基于深度残差网络的GIS局部放电PRPD谱图模式识别

为了研究气体绝缘组合电器(gasinsulatedswitchgear,GIS)局部放电脉冲相位分布(phaseresolvedpartial discharge,PRPD)谱图的模式识别,解决传统的统计参数分析方法识别准确率低的问题,该文提出了一种基于深度残差网络的GIS局部放电PRPD谱图模式识别方法。首先,设计并搭建了GIS中4类典型局部放电缺陷的实验模型并采集实验数据;然后,利用条件生成对抗网络对PRPD谱图训练集进行数据扩充;最后,利用深度残差网络提取每类缺陷的PRPD谱图特征并将其分类。实验结果表明,该方法相较于普通卷积神经网络和统计参数分析方法,其识别准确率有明显提升,最高可达98.75%。研究结果表明所提方法能有效区分出GIS中4类典型的局部放电缺陷类型,在工程实际中有良好的应用前景。

基于相位谱图的开关柜局部放电模式识别方法

利用图像识别和模式识别理论,针对高压开关柜局放相位谱图特征提出一种基于二维最大准则法的提取和降维方法,并结合支持向量机(SVM)实现对开关柜内部局部放电类型分类识别。仿真计算表明该方法可直接对图片格式的相位谱图进行处理和识别,能避免因不同检测设备数据格式不同而造成的无法跨平台分析的问题;同时,采用二维最大准则法能对相位图谱进行大幅压缩,且在特征值nc=2和nr=7时,基于SVM的识别正确率可基本保持在90%以上。

基于T-F聚类和PRPD图谱分析的配网电缆局部放电类型识别研究

对配网电电缆中的局部放电类型进行识别对于监测电缆运行状态、提升电缆寿命具有重要意义,然而用于模式识别的指纹库一般都是基于单一缺陷构造的。当存在随机干扰源或多局放源时,基于传统的脉冲幅值-时间序列的宽带检测系统在放电模式的识别过程中会出现误判情况。针对配网电缆的局部放电缺陷,提出一种利用等效时频分析、模糊C均值聚类结合PRPD谱图实现对局部放电类型的分类识别方法,该方法首先根据脉冲波形特征值进行分类,之后通过PRPD图谱进行识别,可有效解决传统直接识别方法无法正确判断多局放源的问题。首先建立了局部放电测试系统,采集测量得到不同类型的局部放电波形。然后通过等效时频分析,将原始放电的时域波形转化为T-F模式,之后采用模糊C均值聚类分析将T-F模式下的数据分类,对每一类放电脉冲提取PRPD图谱识别其放电类型,实现配网电缆多放电源局放信号的准确分类与识别。试验结果表明,在多个单一局放源和两种混合局放源放电情况下该方法能够对其放电类型进行有效的分类和识别。

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。

局部放电的极坐标谱图及模式识别

为了对电缆的局部放电试验结果进行分析,文中提出了一种利用放电信号的脉冲幅值q与相位角φ的余弦和正弦函数乘积绘制极坐标谱图的方法,指出了该谱图的特点。结合3种电缆接头放电模型的试验结果,分析了不同放电类型的谱图特征。提取了极坐标谱图的若干有关分布和对称的特征信息,形成了16维的特征向量,用人工神经网络方法进行了放电的模式识别研究。

基于三参数威布尔模型的局部放电谱图特征提取

油纸绝缘是大型变压器的主要绝缘形式,发生在油纸绝缘中的局部放电是绝缘劣化的先兆和表现形式,加强对油纸绝缘中局放的研究有重要意义。威布尔分布参数是局部放电谱图的重要特征参数,在二参数威布尔模型的基础上,提出基于三参数威布尔模型来提取局部放电放电量放电次数谱图中特征参数的方法,并利用灰狼优化算法来求取模型的参数。与二参数模型、三参数模型传统计算方法的计算结果对比表明,灰狼优化算法可以快速准确地求得参数值,求得的模型可以有效反映局部放电放电次数放电量分布谱图的特征。

变压器内单一局放PRPD谱图统计参量的主成分分析

设计了4类由变压器油纸绝缘缺陷引起的"单一局放模式"模型:气隙放电模型、针板放电模型、介质表面金属杂质放电模型、油隙放电模型。通过标准化试验方法得到了不同模型局部放电相位分布模式(phase resolved partial discharge,PRPD模式)的二维谱图,并对谱图进行分析得到25个局部放电统计参量。采用主成分分析对统计参量的有效性进行了分析,得到了25个统计参量对不同类型放电信息表达的新特征参量组,以及对不同放电类型识别的贡献率。

GIS典型缺陷局部放电测量与分析

为了研究GIS中典型缺陷的放电特征,在试验室中以一段220kV电压等级的GIS母线腔体为试验对象,设计了高压导杆表面金属尖刺缺陷、悬浮电位缺陷、绝缘子表面导电胶尖刺缺陷、绝缘子表面硫化银污染物缺陷这4种放电物理模型,采用脉冲电流法对其局部放电信号进行测量。研究其放电脉冲中心相位分布、平均幅值随外施电压变化的趋势,比较分析单个放电脉冲波形及其主要能量分布。试验结果表明,相同条件下同一缺陷模型放电稳定、重复性好;不同缺陷类型的PRPD谱图呈现出不同的特点,单个脉冲波形及其能量分布不同;放电平均幅值、中心相位随外加电压变化的趋势也有较大区别;这些特征为进一步进行放电类型的模式识别及局部放电机理研究提供了试验依据。

高压交联电缆接头局部放电的电容耦合法检测及分析

为研究110kV交联电缆接内部绝缘缺陷的局部放电(partial discharge,PD)特性,设计并构造了5种典型绝缘缺陷,通过建立电缆接头局放试验研究平台,采用电容耦合法获取不同绝缘缺陷下的放电信号,构造出三维PRPD(phase resolved partial discharge)谱图表征缺陷放电状态,并采用单次放电脉冲时域波形的3、4阶特征参量萃取放电特性进行分析。研究试验结果显示,电容耦合法检测法可有效检测出电缆接头内部缺陷引起的局放,且不影响电缆接头及本体的绝缘性能;所构建的5种典型缺陷在工频电压激励下,放电脉冲序列在放电区间、放电重复率等统计特征有很大的不同,用时域波形的3、4阶特征参量所描述的放电特性也存在很大差异。这些特征可用作放电类型识别的依据。

XLPE电力电缆典型缺陷局部放电测量与分析

为了研究XLPE电力电缆典型缺陷的放电特征,在试验室条件下设计了3种放电物理模型,采用脉冲电流法对其局部放电信号进行测量。对比研究了3种典型缺陷模型的局部放电特征,分析了电压幅值对放电谱图、放电波形、放电频率和中心相位分布的影响关系。试验结果表明,相同条件下同一缺陷模型放电稳定、重复性好;不同缺陷类型其放电发展过程不尽相同,呈现的PRPD谱图、单个脉冲波形及相位分布趋势图区别明显。这些特征为进一步进行放电类型的模式识别及局部放电机理研究提供了试验依据。

油纸绝缘内部气隙缺陷电劣化过程中局部放电的测量与模拟

对油纸绝缘内部扁平气隙缺陷模型进行连续局部放电试验,在不同阶段进行局部放电相位谱图(phase resolved partial discharge pattern,PRPD)的采集。发现由局部放电导致的介质电劣化过程中其局部放电表现可分为5个阶段,前4个阶段的PRPD谱图具有很大的差别。采用基于局部放电物理过程的放电模型进行了计算机模拟,利用计算机模拟对谱图变化原因作了解释。通过对比计算机模拟过程中模型参数的变化和试验结果,对电劣化过程中缺陷气隙内部的物理变化过程进行了研究。研究结果为通过局部放电测量判断介质电劣化的发展状态提供了试验及理论依据。

硅橡胶中局部放电发展与电树枝生长的关系研究

研究硅橡胶中电树枝化微观物理过程与局部放电宏观表征之间的关系,能够为基于局部放电严重程度在线评估电缆中间接头的绝缘状态提供理论依据。制备了带有缺陷的硅橡胶切片试品,在逐级升压过程中实时测量了硅橡胶绝缘劣化起始直至击穿全过程中的电树枝照片和局部放电信号,生成了电树枝面积和单位时间内局部放电能量随时间的变化曲线,阐述了两条曲线之间的对应关系。基于电树枝面积曲线的变化规律,将电树枝生长全过程划分为引发及生长、滞长、快速生长共计3个阶段,讨论了各阶段电树枝的生长模式;基于局部放电能量的发展变化规律,将局部放电发展全过程划分为5个阶段,得到了各阶段局部放电相位特征谱图,提取了灰度图空穴面积和局部放电相位宽度作为表征局部放电严重程度的特征量。研究结果表明,电树枝面积曲线和局部放电能量曲线的发展趋势具有高度的一致性,电树枝生长的3个阶段分别对应于局部放电发展的1-2阶段、3阶段以及4-5阶段,从而建立了硅橡胶劣化微观物理过程和局部放电宏观表征之间的关系,为电缆中间接头绝缘状态的在线评估奠定了基础。

基于超声波的XLPE电力电缆局部放电测量与分析

为准确判断电缆附件内部的绝缘状态,避免电缆发生绝缘击穿,对交联聚乙烯(crosslinking polyethylene,XLPE)电力电缆局部放电进行研究。在实验室环境下对尖端放电、气隙放电和沿面放电3种XLPE电力电缆放电类型进行模拟,采用超声检测系统研究了XLPE电力电缆三种缺陷局部放电特性,分析不同缺陷放电超声信号的时域特征和相位谱图特征,研究了不同电压与最大放电幅值、平均放电幅值及放电次数之间的关系,得到典型放电谱图。结果表明:同一缺陷类型在相同条件下放电稳定,重复性好;不同缺陷类型的放电发展过程有所差别,所呈现出来的局部放电谱图、单个脉冲波形、PRPD谱图区别明显。

灭弧室内真空度与局部放电关系的研究

为研究真空断路器灭弧室内真空度与局部放电状态的关系,设计了一套模拟断路器运行的试验平台,采用特高频方法测量了灭弧室内不同真空度下的局部放电信号,并利用统计参数法统计出不同压强下的局放信号特征参数。试验结果表明随着灭弧室内真空度在0.5～300Pa之间变化,灭弧室局部放电量和次数有明显区别,压强在15～20Pa之间局部放电强度最大、次数最多,同时易发生间隙击穿。在此基础上通过对局部放电数据处理分析,得到不同压强下局部放电PRPD谱图,作为间接诊断断路器灭弧室真空度的依据。

基于脉冲序列分析表征XLPE电缆附件中的局部放电特性研究

采用脉冲序列分析(PSA)谱图表征电缆附件处缺陷的局部放电特性,设计了3种典型缺陷,搭建了基于脉冲电流法的电缆附件局部放电检测平台。通过阶升电压和长时间耐压试验,对比了XLPE电缆附件缺陷局部放电的PSA谱图和PRPD谱图。结果表明:PSA谱图可作为传统PRPD谱图的补充,对局部放电的脉冲序列特性进行描述;PSA谱图在区分电缆附件缺陷类型上具有较好的区别度,同时对预警电缆附件击穿具有重要的参考价值;落点概率可作为一种表征PSA谱图特性的特征量应用于局部放电检测中。

阻尼振荡波电压和工频电压下XLPE电缆局部放电特性的对比研究

采用工频电压法和阻尼振荡波电压法研究热缩式电缆附件在4种缺陷情况下的局部放电特性,对比分析两种电压情况下的局部放电起始电压和局放模式。结果表明:两种方法在局部放电特性研究中具有一致性,各种缺陷的局部放电统计特征具有较为明显的差异。

10kV电缆附件中刀痕缺陷的局部放电趋势研究

电缆附件的缺陷严重影响电网安全,其在耐压试验和运行过程中呈现的局部放电特性具有重要的研究价值。文中以常见的刀痕缺陷的局部放电为研究重点,将该缺陷分为2、3、4 mm深度环切刀痕和3 mm深度纵切刀痕。采用长时间加压监测缺陷的局部放电过程,统计不同时间下缺陷的局部放电特征量,绘制趋势图及谱图,并从物理层面解释各种差异。试验结果表明:刀痕缺陷的局部放电过程以刀痕的表面放电为开始,然后演变为电树枝放电最终贯穿,不同深度、不同位置的刀痕缺陷在击穿前会呈现相似的电树枝放电现象;刀痕越深,表面放电的影响越大;纵切刀痕更易演化为电树枝放电致使在较短时间内击穿。

复合绝缘材料热氧老化中局部放电特性的实验研究

对SMC、BMC、GPO-3、环氧树脂复合材料在热氧老化前后的局部放电特性进行研究,对比分析未老化和经过热氧老化的4种复合绝缘材料在不同工频电压下的介电特性和局部放电特性。结果表明:随着外施电压的升高,当达到或超过材料的局部放电起始电压后,4种复合绝缘材料呈现不同的局部放电特性和PRPD谱图演变规律;经过老化后4种材料的起始局部放电电压均有所提高,局部放电量随外施电压升高而呈现不同的变化规律,放电相位和放电密度变化较小。对于材料的绝缘性能评估应综合考虑不同材料在不同运行条件下局部放电的共性和差异。

XLPE电力电缆附件局部放电测量与分析

为研究XLPE电力电缆附件现场常见典型缺陷的放电特征,在3根电缆实体上分别设计制作了中间接头尖刺、主绝缘划伤和终端头应力锥错位3种放电模型,建立了基于PDBase的局部放电测量分析系统。对比研究了3种典型缺陷的局部放电特征,分析了放电次数相位分布谱图H_n(φ)、放电最大幅值相位分布谱图H_(qmax)(φ)和放电幅值分布谱图H(q)3种统计特征。试验结果表明,不同缺陷类型其放电发展过程不尽相同,呈现的PRPD谱图、单个脉冲波形、相位分布趋势及统计特征区别明显;而同一缺陷在相同条件下其放电特征呈现出相似规律且重复性好;这些特征为进一步开展电缆附件放电机理研究及放电类型的模式识别提供了有力的试验依据。

10kV电缆中间接头典型缺陷局部放电发展过程研究

针对10 kV XLPE电缆中间接头制作了两种人工典型缺陷:主绝缘内部轴向气隙缺陷、主绝缘表面轴向划痕缺陷,并采用逐级升压法来加速接头的劣化过程。测量不同加压阶段的局部放电表征参量(放电功率、脉冲重复率、放电量等),并分析其随时间的变化趋势及不同阶段局部放电相位谱图的变换特征。结果表明:平均放电功率和放电量可以很好地表征局部放电发展趋势,且通过对比两种缺陷发现,外半导电层断口处主绝缘表面划痕气隙危害程度更大。