基于奇异谱分析与决策树的GIS振动缺陷检测方法研究

针对气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)在运行过程中出现的异常振动问题,文中提出了基于奇异谱分析与梯度提升决策树的GIS振动缺陷检测方法。首先通过加速度传感器采集GIS在不同状态下运行的振动信号,采用奇异谱分析的方法处理所获信号,并提取信号的主导分量,再通过时域分析和频域分析方法提取主导分量的特征参量,最后基于梯度提升决策树算法对特征进行递归与分类分析,建立了缺陷诊断模型以得到最终的GIS振动缺陷检测结果。该方法应用在实验室GIS,成功识别出了屏蔽罩松动与地脚螺栓松动两种缺陷。文中重点对所述方法及其应用进行了详细的介绍,为电气设备的故障检测研究提供了参考。

GIS屏蔽罩松动状态特性仿真及试验分析

机械类缺陷是GIS设备运行阶段的常见缺陷之一。针对机械缺陷导致GIS异常振动问题开展机理研究,能够有效排查现场设备故障隐患。文中首先通过有限元建模,对某126 kV三相共体式GIS运行时可能出现的屏蔽罩松动缺陷进行仿真,探究设备在缺陷状态下的异常振动机理及特征。其次,分别对建立的GIS正常模型和屏蔽罩松动模型进行磁固耦合仿真,通过后处理获得了筒体上的振动结果。最后,搭建了同一型号的GIS试验平台进行了缺陷模拟试验,对相同缺陷状态下GIS运行振动信号进行了检测分析。结果表明,文中所分析的126 kV GIS设备内部出现屏蔽罩松动缺陷时,振动信号中的主频会发生偏移,300 Hz特征频率明显增大,仿真和试验一致性较好。文中的研究成果可用于GIS屏蔽罩松动缺陷下的振动信号异常判断,采用的数值仿真及试验模型相结合的分析方法也可为更多缺陷类型研究提供思路。

基于改进GCC算法的交流配电电缆局部放电在线定位方法研究

由于受到电磁噪声等因素的影响,现有的电缆局部放电定位方法不能准确定位放电故障。为处理该问题,在双端定位法的基础上,提出一种面向工程实际应用的电缆局部放电信号在线定位方法。基于改进的广义相关算法估计信号时延,并考虑局放信号的波速不定性,采用修剪均值数据滤波算法提高多定位样本下的局部定位精度。最后在仿真及试验中,通过与传统时延估计法进行对比,对所提方法的准确性进行验证。试验结果表明,相比传统的时延估计定位方法,所提方法在环境干扰严重、检测设备采样频率受限的条件下,能够有效提高时延估计精度,减小定位误差,试验定位相对误差为0.47%,满足工程实际要求。

电-气-热耦合能源网络的互动逻辑时序优化仿真

为规避电-气-热耦合能源网络互动逻辑冲突,确认电-气-热耦合备用容量,提出电-气-热耦合能源网络的互动逻辑时序优化仿真方法。建立由电力和燃气2个部分组成的电-气-热耦合能源网络动态模型,依据电-气-热耦合能源网络动态数据建立其互动逻辑时序模型,按照该模型的约束条件,使用帝国竞争算法对电-气-热耦合能源网络互动逻辑时序模型进行帝国形成、通化机制、帝国竞争分析,完成优化求解和时序优化互动逻辑。实验结果表明,该方法可有效优化电-气-热耦合能源网络的互动逻辑时序,使其火电开机容量得到有效降低,同时也提升了耦合能源网络的备用容量。

局部放电定位中UHF信号到达时延估计法的研究

对基于超高频法变压器局部放电定位中的信号时延估计法进行了研究。

气体绝缘开关直线和T型结构中电磁波传播特性的仿真

采用有限时域差分法(FDTD)对由局部放电产生的电磁波在GIS典型结构(直线和T型结构)中的传播特性进行了仿真研究.通过设置不同的电磁波激发方向、对比不同测量角度的信号时域和频域特征、以及比较两种结构的仿真结果,获得了TEM模波和TE模波在直线和T型结构中的传播特性,以及T型结构产生的反射波特征等.仿真结果表明:电磁波信号在GIS典型腔体中传播时,信号峰峰值和能量受模波速度色散效应的影响,在离激励源较近时衰减较大,远离激励源时衰减较小;T型结构会发生模式转变效应,将在反射和前行电磁波中产生新的模波分量;TEM模波无截止频率,其传播不受结构的影响,在GIS同轴腔体中传播衰减较小.

GIS直线与L型结构中电磁波传播特性的仿真研究

本文使用有限时域差分法(FDTD)对由局部放电产生的电磁波在GIS典型结构(直线型和L型结构)中的传播特性进行了仿真研究。通过设置不同的电磁波激发方向、对比不同测量角度的信号时域和频域特征、以及比较两种结构的仿真结果,获得了TEM波和TE模波在直线型和L型结构中的传播特性,以及L型结构产生的反射波特征。仿真结果表明,影响电磁波传播的因素主要包括电磁波激发方向、模波速度色散和模波模式转变等。

GIS内典型绝缘缺陷的局部放电信号超声特性分析

为了研究组合电器(GIS)典型绝缘缺陷局部放电信号的超声波特性,在一段110kV GIS试验段上,设计和模拟了GIS中的母线金属尖刺缺陷、筒壁金属尖刺缺陷、悬浮电位缺陷、盆式绝缘子内部气泡缺陷、自由金属颗粒缺陷等5种典型局部放电模型和铁心电磁振动模型,使用超声波法对其放电和振动信号进行检测。结果表明,不同缺陷的局部放电或超声信号在幅值、相位特征、相位分布(PRPD)谱图特征等方面会呈现不同的特点,为缺陷的模式识别提供了试验依据。

高压断路器机械故障诊断技术

高压断路器安全可靠运行具有十分重要的工程意义。文中在调研高压断路器常见机械故障类型的基础上,探讨了不同故障产生的原因。评述了目前国内外高压断路器机械故障诊断技术,从机械故障特征量的提取以及故障识别的角度,对其进行了深入的分析。最后综合高压断路器机械故障诊断技术发展现状,指出了目前机械故障诊断急需解决的问题及其发展方向。

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。

GIS中典型缺陷局部放电的超声波检测

为了研究超声波法在GIS中局部放电检测中的应用,在实验室以一段220 kV电压等级的GIS母线腔体为试验对象,设计和模拟了GIS中典型的局部放电模型,使用超声波方法对其放电信号进行检测。实验结果表明,不同缺陷类型的超声信号在波形、幅值和PRPD图上会呈现出不同的特点,通过对GIS腔体不同位置的检测,可以精确的定位出缺陷位置。研究表明,超声的方法在检测GIS局部放电信号时有较好的灵敏度和精确的定位,检测结果为今后对GIS局部放电模式识别提供了试验依据。

气体绝缘组合电器多局部放电源的检测与识别

介绍了基于宽带检测的气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)多局放源检测与识别技术。该技术由脉冲群快速分类和基于最小二乘支持向量机(least square-support vector machine,LS-SVM)的基于相位分布的局部放电谱图(phase resolved partial discharge,PRPD)识别2个主要模块组成。其中脉冲群快速分类模块由基于脉冲波形的时频参数提取和竞争学习网络无监督聚类实现,它将脉冲群分为若干个由相同波形特征脉冲组成的子脉冲群。PRPD放电谱图识别模块对各子脉冲群对应的PRPD谱图进行放电指纹提取,并使用GIS绝缘缺陷特征数据库训练得到的LS-SVM判别函数对各子脉冲群进行识别。仿真和试验结果均验证了该技术的可行性和实用性。

油中局部放电检测脉冲电流法与超高频法比较

为了研究局部放电检测中超高频法参量与脉冲电流法参量之间的关系,比较分析了局部放电检测中超高频法和脉冲电流法在原理上的区别。利用脉冲电流法和超高频法对油纸绝缘的几种典型模型下的局部放电活动同时进行测量,比较分析同一模型下的局部放电中超高频法参量与脉冲电流法参量之间的关系并探讨了局部放电检测中脉冲电流法对超高频法的标定问题。研究表明,在反映放电活动强弱上,超高频法的参量和脉冲电流法的参量之间有着相同的变化趋势,但是二者之间不存在直接的线性关系。

超高频方法在变压器局部放电检测中的应用

为了探讨局部放电超高频检测技术的应用,将数字化测量和超高频检测技术相结合,分析了局部放电超高频检测技术的原理。在简要介绍了局部放电超高频检测系统硬件和软件的组成后,实测并分析了检测系统的抗干扰性能。通过变电站电力变压器的现场局部放电测量,及时发现了设备的局部放电水平异常,避免了事故的发生。分析和实测表明,超高频方法较其它方法相比能有效避开电晕干扰,更易于发现设备绝缘系统早期绝缘缺陷,检测结果能准确反映设备绝缘状况,适用于电力变压器局部放电在线监测。

基于宽带检测的局放脉冲波形快速特征提取技术

根据电工设备绝缘存在多局放的工况,提出研制基于单个脉冲的局放宽带检测与模式识别在线监测系统。并指出研制该系统需要解决脉冲群快速分类这一关键技术,其由脉冲波形的快速特征提取以及基于波形特征的快速聚类分析组成。本文针对100Ms/S采样率获取的宽带脉冲波形-时间序列,提出分别使用幅值参数法、等效时频法和时频熵法对局放脉冲波形的特征参数进行提取。在对人工设置的多局放源产生的脉冲群数据进行波形特征提取后,使用模糊聚类对脉冲群波形特征提取结果进行了对比分析。结果表明:三种波形特征提取方法均能在一定程度上很好地分离干扰源而提取出局放数据。GIS母线尖刺缺陷的试验数据处理同样证实了该技术的有效性和可行性。这为研制基于单个脉冲的宽带局放检测与模式识别在线监测系统提供了实用的脉冲波形快速特征提取技术。

局部放电脉冲群的实用快速分类技术及应用

对108次/s高速采样率获取的超宽带局放脉冲波形-时间序列,使用等效时频法提取了局部放电脉冲群的波形特征参数,并研究了模糊C均值聚类算法的特性及其在局部放电脉冲波形特征向量参数处理中的应用.基于GIS的局部放电试验数据处理表明:由等效时频特征提取和模糊C均值聚类分析组成的局部放电脉冲群快速分类技术可以对多个局部放电源构成的脉冲群进行准确分类.这为研制基于单个脉冲的局部放电超宽带检测与模式识别系统提供了实用的脉冲群快速分类技术.

气体绝缘开关内自由运动金属颗粒的超声波信号特性

为了研究气体绝缘开关(GIS)腔体内自由运动金属颗粒的超声波信号特性,首先简单分析了自由颗粒在电场中的受力,然后设计了一个模拟此类缺陷的模型,并测量了不同尺寸和形状的自由运动颗粒产生的超声波信号,最后分析了这些信号的工频相位相关性、幅值以及飞行时间等几个要素的特性.试验结果表明:当颗粒静止不动发生放电时,超声波信号幅值较小且有较强的相位相关性;当颗粒自由跳动时,信号幅值非常大且相位相关性较弱,颗粒的尺寸和形状会影响颗粒的飞行时间;与球状颗粒相比,丝状颗粒的飞行时间随电压的升高有更显著的变化,因此它们对GIS绝缘劣化的影响严重度不一样;这些信号的幅值、颗粒飞行时间的变化分布具有周期性.

基于超高频法的局部放电定位初步研究

为了快速准确地对局部放电源定位,从而迅速排除故障、保障电力系统的正常运行,笔者描述了基于到达时间差定位的原理,并分析了影响定位精度的因素,即时差测量、局放源相对于各个接收天线的位置以及传播速度v等的影响。介绍了以信号初始峰、累积能量曲线的拐点、基本相关性以及三次样条插值和相关性相结合的方法为基准读取时间差的4种方法,通过比较分析得出利用三次样条插值和相关性相结合的方法为基准读取的时间差最接近理论时差。最后利用模拟退火法计算出了放电源的位置,实现了对单一局放源的定位。

电力变压器局部放电特高频信号外部传播特性研究

针对变压器箱体的接缝处可以衍射出局部放电特高频(UHF)电磁波信号的现象,在分析变压器箱体接缝对局部放电特高频电磁波传播影响的基础上,探讨了接收天线外部检测特高频信号的可行性,并通过实验研究了局部放电特高频电磁波的外传播特性,通过对信号进行小波包分析,比较了外部接收和内部接收信号的差异.结果表明,特高频电磁波可以透过变压器箱体接缝衍射出来,且频两者谱能量分布并非完全一致,外部检测到的特高频信号距离接缝的远近具有不同的表现形式,强度随着变压器箱体缝宽增大而增大.研究工作为变压器局部放电外部检测提供了理论指导.

基于超高频窄带法的GIS局部放电的研究

为了提高GIS运行的可靠性,笔者简要说明了超高频法检测GIS局部放电的原理,并在实验室以一段220 kV电压等级的GIS母线为试验对象,设计和模拟了GIS中典型的4种局部放电模型,并使用自主研发的超高频窄带检测系统对其局部放电信号进行检测。试验结果表明,该超高频窄带系统能有效测量GIS局部放电信号,同时获得了不同类型缺陷所产生的超高频信号及其对应的特征,为今后GIS局部放电模式识别提供了数值依据。