基于鲸鱼算法的变压器局放超声内部定位研究

变压器绕组因绝缘缺陷引发的局部放电危害供电系统安全运行,目前针对局部放电的检测受电磁干扰、传感器布置方式等因素的影响较大。为此,文中提出了在变压器检修口处内置传感器的布置方式,并采用鲸鱼优化(Whale Optimization Algorithm,WOA)算法对局部放电点进行定位估计。通过COMSOL建立三相变压器绕组模型,仿真分析了超声波在变压器绕组内的传播规律,并得到了WOA算法定位所需的时延信息。仿真结果表明,对于B相高低压绕组的局放点,应用WOA算法的非对称四边形阵列的布置方式比对称四边形阵列的定位误差更小,平均误差为3.9 cm;对于A相,在变压器检修口处内置两个检测点可以有效定位局放点,平均误差为5.1 cm。文中结果可为现场变压器局部放电定位提供一定的参考。

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。

XLPE电力电缆中局部放电检测及定位技术的研究现状

综述了XLPE电力电缆局部放电检测技术的研究现状,重点介绍了用于电缆的各种局部放电检测技术和定位方法。根据检测原理及选用传感器的不同,目前电缆局部放电的检测方法大致有声发射法、电容耦合法、电感耦合法、超高频法和方向耦合法等。对于电缆而言,局部放电源定位具有重要的实际意义,笔者在讨论电缆信号传输模型的基础上,给出了目前主要的定位方法,包括时域反射法及多种改进技术。根据各种方法优缺点的综合比较,对各种方法的适用性分别进行了论述,同时结合电缆局部放电检测的实际需求,对未来的研究方向进行了展望。

采用特高频检测技术的局部放电源定位方法

局部放电的发生伴随着电磁波的发射,电磁波在特高频段(300MHz^3GHz)的抗干扰能力很强,因此通过接受该频段的电磁波进行局部放电的检测与定位很有研究前景。近年来特高频法(ultra high frequency method,简称UHF)在局部放电的检测与定位工作中得到广泛推广。为改进确定时延的方法,准确定位放电源,采用了特高频法和信号传播时延来实现对局部放电源的定位。该法采用信号初始峰值法、相关法和能量最小值法求取信号传播时延,通过比较讨论3种方法的优劣,确定了一套求取时延的方案。最后用空间搜索法实现对缺陷中局部放电的定位。

电气设备局部放电检测技术述评

局部放电检测被认为是电气设备最为重要和有效的绝缘状态评估方法,在电气设备绝缘状态的诊断和评估中得到了大量的研究和应用。从局部放电的检测方法、缺陷类型的模式识别及局部放电源的定位等几个方面进行归纳,综述了这些方面近年来的重要研究成果。讨论了带电检测和在线监测、不同检测方法的局限性、局部放电源的危险程度评估方法及不同类型电压作用下局部放电的检测等目前局部放电研究及实践中存在的问题,提出了今后研究和应用中可能的发展方向。认为应加强在线监测系统的可靠性和准确性,研究不同检测方法对不同缺陷检出的有效性,研究对局部放电检测结果更为合理和科学的评估方法,并进一步深入研究不同类型电压作用下的局部放电特性和检测方法。

采用超高频法监测变电站设备局放水平及其早期预警

变电站内电气设备存在绝缘缺陷可能在运行时尤其当运行状态或运行环境改变的情况下发生局部放电(PD)从而辐射出超高频(UHF)电磁波到变电站空间中。为研究用UHF法监测变电站电气设备PD,用一套固定天线阵列及其配套设备实现监测整个变电站PD及早期预警的目的,在变电站中心位置安装全向天线传感器组成的固定阵列来接收变电站空间中电气设备因PD辐射出的UHF信号,根据检测到的信号判定PD的发生并找到存在PD的电气设备;以宽频带、高增益、水平面(H面)全向性的盘锥天线为UHF传感器构建了监测系统,在变电站试验中系统检测到了放电信号,成功定位了位于隔离开关处的放电源。现场实测结果表明这是一种具有实用价值的变电站全站PD监测及早期预警方法。

基于暂态地电压的开关柜局部放电仿真研究

分析了开关柜内部发生局部放电时,开关柜外表面暂态地电压的产生机理。基于有限积分方法,通过CST软件建立了开关柜仿真模型,研究了局部放电脉冲源的幅值、频率对TEV信号的影响。仿真结果显示:TEV信号的幅值与局部放电源的幅值成正比,局部放电源的频率越高,TEV信号越强;在开关柜表面传播时,不同探测点的TEV信号之间会有时延,提出了通过在开关柜表面布置多个TEV传感器,对开关柜内部局部放电源进行初步定位的方法。

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。

用于电力变压器局部放电定位的超声波相控阵传感器的研制

针对电力变压器中局部放电的准确定位问题,将超声波相控阵技术引入局部放电定位中.基于超声波相控阵理论,考虑在运行变压器中的应用环境,在对传感器各个组成部分的材料及特性进行综合分析的基础上,研制成功了16×16阵元的平面超声波相控阵传感器.该传感器具有阵元数多、尺寸小、定位精度高及可适用于高温液体中的优点,适合于放入变压器内部进行信号的接收,传感器单个阵元中心频率为150kHz,带宽为100kHz.使用压电声源和油间隙放电等模拟实验对阵元的性能进行了实测,结果表明,该传感器能够对局部放电产生的超声波信号进行灵敏接收.实验室中的模拟定位实验结果表明,该传感器适用于对变压器中局部放电的定位.

超宽带射频技术对变压器多局部放电源的定位

电力变压器局部放电故障大多是在很短时间间隔内相继出现多个放电源,因此对于多放电源的有效定位是定位技术成功的关键,为解决多点局部放电源的定位问题,采用基于最短光程原理的超宽带射频定位技术,用4阵元传感器阵列检测局部放电源激发的电磁辐射波,获取3个相对时延作为计算参量,利用时间差算法实现对局部放电源空间几何位置进行搜索定位,在实验室环境下进行了空间多点模拟局部放电源的定位试验,多放电源的定位误差控制在10cm以内。此外,还介绍了最近在现场真实设备上进行局部放电定位的探索研究,为该技术向实用化方向的发展做出了有益的尝试。

变压器局部放电的泰勒?遗传综合定位法

基于变压器时间差定位法的双曲面方程,提出一种用于变压器局部放电源定位的泰勒?遗传综合算法。该算法采用最大似然估计法建立最优方程寻求局部放电源出现最大概率的位置,通过泰勒展开将似然函数线性化,再由遗传算法全局搜索为泰勒展开提供合适的初始点,并利用定位双曲面函数方程个数多于定位所必须的最低个数时出现的冗余数据融合,不断修正定位结果,使得定位寻优过程快速。研究结果表明,冗余信息的增加能有效改善定位精度,利用遗传算法寻找合适的初始点大大提高了泰勒算法的可行性。

用于油中局部放电定位的超声波接收阵列的定向算法比较

为了减少16×16超声阵列传感器的阵元数和后续电路的成本,已研制了13阵元的L形和25阵元的十字形超声阵列传感器。该文利用这两种超声阵列,对双边相关变换(two-sided correlation transformation,TCT)的宽带聚焦算法、基于四阶累积量的阵列扩展算法以及二者相结合的算法进行了对比研究。宽带聚焦算法可很好地适应局部放电辐射的宽带超声信号,四阶累积量对这两个阵列虚拟扩展后,可分别达到97和193个阵元的阵列性能。对比研究了3种算法对局部放电辐射宽带超声波的适应能力,以及对局部放电源来波方向的准确性估计。对单个和两个局部放电源进行的定向仿真和试验结果表明,采用宽带聚焦算法和四阶累积量的阵列扩展算法二者相结合的算法,对局部放电源的定向精度高,误差均小于2°,形成的空间谱谱峰尖锐,因而具有很好的宽带信号处理能力和噪声抑制能力。这进一步为阵列技术在电力变压器局部放电定位中的应用提供参考。

采用时域有限差分法分析开关柜中超高频信号传播特性

为研究开关柜内部各部件对超高频信号传播的具体影响,优化开关柜内超高频传感器的安装位置,运用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法,建立了开关柜1:1精确模型,并对不同部件对电磁波传播的影响进行了仿真分析。仿真结果得出:电流传感器(current transformer,TA)和母线对电磁波信号有较强的衰减作用,绝缘子会引起明显的波形畸变,而断路器对电磁波信号的影响有限。通过在仿真模型中不同位置设置放电点和检测点,综合考虑不同放电情况下各检测点的总体检测效果及检测波动性,并通过试验验证,最终确定了开关柜前柜底板右侧为传感器最佳安装位置。

基于多平台测向及全局搜索的局部放电超声阵列定位方法

局部放电定位检测是电气设备绝缘机理研究与质量监控的关键项目,是状态维修的重要基础,局放超声阵列定位方法可有效提高定位成功率及定位精度。传统方法中"测向交叉"原理会出现"异面不相交"和"误差累计"情况,降低了定位精度,据此,论文提出了一种基于多平台测向及全局搜索的阵列定位新方法。该方法首先以空间中到各条测向线距离和的最小值对应的点为局放源,再根据多次测向方位角、俯仰角结果及传感器位置,推导局放源坐标方程。然后采用云优化算法进行全局搜索,实现局放源的空间定位,有效地提高了局放超声阵列定位精度。最后搭建了局放超声阵列定位实验系统,开展了大量实验研究,实验结果验证了方法的正确性与优越性。

用于变压器局部放电源定位测量的高灵敏度超声波传感器的研究

本文论述了一种抗干扰能力强和灵敏度高的超声波传感器及其选择压电晶体的方法。

用于变电站放电源空间定位的特高频传感器研究

基于宽带单极天线理论,设计了一种可用于变电站局部放电空间定位的特高频传感器。该传感器采用椭圆单极贴片的结构,具有全向、宽频带、高灵敏度、驻波比低及群时延稳定等特点,能有效满足变电站放电源全向检测的要求,多个传感器可组成特高频传感器阵列,对放电源进行空间定位。实验室搭建的局放实验平台对该传感器的空间检测及定位性能进行了验证,并成功将由该传感器组建的传感器阵列用于了变电站现场放电在线监测。实验室实验及现场应用结果表明,该传感器能够满足变电站放电源空间定位的要求。

一种新型的放电源空间定位用特高频传感器

采用特高频传感器阵列对放电源进行空间定位可极大地提高电力设备状态检修的效率,该文在研究确立空间定位用特高频传感器性能要求的基础上,基于单极天线理论和曲流技术,设计了一种球面锥形结构的新型特高频传感器。通过仿真及实验检测,对该传感器的性能进行了系统的研究,并对影响传感器各项性能的因素进行了探讨。实验室搭建的局放检测定位平台对传感器阵列的空间定位性能进行了验证。实验结果表明:曲流技术的应用可实现传感器的小型化,本文研制的传感器在500~2 000MHz带宽内具有驻波比低、全向、高灵敏度、及群时延一致性好等特点,基于特高频传感器阵列的定位系统能够对放电源进行准确定位,方位角误差小于2°,能够满足局放源空间定位的要求。

基于UHF天线阵列的变电站局部放电全站监测研究与实践

变电站电力设备的局部放电全站监测是电力设备绝缘状态监测的发展方向之一,基于特高频传感器阵列的局部放电全站监测与定位方法是近几年提出的新方法之一。本文对该方法中基于传感器阵列中各传感器接收同源局部放电特高频脉冲信号的时延进行定位的基本原理和关键技术,包括信号传播、时延估计、定位算法和定位误差等问题,进行了详细探讨,并基于对所研制系统实际监测的变电站真型电力设备局部放电仿真试验数据和变电站日常运行实例所进行的分析,阐释了该方法的应用条件与改进方向。

计及局放信号传播特性的多源局放定位算法

为减小电缆局放定位过程中噪声干扰及反射干扰的影响,并实现多个局放源的定位,提出了一种基于局放匹配对识别及利用多组局放匹配对进行多源局放定位的算法,来提高在上述干扰工况中的定位精度。该算法利用局放信号的幅值突变特点以及在电缆中的传播特性来识别局放匹配对,再基于局放匹配对识别结果进行多源局放的定位,进而结合DBSCAN信号聚类方法来修正局放定位结果以实现对多源局放的精确定位。仿真结果表明,该多源局放定位算法能够在不同信噪比工况下,有效识别局放匹配对并精确估计出局放源的个数和位置,同时,由于利用了多组局放匹配对进行定位,其精确性比利用单组局放匹配对定位的精确性更高。