高温下110kV交联聚乙烯电缆电树枝生长及局部放电特性

利用实时显微数字摄像与局部放电连续测量系统,采用典型针-板电极结构,研究了高温下不同外施工频电压作用时110kV级交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中典型电树枝的形态特征、引发、生长规律及其局部放电特性。实验结果表明,温度对XLPE电缆绝缘中典型电树枝的形态、引发与生长时间具有非常重要的影响。在高温下,不同外施工频电压作用时电树枝的形态呈现出多样性的特点,50°C下典型电树枝形态为枝状、枝-松枝状和丛状,70°C下为枝状,90°C下为滞长型和枝状。高温下电树枝引发时间随外施电压升高而减小,而且在同一外施电压下,电树枝引发时间随温度升高而减小,这是由于在高温下XLPE电缆绝缘中片晶熔化,无定形相增加,介质中自由体积扩大,从而更有利于电树枝引发。研究发现在低电压(9kV)下,电树枝生长过程中由于通道电导率增加而抑制了通道内局部放电的发展,局部放电作用减小,电树枝生长速度减慢,分形维数较高;而11kV以上电压作用时,电树枝在局部放电的连续作用下呈枝状向对面电极快速生长,同时高温下XLPE弹性模量下降,击穿场强降低,局部放电作用加剧,电树枝生长明显加速,电树枝分形维数较低。

基于超高频电磁波的变电站局部放电空间定位

局部放电的测量和诊断已成为评估高压电力设备运行状态的重要方法之一。但目前的局部放电监测主要以单个设备监测为主,测试仪器程序多,成本高,维护工程大。可利用4个天线组成天线阵列接收超高频(UHF)电磁波,并定义三维坐标系对变电站范围内的放电源进行全站的局放定位。重点研究了基于能量积累法计算信号起始时刻和基于信号时延序列实现放电源准确定位算法的原理,并给出了求解基于时差的以局放源位置为未知数的非线性方程组的Newton算法和网络搜索法。实验室测试和现场测试验证了基于射频天线阵列实现变电站范围内局部放电定位的有效性,提出的定位算法可以自适应求解基于时差序列的非线性方程组,既保证了求解的速度,又能解决方程的收敛问题,满足变电站全站局部放电定位准确度的要求。

基于K-Means聚类算法的自动图谱识别在电缆局部放电在线监测系统中的应用

局部放电相位谱图(phase resolved partial discharge pattern)是局部放电模式识别普遍采用的重要方法。但在中高压电缆在线局放监测系统中,电缆中的电压信号难以直接获取,使得局放相位谱图分析的开展遇到了重大的挑战。为此,在多年局放理论研究和局放现场应用研究的基础上,提出了基于K-Means聚类的局部放电相位谱图自动模式识别技术。该技术通过信号提取、坐标变换、K-Means聚类、中心点平移、模式判断的流程,克服了电缆局放监测中相位信息难以直接获取的缺点,能对来自三相的局部放电信号进行自动识别判断。5个应用实例证明,该方法能对电晕放电、内部放电、沿面放电和干扰信号做出准确的判断,必将在电缆在线监测系统中获得广泛的应用。

UHVDC换流变压器油纸绝缘缺陷直流局部放电发展过程

特高压换流变压器绝缘承受的直流电压高,绝缘缺陷劣化发展迅速,且单凭局部放电(PD)量值和放电次数无法对绝缘缺陷的发展阶段进行分析诊断。为此,研究了特高压换流变压器内部油纸绝缘缺陷直流局部放电特征及其发展过程,构建了油纸针-板等7种局部放电模型。采用阶梯式升压法研究在长期外加电压作用下,绝缘纸板从起始放电到被击穿的整个缺陷发展过程中脉冲电流信号的实时特征及其统计特性,通过拍照的方式给出各模型各发展阶段纸板表面电腐蚀状态,并给出各相应发展阶段电场的空间分布。结果表明:直流局部放电发展过程复杂,初期以大放电脉冲为主,放电频率低,等待恢复时间随机性强;中期和末期以小脉冲放电为主,等待恢复时间均匀分布;临界击穿时等待恢复时间分布集中。结合多种放电模型直流局部放电试验,可断定不同缺陷结构从起始直流局部放电到击穿的过程中,其局部放电的总体发展趋势表现一致。

硼掺杂单壁碳纳米管检测SF_6气体局部放电仿真

气体绝缘组合电器(GIS)的局部放电检测和SF6气体局放分解组分分析,对GIS运行状态的诊断和评估有着重要的意义。为提高气体分解组分的检测灵敏度,在介绍了碳纳米管传感器检测SF6局放分解气体的原理后,应用材料科学模拟计算软件MS对硼掺杂单壁碳纳米管(B-SWNT)性质进行研究并对其检测SF6局部放电主要分解组分进行量子力学模拟。研究和模拟结果表明:掺杂硼原子可以改变碳纳米的电子结构,使其趋向与P型半导体,能隙变小,导电性增强;B-SWNT与SO2F2发生化学吸附,B-SWNT电子结构变化明显,导电性进一步增强,电阻变化量大,灵敏度高,而对SF6及SF6其它分解气体组分吸附作用较弱,灵敏度不高。预测B-SWNT可以用来检测SF6局放分解混合气体中的SO2F2气体,且灵敏度高于SWNT。

变压器绕组对局部放电特高频定位方法的影响

为研究特高频(ultra-high frequency,UHF)定位方法对绕组内部局部放电定位的可行性,通过实验研究了油浸式电力变压器中绕组对局部放电UHF电磁波传播的影响。建立了基于220kV油浸式电力变压器的试验研究平台和UHF定位系统,并在变压器绕组内部设置了局部放电缺陷。通过试验测量了UHF电磁波经过绕组后的衰减程度和到达两传感器的时间差误差,并计算得出定位结果及其误差。结果表明,UHF电磁波经过绕组向外传播时,其信号幅值衰减了18～22dB,时间差误差≤0.5ns,UHF定位方法对绕组内部的局部放电的定位误差<15cm。可见,虽然绕组内部的局部放电UHF电磁波经过绕组后衰减严重,但是由此引起的时间差误差较小,因此采用UHF方法可以对绕组内部的局部放电准确定位。

基于支持向量机的GIS超高频局部放电模式识别

局部放电(PD)可以反映气体绝缘组合开关电器(GIS)内部的绝缘缺陷,不同类型的放电对GIS的危害程度存在明显的差异,正确识别GIS的放电类型对于保证GIS安全可靠运行、评估GIS的绝缘状况和制定合理的维修策略具有十分重要的意义。为了研究GIS中不同缺陷所激发的局放信号的特征,设计了4种典型放电缺陷模型来模拟GIS中可能存在的绝缘缺陷,通过试验从超高频(UHF)信号中提取出8个统计特征参数来描述放电的典型特征。基于支持向量机(SVM)算法设计构造了4分类SVM模型,采取投票的方式识别放电类型。实验结果表明,该方法识别率高,能有效识别4种GIS中的典型放电。

SF6局部放电分解组分光声检测信号交叉响应处理技术

SF6局部放电(PD)时,某些特征分解组分气体的红外吸收频带存在重叠部分,利用光声检测法检测其成分时会有严重的交叉响应,影响检测准确度。为此,将主成分分析(PCA)与径向基函数(RBF)神经网络相结合,构建了一种能降低交叉响应的PCA-RBF神经网络,应用于光声检测法输出信号阵列的处理,以解决传统RBF神经网络在输入空间严重自相关时检测准确度的下降,实现对SO2、CO2、CF4混合气体中各组分气体体积分数的准确检测。结果表明:PCA-RBF神经网络有效地消除了样本之间的相关性,提高了神经网络对混合气体中各组分气体体积分数的检测准确度(平均相对误差<3%),为将光声检测法应用于SF6局部放电分解组分气体的检测提供了有效的数据处理手段。

抑制局部放电白噪声的分块阈值空域相关联合去噪法

全封闭式组合电器局部放电检测中不可避免地会遇到白噪声干扰,且现有的抑制白噪声干扰的方法有许多不足之处,为此,根据白噪声的特点,提出了一种新的基于小波变换的去噪方法——分块阈值空域相关联合去噪法。该算法先用分块阈值去噪法对染噪信号小波分解的子带信号进行预处理,然后采用空域相关法进行数据处理,最后将处理结果重构回原信号,结合了阈值法与空域相关法各自的优点。通过仿真与实验,讨论了分解层数、噪声强度和空域相关运算的迭代次数等对联合去噪效果的影响,优化了去噪参数。与分层复阈值法的去噪效果进行比较,结果表明:此法有着较好的去噪效果,且去噪时能量损失较小,有利于真实还原局部放电信号。

模糊聚类算法参数优选方法及其在局部放电模式识别中的应用

为了研究GIS中不同缺陷所激发的局部放电类型,设置了悬浮电极、针尖电晕、自由微粒以及气隙等4种常见缺陷模型。对采集的局放数据,建立了最大放电量、平均放电量和放电次数等二维相位分布函数,在此基础上提取24组指纹特征参数。在采用模糊C均值(FCM)和Gustafson-Kessel(GK)等聚类算法对局放数据进行聚类分析时,针对聚类有效性,即样本集的类数c和模糊加权指数m的优选问题,介绍了一种新型聚类有效性评估指标U(c),发现U(c)值越大,得到的聚类数越接近于真实值。最后与其它有效性指标对比,验证了U(c)指标的准确性和有效性。

GIS中局部放电特高频信号传播特性的仿真分析

气体绝缘组合电器(GIS)内部发生局部放电时,产生的特高频(UHF)电磁波信号中包含了主模TEM波和高次模TE、TM波。为分析这3种模量在GIS同轴管道中的传播、衰减特性,构建了一个首、末两端均带锥型匹配端的同轴波导模型;采用时域有限差分(FDTD)的方法,仿真了置于首端匹配锥内的局放源的UHF信号在同轴波导系统内传播、衰减的过程,得到了各模量在传播过程中幅值、能量参数的变化规律。研究结果表明,UHF信号在同轴波导系统传播时,TEM波的传播能力与自身频率、探针-局放源间的夹角φ均不相关;TE、TM波为色散波,伴随着频率的升高,衰减程度逐渐增大,两者的传播能力也均与φ相关,且TM波传播能力的畸变程度要甚于TE波,但两者的畸变程度均与自身频率无关。

0.1Hz和50Hz电压下XLPE电缆局部放电比对试验

试验研究和应用研究结果证实,局部放电试验能够及时地发现电力电缆绝缘缺陷,推荐作为电力电缆绝缘品质现场或在线评价的必要手段。受现场试验设备的容量、体积和质量限制,超低频(VLF)电压下的局部放电试验、振荡波(OW)电压下的局部放电试验和工频电压下的局部放电试验在电缆线路的实际工程应用中同存并举,运行管理部门可根据实际情况合理选取。但是,由于3种试验电压下的局部放电起始电压和熄灭电压以及放电量存在数值上的差异,其表征的绝缘缺陷特征直接影响到有效地发现绝缘缺陷的概率。时至今日,人们对电力电缆线路在VLF电压下的局部放电量如何等效到工频电压下的局部放电量,仍然存在较大的分歧,试验的有效性和等效性尚在探讨之中。为此,结合现场试验和试验室试验研究积累的试验数据,采用数理统计分析的方法,比对、分析和讨论VLF(0.1Hz)电压下局部放电试验与工频(50Hz)电压下局部放电试验之间的等效关系,研究VLF(0.1Hz)电压下局部放电试验有效性和判据。研究结果表明:VLF(0.1Hz)电压下电缆试品的局部放电起始电压值和熄灭电压值与工频(50Hz)电压下电缆试品的局部放电起始电压值和熄灭电压值之差值约为-31%～69%;槡3U0的VLF(0.1Hz)电压下电缆试品的局部放电量均小于槡3U0的工频(50Hz)电压下电缆试品的局部放电量;两种电压下的局部放电量之间的数值差异与绝缘缺陷的类型密切相关。

高压交联聚乙烯电缆局部放电脉冲的时频特性识别方法

高压电力电缆局部放电(PD)测量中,进行绝缘诊断和状态评估的一个重要方面是局部放电信号(PDs)的识别和放电源分离。传统的基于局部放电幅值大小检测的相位统计分析,不足以实现有效的诊断、风险评估和基于状态的维护。为此,从理论上研究了频率(即等效带宽feq)-时间(即等效时间长度teq)分离技术,通过feq-teq平面的簇脉冲来识别局部放电脉冲,并求解出局部放电脉冲信号在feq-teq平面形成紧凑的簇所需要的相似属性参数。XLPE绝缘样片缺陷实验将气隙放电、沿面放电和电晕放电不同类型脉冲映射到feq-teq平面;XLPE电缆缺陷实验将不同位置的相同缺陷放电脉冲映射到feq-teq平面。结果表明,不同类型的缺陷产生的PD脉冲信号能有效形成自己的簇,电缆不同位置的缺陷产生的PD信号也能形成不同的簇。可见,feq-teq识别技术可为高压XLPE电缆的缺陷类型及放电源分离提供判断依据。

高压互感器局部放电原因分析

局部放电水平是高压互感器的一项重要性能指标。局部放电量过高,会危及电气设备的使用寿命,造成安全隐患。因此,必须分析局部放电故障的原因以防止故障发生。在局部放电产生的诸多因素中,由合格的绝缘材料加工而成的零配件导致的局部放电超标这类问题的真正原因在排查过程中是较难被发现且又极易被忽视的。笔者通过举例详细介绍了局部放电故障的分析及排查方法。

基于匹配滤波法的超高频局部放电信号检测

在强电磁干扰环境下准确获取局部放电信号是目前研究的难点。超高频局部放电过程的频散现象会影响波形匹配法消除干扰的效果,因此文中基于频谱最优匹配原则构造滤波器,以使超高频局部放电信号的能量得到增强,从而获得最大的信噪比。文中还采用改进的粒子群算法提高了优化计算的速度和可靠性。实验和分析结果均表明,在强干扰背景下,频谱最优匹配滤波法对白噪干扰和周期性窄带干扰均有较好的消噪效果,并可保持超高频局部放电脉冲的波形、幅值和极性信息。

局部放电超高频信号时频特性与传播距离的关系

超高频(UHF)检测法具有频带宽、信息量大、抗干扰能力强等一系列优点,近年来在局部放电检测中得到了广泛应用。为此,建立了变压器油纸绝缘局部放电模型,研究了超高频电磁波信号与脉冲电流之间的对应关系,以及超高频电磁波信号与传播距离的关系。实验结果表明:1)随着传播距离的增加,超高频电磁波信号的能量和幅值均呈非线性衰减趋势;2)局部放电超高频电磁波信号幅值与脉冲电流幅值成正比关系,超高频电磁波信号能量与脉冲电流幅值的平方成正比关系,且比例系数随着超高频电磁波信号传播距离增加而减小;3)超高频电磁波信号中高频分量随着传播距离增加而衰减很快。以上结论有助于更加详细地了解局部放电超高频电磁波信号的辐射规律,是超高频检测法用来检测电力设备局部放电的依据。

变压器局部放电在线监测中信号干扰分析与抑制

分析了变压器局部放电在线监测中的各种干扰,提出了分层式抑制干扰的处理模型,采用不同的数字信号处理方法分层处理各种干扰,具有结构灵活、易于扩充等特点。现场实验结果表明,该模型可有效、快速地抑制干扰,具有良好的应用前景。

变频电机绝缘结构在工频下局部放电测量的探讨

分析变频电机绝缘结构的早期失效原因,通过开展在工频下的变频电机绝缘结构局部放电测量,找出变频电机绝缘结构耐电晕能力差的原因,为变频电机绝缘结构的设计及制造工艺提供依据。

基于改进经验小波变换的局部放电荧光信号去噪

由于现场环境的复杂性,局部放电(partial discharge,PD)检测伴随着大量噪声干扰,易出现PD漏报与误报现象,影响电力设备后续运维工作。文中采用荧光光纤PD检测法,提出了基于谱峭度和改进经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)的自适应PD荧光信号去噪算法。首先利用快速谱峭度图确定荧光信号傅里叶频谱的紧支撑区域边界,随后对含噪荧光信号进行EWT分解并获得荧光信号所在的有用信号分量,最后对有用信号分量采用小波阈值法去除残留噪声,得到去噪后的PD荧光信号。利用该方法对仿真荧光信号进行去噪分析,并将去噪结果与经验模态分解-小波变换(empirical mode decomposition-wavelet transform,EMD-WT)法和EWT法进行对比,结果表明,该方法在信噪比、均方根误差和归一化相关系数等指标方面都有所提升,证明了该方法具有良好的去噪效果。此外,实测信号的去噪结果表明,该方法的降噪率优于EMD-WT法和EWT法,具有较好的噪声抑制能力。

局部放电检测用D-dot探头的可行性研究

为了对开关柜等电气设备中产生的局部放电进行检测和模式识别,研制了一种用于局部放电检测的Ddot探头,并搭建了三种典型的局部放电实验模型,采用该探头和脉冲电流法同时对局部放电进行测量,通过比较两者信号之间的幅值能量关系,验证了探头的可靠性。此外还研究了不同距离下的局放信号频谱图,分析了信号高低频分量衰减与其传播距离之间的关系。试验结果表明:(1)D-dot信号能很好的反应局部放电的相位分布;(2)局部放电D-dot信号幅值与脉冲电压峰峰值呈线性关系,信号能量与脉冲电压峰峰值呈二次相关,且针对不同放电模型比例系数有较大差别,可依此进行局放源放电类型分类;(3)D-dot信号中高频部分随距离增加衰减很快,只在短距离(10 cm)内能够测得,低频部分衰减缓慢,在1m范围内基本无衰减。