沿面放电光脉冲发展特征与临界击穿判据研究

绝缘沿面放电是引起高压开关柜中滑闪及电弧击穿的主要原因和前期阶段,准确有效地对绝缘异常爬电进行监测、跟踪和预警对保障设备安全运行非常关键。该文通过试验研究强垂直分量绝缘爬电的光脉冲阶段特征,并提出基于多波段光谱辐射强度信息的放电发展阶段划分方法和临界击穿判据,从而建立基于多波段光谱强度比值的放电跟踪预警方法。首先,搭建多波段单光子试验系统,采用自制多波段光学传感装置对沿面放电发展全过程跟踪测量,获得表征放电发展过程光谱比率的统计参量;其次,借助模糊聚类算法和支持向量机,构建放电发展临界特征空间边界,并对放电严重程度进行量化评估,结果表明该方法对放电阶段的正判率达到96.9%以上;最后,确立基于光谱比率的放电危险性主动预警逻辑,并开发了放电光脉冲跟踪预警系统,为开关柜放电和弧光监测的创新应用提供了参考。

基于随机森林的发电机定子线棒局部放电图谱特征识别方法

发电机定子线棒局部放电的在线监测和故障诊断对于电机故障预警、故障定位和指导机组检修有重要意义。目前存在部分不同类型局部放电相似度高,模式识别方法计算时间过长的问题,需要高精度和高效的识别方法,为此提出一种基于随机森林的定子线棒局部放电识别方法。制备了6种类型定子线棒,用特高频天线检测局部放电信号,基于相位分布局部放电(PRPD)图谱比对,提出参数幅值不对称度。基于随机森林方法识别缺陷类型,计算特征重要性,选择有效特征。最后,可视化特征相似度,与传统反向传播(BP)神经网络方法对比,验证有效性。结果表明:随机森林算法可以有效识别人工缺陷定子线棒局部放电,总体识别正确率达到93.33%。筛选半数特征后,随机森林比BP神经网络的准确率提高了10.83%,特征选择对随机森林的准确率影响很小,但识别效率大幅提高。随机森林在少量特征时识别准确率、计算时间都明显优于神经网络。幅值不对称度参数的重要性排在全部特征前1/3,具有推广价值。

恒压下GIS固体绝缘界面气隙缺陷放电严重程度评估

为了研究GIS绝缘子界面气隙缺陷的放电发展过程,文中设计了空洞气隙缺陷模型,搭建了一套GIS气隙缺陷放电长期测试平台。基于缺陷模型的击穿电压对带有缺陷的试品施加90%Ub、60%Ub、30%Ub的交流恒压,使用UHF检测系统采集放电数据直至试品击穿。提取放电次数、放电幅值、放电时间间隔分析放电状态特征,发现GIS气隙缺陷放电发展过程存在两个阶段,前期放电幅值缓慢增大,放电脉冲逐渐稀疏,放电发展较为平稳;后期放电幅值急剧减小,放电脉冲密集,放电发展剧烈,采用k⁃means聚类算法及BP神经网络建立了气隙缺陷局放发展阶段的划分规则。研究表明,放电次数、放电幅值、放电时间间隔3种统计参量呈现阶段式单调性的趋势,可以用3种统计参量前向差分绝对值作为特征参量来评估GIS气隙放电严重程度;对GIS恒压试验进行聚类分析将放电过程划分为平稳劣化阶段和加速劣化阶段,随着外施电压水平的降低,平稳劣化阶段被压缩,加速劣化阶段占比升高。

基于改进无参尺度空间经验小波变换的变压器高频电流局放噪声抑制研究

变压器是电力系统中的关键设备,局部放电(PD)是致使变压器绝缘劣化的主要原因,也是绝缘劣化的重要表现形式。针对高频PD信号中复杂的噪声信息,提出一种基于互信息和峭度优化的改进无参经验小波变换的降噪方法。该方法以经验小波变换(EWT)分解为基础,构造高斯核函数平滑频谱生成尺度空间,利用k-means聚类对边界点进行筛选得到频带分界点,然后提取无参尺度空间EWT分解的模式分量的互信息值和峭度值进行合并优化,排除冗余的频谱划分点并对频谱重新分割,利用新的频谱边界进行划分得到有价值的分量,在有价值的分量中去除噪声分量并将剩余分量进行通用阈值降噪然后重构信号达到PD信号降噪效果。文中方法不需要人工参与且解决了模态混叠问题,仿真和实验室、现场测试表明,与现有小波变换降噪和基于经验模态分解降噪的方法进行对比,文中的方法能够更加有效抑制PD信号中的噪声信息。

基于双回路反馈的光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统研究

光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统受到环境干扰,会导致超声检测灵敏度降低。基于单回路反馈的传感系统能够抑制振动干扰,但长时间工作仍会出现工作点漂移。文中首先分析了单回路反馈传感系统工作点漂移的原因,指出了压电陶瓷迟滞效应的影响;其次,搭建了基于双回路反馈的光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统,引入了二次反馈回路以补偿一次反馈回路累积的低频相位调制误差;再次,通过振动干扰下的超声检测试验和GIS局部放电检测试验,证明了双回路反馈传感系统能够长时间保持稳定的超声检测灵敏度;最后,搭建了真型126 kV GIS局部放电检测试验平台,利用双回路反馈传感系统成功检测到了金属颗粒引发的局部放电和跳动声信号,检测到的最小视在放电量为5.2 pC。

基于改进Deformable DETR模型的多源局部放电识别方法及其应用

基于图像的局部放电识别方法大部分仅对单源局部放电谱图有效,无法识别多源局部放电谱图。为实现对多源局部放电谱图的识别,该文提出一种基于Transformer架构的局部放电Deformable DETR目标检测模型,收集典型单源局部放电和多源局部放电数据,生成局部放电相位角解析和极坐标相位分布解析谱图数据集。在Deformable DETR模型中引入去噪训练任务和贝叶斯优化算法,优化了局部放电目标检测模型;编写局部放电谱图采集和识别程序,并使用优化后的局部放电Deformable DETR模型对单源和多源局部放电谱图进行识别。结果表明:局部放电Deformable DETR模型不仅可有效识别出单源和多源局部放电的类型,而且大幅提升了局部放电类型识别的收敛速度和精度等性能。在对真实绝缘缺陷电动机的局部放电谱图识别中,局部放电Deformable DETR模型的识别准确率达到91%,证明该模型在实际应用中的有效性。

棒电极直径和端部形状对短空气间隙交流击穿电压的影响研究

空气间隙交流击穿特性试验常采用棒棒、棒板电极作为试验电极,目前棒电极直径、棒端部形状对空气间隙交流击穿电压的影响尚不清晰。为此,用直径2 cm、1 cm的圆棒和直径1 cm的尖棒搭建棒棒、棒板电极,开展5~40 cm短空气间隙下的交流击穿试验,研究棒电极直径和端部形状对空气间隙交流击穿电压的影响。结果表明:在试验棒电极直径和端部形状范围内,空气间隙距离5~20 cm时,各棒棒或棒板电极空气间隙击穿电压相对偏差在5.93%~33%之间,随着空气间隙距离增大,棒电极直径和端部形状对棒棒、棒板空气间隙击穿电压的影响逐渐减弱;空气间隙距离大于20 cm时,各棒棒或棒板电极空气间隙击穿电压相对偏差均小于5%。研究认为,空气间隙距离超过20 cm时,棒电极直径和端部形状对棒棒、棒板空气间隙击穿电压无影响。

基于物联网的电力全维度设备状态监测方法

电力全维度设备状态监测方法主要利用离散小波变换处理设备状态信号,但该方法易受降采样分量噪声影响,导致监测数据与实际数据无法拟合。因此,基于物联网设计了一种电力全维度设备状态监测方法。利用物联网技术生成了电力全维度设备状态监测网络架构,设计了电力全维度设备状态监测算法,实现了电力全维度设备状态监测。实验结果表明,采用该监测方法监测的数据与实际数据拟合较好,监测归一化指标较高,具有可靠性,为提高电力设备的运行安全性、降低电力设备维护难度作出了一定的贡献。

融合频谱特性与聚类云-证据推理的油纸绝缘老化程度诊断

油纸绝缘系统老化程度与电力变压器的稳定运行密切相关。针对油纸绝缘频域介电谱(frequency-domain spectroscopy,FDS)所提相关特征量单一和未考虑频谱特性指标间冲突性与随机性而导致老化诊断结果误差大的问题,提出了融合频谱特性与聚类云-证据推理的油纸绝缘老化程度诊断方法。首先,根据不同老化试样的频谱特征提取老化诊断多特征指标,并利用非线性拟合构建老化特征数据库。其次,基于Kmeans聚类提出适配非线性变化指标的聚类云模型基本概率分配方法。最后,针对多特征量的冲突性及相关性差异,利用CRITIC-G1综合赋权法计算各指标对应的证据修正因子,并进行基本概率再分配,利用证据融合推理得出油纸绝缘系统真实老化程度。实验结果表明,所提方法可准确诊断复合油纸绝缘样本的老化状态,为电力检修策略的制定提供了理论指导。

基于修正分数Poynting-Thomson模型的高压XLPE海缆绝缘评估

为利用频域介电谱准确评估高压交联聚乙烯(XLPE)海缆的绝缘状态,建立考虑直流电导率的修正分数Poynting-Thomson模型(分数P-T模型)以解析高压XLPE海缆的介电特性。首先,通过加速老化试验制备不同老化程度的高压XLPE海缆试样,并测得各组老化试样的力学、理化和介电数据。然后,应用修正分数P-T模型对实测介电曲线进行拟合,对比修正前后分数P-T模型表征实测介电曲线的效果。最后,通过仿真探究模型参数对介电曲线的影响规律,构建模型参数与绝缘程度之间的联系,将提出的老化特征参数与断裂伸长率(EAB)进行量化研究。研究结果表明,修正分数P-T模型能够准确拟合出不同老化程度高压XLPE海缆试样的介电曲线,提出的老化特征参数α、ε_(a)、ε_(b)和σ_(dc)可实现对高压XLPE海缆绝缘状态的量化评估。

电力电缆局放在线监测神经网络自动识别精度的提升方法

为了尽可能降低电缆线路局放在线监测系统装置运行中对局放信号识别的误判误报的可能性,对局放的判读机理和识别精度进行了改进和提升。基于现场运行系统回收的数万个疑似电缆内部局放的告警记录数据进行了分析分类,对判别程序中沿用的局放自动逻辑判别程序追加了相间信号相关性过滤程序,对既有的神经网络在构造上作了优选优化,对神经网络学习数据的前置处理进行了改进。对改进提升后的局放判别程序采用了包括现场记录,模拟信号发生器和人工局放模型加电压实验的3种局放数据进行检验。结果表明,改进提升后的局放判别程序不但能够使现场的非局放告警数据的告警率降低到5%的期待水平,同时也提高了识别人工模拟产生的各种类型局放信号的准确性,大大降低了局放在线监测系统误判误报的可能性。

变压器绝缘缺陷放电发展特性及检测方法研究现状及展望

变压器爆燃事故的发生大多源于其内部绝缘缺陷的局部放电,并逐渐发展至火花放电和电弧放电,造成巨大的经济损失。研究内部放电信号特征及其快速检测方法对保障电力变压器安全可靠运行具有重要意义。国内外学者围绕变压器内部绝缘缺陷放电特性及检测方法开展了大量研究工作。为此从局部放电、火花放电和电弧放电3个阶段综述了相关研究成果,对不同放电发展阶段的脉冲电流、电磁波、声、光以及化学产物等理化特性进行了总结分析,同时概述了基于不同信号的检测方法和对检测设备的要求,并对比了不同检测方法的优缺点,最后提出了对于变压器绝缘缺陷放电发展检测的研究展望。该文对进一步深入研究油中放电信号特征提取、快速检测以及变压器主动保护技术具有指导意义。

基于界面电荷极化特性的变压器油纸绝缘寿命预测方法研究

准确预测变压器油纸绝缘寿命对于保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。根据微观介电响应机制剖析界面极化与油纸绝缘老化的内在机理联系,并基于混合极化模型——一种在扩展德拜模型基础上引入界面极化支路的等效电路拓扑,探究界面电荷极化特性在油纸绝缘寿命预测中的应用。首先,分析温升过程中频谱特性变化背后蕴含的普适弛豫极化规律,基于混合极化模型重构回复电压极化谱。结合温度对主时间常数和模型参数的影响规律,提出一种单一温度测试下的油纸绝缘活化能计算方法,通过界面极化电容构建出频温平移因子。其次,剖析介质损耗因数随老化加深的变化规律,探究损耗峰偏移现象与界面极化弛豫时间的内在联系,凝练全新表征油纸绝缘聚合度含量的频域特征参量——界面极化支路极点Ph2。最后,联合界面极化支路极点Ph2、频温平移因子和损失累积动力学方程构建油纸绝缘寿命预测模型,并将不同运行年限变压器现场实测数据代入模型验证实效性,为油纸绝缘寿命预测提供了一种新思路。

纳米TiO_(2)改性纤维素纸板在油流环境下的带电特性研究

经纳米TiO_(2)改性纤维素纸板可以增强其击穿场强与抗老化性能,是当前电气绝缘领域研究的热点。纸板中添加纳米粒子对于变压器油流带电影响仍不明确;因此,为了揭示纳米粒子对油流带电影响与抑制机理,需测量与分析纳米改性纸板中的油流带电特性。文中以TiO2改性纸板与未改性矿物油为研究对象,通过旋转圆盘系统测量其摩擦产生的静电电流。根据控制变量法研究了温度、纳米粒子质量分数和流速等因素对带电程度的影响,分析了纳米粒子对于油流带电影响机理;采用有限元分析方法分析了变压器油道仿真模型,对比了不同质量分数下的纳米TiO_(2)改性纸板制作的油道模型内部电场分布情况。研究结果表明:与未改性纸板相比,纤维素基体中添加质量分数为1%的纳米TiO_(2)粒子可以抑制油流带电程度,使得油道内部积累电荷后的电场分布畸变程度最小。研究结果可以为抑制变压器中的油流带电提供新方法。

基于脉冲同步的配电电缆局部放电在线监测及定位方法

为了解决配网电缆局部放电在线定位难题,文中提出了一种基于脉冲同步的配电电缆局部放电双端在线定位方法,并研制了面向泛在电力物联网的配电电缆在线监测系统。首先,通过向电缆中注入脉冲信号,实现双端系统的时钟同步,并获得高频信号在电缆中的传播速度,解决了到达时间分析方法在配网电缆应用中同步困难的问题,并提出了采用基于能量法估计的局部放电脉冲到达时间,提高局部放电定位结果的鲁棒性。然后,描述了面向泛在物联网的配网电缆局部放电在线监测要求和架构。其次,详细讨论了关键硬件的实现方法,包括增益可调的高频电流互感器和感性脉冲注入装置。最后,为了验证提出方法和系统的有效性,在实验室10 kV电缆上进行了局部放电模拟试验,实验结果表明,提出的定位方法相比于传统的基于GPS同步的定位方法定位精度显著提升。此外,利用研制的测试系统对风电场真实的35 kV电缆进行了现场测试,验证了提出方法的可行性。

基于PRPD和PSA谱图的大电机主绝缘典型绝缘缺陷局部放电特性分析

大电机主绝缘在运行过程中会产生多种绝缘缺陷,仅利用局部放电相位(PRPD)谱图无法全面反映绝缘缺陷的特性。本文在实验室环境下模拟了内部气隙、槽内线圈磨损、端部半导体涂层及防晕层交叠部位故障、表面污染等4种典型的绝缘缺陷,并在屏蔽室提取其放电信息,分别绘制PRPD谱图及脉冲序列分析(PSA)谱图,结合不同电压等级下PRPD谱图及PSA谱图特性,对典型绝缘缺陷的放电特征进行分析。结果表明:综合考虑PRPD谱图的对称性、放电幅值、谱图包络线形状等特性及PSA谱图的放电簇数量、放电簇分布位置、放电簇形状等特性,可以较为准确地对4种典型绝缘缺陷进行识别。

港口高压开关柜局部放电信号自适应小波去噪方法

为了有效抑制港口高压开关柜局部放电实测信号中存在的白噪声,文中提出一种基于小波的自适应阈值去噪算法。首先对小波阈值去噪算法中的阈值选取及阈值函数进行优化,通过添加变量增加算法的适用性和灵活性,并使用改进后的粒子群算法(SPSO)对添加的变量进行最优值求解从而实现小波分解层数、小波阈值和阈值函数的自适应选取;其次对仿真信号与实测信号进行去噪。结果表明:与传统软、硬阈值函数去噪相比,使用文中所提算法去噪后的信号信噪比分别提高了5.31 dB和2.38 dB。由去噪后信号的时域图可以看出,与其他几种算法相比本文提出的算法不仅去噪效果良好,还能极大地保留信号中的有效成分。

交流电压下油纸绝缘放电发展过程中电-磁-声特征参量的变化规律

沿面放电是变压器油纸绝缘结构最严重的放电故障类型之一。为了准确获取交流电压下油纸绝缘沿面放电发展过程中特征参量的变化规律,搭建了沿面放电发展过程模拟试验平台并建立了1套能够满足对放电发展过程中电、磁、声这3种物理量同步在线监测需求的测量系统。在此基础上,提取沿面放电发展过程中多物理参量的典型特征,通过对特征参量全过程幅值变化规律的分析对放电过程进行阶段划分,并给出相应的阶段特征及机理概述。试验结果表明,通过分析多参量典型特征及变化规律可以将沿面放电发展过程划分为4个阶段:微小能量放电阶段、低能量放电阶段、高能量放电阶段、临近击穿阶段,阶段特征与电荷分布及绝缘材料耐受强度有关。相比常规单参量监测手段,多参量同步检测方法为变压器沿面故障诊断和及时预警提供了更可靠准确的参考依据。

油纸绝缘层间气泡局部放电演化特性

在变压器内部电、热多重应力作用下,油纸绝缘匝间易产生气泡诱发局部放电,威胁变压器的安全运行。文中采用脉冲电流法研究油纸绝缘层间气泡局部放电的演化特性,掌握局部放电演化与气泡缺陷劣化的关联。结果表明,根据局部放电平均放电量(Q)、放电重复率(N)、局部放电相位谱图(PRPD)随时间的变化规律,气泡局部放电演化可分为起始、过渡和稳定3个阶段。通过改变加压时间和气泡位置,以及分析局部放电持续不同时间后气泡内部气体含量的变化,研究局部放电演化机制,发现起始阶段图谱特征产生的原因为绝缘纸表面电荷的积累,而过渡阶段的演化则源于以氧气为代表的电负性气体在局部放电持续作用下消耗殆尽,使得气泡内的放电模式发生改变。此外,气泡所处层间位置、气泡高度以及面积对放电量和重复率影响显著。定量结果表明:局部放电剧烈程度与气泡缺陷参数正相关,可以通过局部放电评估缺陷的劣化程度。研究揭示了层间气泡局部放电的演化规律及影响因素,能够为变压器油纸绝缘状态评估提供参考。

基于声阵列时空关联特征融合的不平衡局部放电类型识别方法

麦克风阵列能非接触且灵活地对电力设备局部放电现象进行检测,但现有方法对麦克风阵列的数据特点考虑不足,对局放类型识别的研究不足。针对麦克风阵列数据的关联性特征和不平衡分布特点,首先对麦克风阵列数据的时间关联性和空间关联性特征进行深入分析。然后,以1维卷积神经网络和压缩-激活关联性挖掘方法为基础,提出基于时空关联特征融合的声阵列数据局部放电类型识别模型。最后,针对麦克风阵列数据类别间分布不平衡问题,使用损失函数调整法和数据分布调整法进行应对。仿真结果表明:相对不考虑关联性的方法,该文所提方法的精确率、召回率提升均大于12%;相对不考虑样本不均衡性方法,该文所用方法在精确率和召回率均提高大于60%,验证了基于声阵列数据的局放类型识别中考虑数据关联性和不平衡性的必要性。