演化过程。结果表明,随外施电压增加,尖端放电的正半周幅值明显高于负半周,正、负半周的上升沿和下降沿放电量随外施电压增大而增大。当GIS内存在尖端缺陷时,在外施电压远低于GIS正常运行电压时就已经发生放电,且放电结果和实验室模型中结果一致。因此,可以考虑采用实验室模型来研究220k V GIS中尖端局部放电发展过程。     

以复小波变换系数为特征量的局放模式识别

复小波变换在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力,且复小波变换提供了独有的相位信息.文中对4种典型绝缘缺陷产生的局部放电脉冲波形进行复小波变换,用模糊聚类的方法分别对各尺度复小波系数的实部R、虚部I以及复合信息系数R|I|聚类分析,将聚类的能量作为模式识别的特征量.通过大量的实验获得放电样本,用构建的BP神经网络作为分类器,对4种典型绝缘缺陷产生的局部放电进行了有效识别,结果表明:从复小波的复合信息系数R|I|中提取的特征量优于从实部R、虚部I以及实小波系数中提取的特征量.     

模拟气体绝缘组合电器产生不同局部放电的试验装置研制

针对现有直线型气体绝缘组合电器(GIS)局部放电模拟实验装置的不足,研制了一种可变结构的GIS模拟实验装置,可方便地实现对T型、L型和直线型GIS结构的模拟。通过超高频电磁波传播特性和材料应力分析,给出了装置的结构尺寸和材料选择参数,从进行的单一和多缺陷产生的局部放电试验表明,该装置能够激发出不同绝缘缺陷产生不同频段的超高频TE波和TM波局部放电信号,且具有各自特点和差异,这为深入研究GIS不同绝缘下产生的局部放电电磁传播特性、产生条件、超高频检测方法以及缺陷辨识等提供了可靠地实验研究手段。     

GIS模拟装置的设计与测试

针对封闭式气体绝缘组合电器(GIS)设备长期运行出现局部放电的现象,设计一种GIS模拟装置.通过现场试验,模拟不同气压、材质、结构尺寸下的5种绝缘缺陷,并分析其局部放电类型和量值影响程度.试验结果表明:该设备能够较好地反映真实的GIS放电情况.     

负极性振荡雷电冲击电压下SF_6尖板模型局部放电特性

为了深入研究尖板模型振荡雷电冲击电压下局部放电特性,首先搭建了振荡冲击电压发生器,产生符合IEC 60060-3标准的振荡型雷电冲击电压,基于特高频法和脉冲电流法,建立了冲击电压下局部放电测量系统,进而构建了SF6尖板模型,对负极性振荡雷电冲击电压下局部放电进行了测量,对比了特高频法和脉冲电流法测量局部放电的灵敏度,分析了放电时延、放电幅值、放电数目和放电相位随外施电压的变化规律。结果表明:特高频法测量灵敏度更高,适合在气体绝缘组合电器(GIS)现场冲击耐压试验中使用;局部放电集中在外施电压各波峰附近;随着外施电压的升高,放电时延和放电起始相位急剧减小,放电结束相位则稍有增大;各周期放电幅值和数目随波峰电压的升高而线性增加。进一步分析表明,在负极性振荡雷电冲击电压下,局部放电的产生和发展可用金属电极表面发射、负离子场致碰撞脱附和电晕稳定化作用进行很好的阐释。研究成果有助于GIS现场冲击耐压试验中局部放电的检测与分析。     

绝缘局部放电在线检测的信号预处理方法

通过对绝缘局部放电在线检测技术的分析,给出了一种基于信号理论的局部放电数字信号预处理方法,提取信号的时域和频域的特征信息,提高了绝缘故障模式识别的准确率.     

外部传感器超高频GIS局部放电检测技术

针对GIS同轴结构中局部放电脉冲所激发电磁波的宽频带特征，设计出一种新型局部放电超高频检测非频变超宽带天线，用无限巴伦实现天线和传输线之间的阻抗匹配．由超宽带天线、宽带放大器、数字存储示波器和计算机组成外部传感器超高频局部放电检测系统，利用该系统对所建立的GIS固定微粒局部放电模型进行检测，并对局部放电源进行定位，实验结果表明，设计的天线满足GIS局部放电超高频检测要求，建立的系统可以方便地实现GIS局部放电检测和局部放电源的定位。     

基于特高频无线传感器和模式识别算法的局部放电定位法

对电力设备局部放电的检测与定位是保障电力系统安全稳定运行的重要手段之一。现有局部放电定位法主要是基于特高频传感器技术和时差法进行的,高的采样率和同步精度,使得其硬件成本巨大、实现困难,且容易受现场环境影响。提出了基于特高频无线传感器和模式识别算法的局部放电定位法,该方法硬件要求低,易于实现,且具有良好的环境适应性。首先通过现场测量,建立待检测区域局部放电信号强度与放电坐标的特征信息库。当有局部放电发生时,将此时传感器测量到的特征信息输入已建好的信息库中进行模式识别,从而得到定位结果。现场试验结果表明,提出的新型局部放电定位算法的平均定位误差为0.58 m,80.8%的定位误差小于1 m,从而验证了算法的有效性,具有较好的推广应用价值。     

基于S变换和双向二维主成分分析的局部放电模式识别

为对不同类型局部放电信号进行识别,笔者提出一种新的特征提取方法.首先,制作了4种典型的局部放电人工缺陷模型,并通过S变换对采集的局部放电UHF信号进行时频分析;然后,采用双向二维主成分分析(2DPCA)对S变换幅值矩阵进行压缩以提取特征;最后,引入基于粒子群算法优化参数的支持向量机对样本特征集进行模式识别.识别结果表明:4种特征维数组合中,(10,5)组合的平均识别率最高,(5,5)组合最低;粒子群优化算法的引入大幅提高了支持向量机的分类性能,平均识别率均在94.43％以上,最高可达到97.67％.由此可见,经过S变换和双向2DPCA提取的特征集在维数显著约减的同时,保留了原始数据大部分信息量,能够获得较为理想的分类识别率.     

GIS体外UHF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,具体介绍了GIS局部放电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表。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并进行了测试分析。     

卷积混合模型分离算法与多局部放电混合信号分离

为了辨识GIS内多绝缘缺陷产生的单一PD信号,对多PD信号在GIS内的传播与混合机理进行深入分析,提出采用卷积混合模型描述其混合过程,并构建分离算法分离多PD信号以获取辨识所需的单一PD信号。结合PD信号的非平稳特性,将各多PD信号在时域空间下划分成短时内平稳的子信号集合,利用Molgedey-Schuste算法在频域内对子信号进行分离,再利用子信号包络线的相关性在频域对分离子信号进行重构,获取各单一PD信号,以实现对非平稳多PD信号的分离。经仿真和实测多PD信号的有效分离,证实了多PD信号在GIS内线性卷积混合特性的假设,同时为用外置UHF检测法获取多绝缘缺陷产生多PD信号的辨识提供了新方法。     

基于小波包分析与支持向量机的电力电子整流装置故障诊断

针对当前电力电子整流装置使用的故障诊断方法在应用过程中表现出的缺陷,提出了一种基于小波包分析与支持向量机的电力电子整流装置故障诊断方法：首先使用小波包分析方法对故障信号波形进行分解,提取故障特征向量,然后使用支持向量机理论构造多分类故障分类器对提取的故障特征向量进行分类.仿真实验结果表明,该方法能够有效地完成对电力电子整流装置的故障诊断,具有很好的工程应用价值.     

检测GIS局放的Hilbert分形天线及便携式监测系统

根据超高频分形天线设计的原理,采用平行传输线的电感等效方法分析了Hilbert分形天线阻抗特性,设计出了应用于检测气体绝缘组合电器(gas insulated substation,GIS)局部放电的3阶Hilbert分形天线;采用Hilbert分形天线和微带天线,对金属突出物缺陷产生的局部放电进行了测量,实测结果表明,该天线特性良好,可用于GIS局部放电在线监测;应用Hilbert分形天线和LabVIEW建立了便携式GIS局部放电在线检测及定位系统,进行的局部放电源定位精度满足现场定位要求.