基于多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断方法研究

气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear,GIS)机械缺陷是导致设备故障的重要因素,针对单测点、单证据机械缺陷诊断模型信息缺失和精度不足问题,该文提出一种多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断方法。首先,基于真型GIS设备振动模拟平台试验研究测点位置与缺陷类型对振动行为的影响特性;然后,联合统计分析、模态分解、尺度变换方法提出机械振动信号整体与局部信息关注的复合参数分析方法,引入主成分分析开展多测点振动信息的特征层融合降维;最后,提出改进放缩权重的Dempster-Shafer(DS)证据理论和Bagging投票机制的强/弱基学习器决策层融合机制,联合构建多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断模型。结果表明:不同类型机械缺陷信号的响应幅值、特征频点和畸变程度存在显著差异,复合特征参量大小及分散程度各不相同;同时,测点位置对缺陷信号的复合振动特征参量的表现形式及分布区间也具有一定影响;基于多层融合数据分析的诊断模型实现缺陷有效识别,辨识准确率为98.66%,相比单一分类器诊断效果提升5.83%。该文可为GIS设备机械缺陷诊断方法提供有价值的参考。

环氧复合绝缘内部缺陷超声自动检测系统

环氧复合绝缘子密度不均匀和内部集中缺陷严重威胁着气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear, GIS)的安全运行,目前超声检测方法存在缺陷检测不直观、效率低等问题。针对此,基于超声反射原理研制环氧复合绝缘材料内部缺陷超声自动成像系统。首先采用小波分析对非重复性超声回波信号进行降噪;然后对回波波形的相邻波峰时间差、电压峰值和电压相邻波峰间的零信号时间进行特征融合识别,得到试样缺陷的位置-超声特征数据集;最后实现环氧复合绝缘缺陷超声自动成像。分别用本文检测系统和传统检测方式对密度不均匀和不同深度、取向裂纹的环氧复合绝缘试样进行检测和对比分析。结果表明:该系统与质量体积法测量的局部密度误差小于4.8%;内部集中性缺陷检测结果和缺陷原貌具有一致性;检测效率较传统人工超声检测提升近6倍。该系统实现了环氧复合绝缘材料的内部集中缺陷和密度不均匀检测的统一,在绝缘子出厂试验和故障分析缺陷定位方面较传统人工检测方式在检测效率和直观性上具有一定优势。

高压输电线路复合绝缘子硅橡胶内部缺陷超声检测

本研究提出使用超声波技术检测高压输电线路复合绝缘子硅橡胶内部缺陷的方法,以不同内部缺陷的复合绝缘子硅橡胶试样为研究对象,选择透声层厚度为1/4波长的相控阵超声探头,通过直接接触法对试样进行多角度扫描、无损检测,通过ANSYS软件构建试样的二维截面有限元模型,分析缺陷情况。然后通过降低盲区和旁瓣影响、提升分辨率,提高复合绝缘子硅橡胶内部缺陷检测的准确性。结果表明:存在缺陷硅橡胶试样的超声波形与正常硅橡胶试样的超声波形差异较大,通过超声波技术可以有效检测复合绝缘子硅橡胶内部破损或结构贯穿缺陷,并准确定位缺陷的具体位置;复合绝缘子上的金属配件会影响超声检测的准确性。

高电场下ZnS:Cu 复合涂层的电致发光机理

输变电设备安装运行过程中不可避免产生各种绝缘缺陷,将电致发光材料引入绝缘系统,能够直观显示高电场区,进而实现绝缘缺陷的自检测。该文针对ZnS:Cu复合涂层在高电场下的电致发光机制进行研究,利用棒–板结构电极在变压器油与空气中的不同特点,通过发光分布、放电电流与表面电荷等特性的观测,分别考察在无放电和有放电情况下的电致发光特征。结果表明,ZnS:Cu复合涂层的电致发光来源于无放电时的电荷极化发光与高电场下的气体放电诱导发光,其中电荷极化发光分布与电场强度密切相关;放电起始后,气体放电沉积在涂层表面的正负电荷向ZnS:Cu迁移形成激子,进而以辐射跃迁的方式产生发光。实验获得了ZnS:Cu复合涂层的基本发光机制,对在电场分布定性表征与绝缘缺陷自诊断中的应用具有指导意义。

10 kV XLPE电缆中间接头复合缺陷电场分布仿真研究

以10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆中间接头为研究对象,基于Ansys Maxwell平台建立电缆中间接头的3D模型,除考虑气隙、受潮、导电颗粒和针尖等典型单一缺陷对电场分布的影响外,还结合现场实际安装过程,在较薄弱的部位施加几种复合缺陷,通过有限元计算分析中间接头内部的电场分布情况。结果表明:中间接头内部主绝缘存在复合缺陷时,缺陷处的电场强度随着其深度加深而不同,即使是微小的缺陷也会导致内部的电场分布发生畸变;XLPE处的导电尖端是电场强度最集中、畸变最严重的部位,样本数据的电场强度最大值高达6.365 MV·m^(-1),若不及时处理将导致绝缘击穿。该计算结果可供工程应用参考,用于指导中间接头的安装和预防绝缘击穿。

基于PCA技术的复合绝缘子内部缺陷太赫兹融合参量成像方法研究

近年来,复合绝缘子被广泛应用于输电线路上,但是在户外条件下长期带电运行发生老化、生产不达标和运输操作不规范,都可能导致内部产生缺陷。传统的单一太赫兹特征参量成像方法面临缺陷成像结果较模糊的缺点,不利于缺陷的有效识别。该文采用基于主成分分析(principal component analysis,PCA)技术的特征参量融合方法,基于融合后数据的成像结果质量得到了显著提升。首先,搭建可进行样品扫描和太赫兹信号采集的成像平台,并进行信号幅值、信号包络面积、信号功率值和频谱幅度值的成像。通过比较发现,频谱参数成像结果信噪比低于时域参量成像结果,但对于边缘的成像效果更好。将10个频段的频谱幅度均值计算结果进行融合并用于成像,得到的成像结果包含更多的特征信息,图像质量得到了大幅提升。基于Canny算子检测了缺陷边缘,结果显示基于融合数据的成像结果缺陷面积误差率比单一特征参量成像结果更低。最后,对含裂纹缺陷平板样品和含气隙缺陷真型复合绝缘子短样开展实验,进一步验证了该方法的有效性。

复合绝缘子内部缺陷微波致热检测方法

为了探测复合绝缘子的内部界面缺陷,文中提出一种基于微波致热的检测方法。针对电力系统中的常用设备——复合绝缘子的典型缺陷,结合电磁波理论,分析了微波在不同介电常数材料中传播特性的差异。通过有限元仿真分析,获得了含酥朽缺陷复合绝缘子在交流电压下的发热特性,并对比了微波作用下酥朽老化绝缘子与正常复合绝缘子发热特性的差异。使用实际出现朽化缺陷的芯棒样品,测试了微波加热后表面温升的特性,分析了微波入射方向、处理时间、功率对发热的影响。仿真与试验结果验证了微波致热检测绝缘子内部缺陷的有效性。通过对微波处理前后的样品开展质量监测、热失重、傅里叶红外光谱测试,分析了微波致热方法对复合绝缘子样品的劣化作用。

一起500kV复合绝缘子断裂故障分析

针对一起禁飞区500 kV复合绝缘子断裂导致导线掉线事故,依据现行标准对故障绝缘子开展了外观检测、材料性能试验和电气试验。综合现场事故调查情况和检测分析结果发现,由于复合绝缘子芯棒玻璃纤维与硅橡胶护套界面存在缺陷,在挂网运行多年后绝缘子芯棒老化,加之受运行环境综合影响,加剧了芯棒内部纤维化和整体结构变性,最终导致绝缘子酥朽断裂,进而发生导线脱串掉线事故。最后,给出无人机禁飞区、弱信号等区段线路复合绝缘子的运维策略及防范措施,以避免此类事故再次发生,确保电网安全稳定运行。

基于一维残差网络的复合绝缘子发热缺陷检测

复合绝缘子在不同缺陷类型下表现出不同的发热特征,基于复合绝缘子中心轴温度数据,提出了一种基于一维残差网络的复合绝缘子发热缺陷检测方法。首先,统计分析复合绝缘子不同缺陷类型下的异常温升范围及位置信息,得到各缺陷类型下的复合绝缘子中心轴温度数据样本集;然后,建立一维残差网络模型,在残差块中引入空洞卷积来扩大感受野,并加入有效通道注意力机制模块(efficient channel attention network, ECA_Net),提升与缺陷类别相关性较高的特征权重;最后,进行了算例验证及模型对比,同时采用t分布随机紧邻嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding,t-SNE)可视化方法,反映模型特征提取的效果。结果表明:该模型能够有效捕捉中心轴线温度数据的空间维度信息,自适应提取类别区分度较大的特征,相较于普通卷积、自编码器(auto encoder, AE)和支持向量机(support vector machine, SVM),其识别准确率得到了提升,具有较好的鲁棒性和泛化能力,实现了端到端的复合绝缘子发热缺陷检测。

基于红外成像的缺陷复合绝缘子温升特性分析

基于生产实际,通首至尾地对芯棒-护套气隙、芯棒内部气隙及工艺铁屑内部残留的3类复合绝缘子缺陷进行模拟,搭建高压试验平台对缺陷处进行激发使其产生温升,利用红外检测设备得到复合绝缘子的红外图像,分析不同缺陷类型下的温升特性。结果表明,3种缺陷绝缘子均存在温升现象,但发热现象有所差别,其中工艺铁屑内部残留缺陷温升达到4.5 K,发热区域自金具附近延伸至后两伞裙处,发热现象明显;湿度是影响温升的重要因素,湿度增加35%时芯棒内部缺陷的温升幅值增加73.67%。研究结果可为复合绝缘子内部缺陷红外检测及诊断提供参考。

护套厚度和表面污秽对微波反射法检测绝缘子内部缺陷的影响研究

微波反射因具有可以实现无接触测量以及操作简便的优势而适于实现复合绝缘子内部缺陷检测。在检测过程中,复合绝缘子自身状况也是影响检测结果的重要方面之一。本文重点考察了护套厚度、表面污秽对微波反射法检测结果的影响,研究得出护套厚度变化会显著影响微波检测结果,微波反射信号强度随护套厚度呈周期性曲线变化,但是在实际复合绝缘子中一般护套厚度偏差不会超过1.5 mm,相应地微波反射信号强度变化也限于在一定范围内波动;当护套表面干污秽的存在对微波检测结果影响微弱,但是污秽受潮成为湿污秽后则会产生显著影响,微波检测反射信号强度的衰减程度与积污程度呈正相关。

基于ICEEMDAN-SVM算法的复合绝缘子缺陷识别研究

为了对复合绝缘子进行快速、有效检测,提出了基于改进的自适应白噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)和支持向量机(SVM)相结合的缺陷信号识别方法 ,该方法将克服传统经验模态分解的模态混叠缺点,在对复合绝缘子进行超声导波检测时,可准确、快速识别回波信号,保障电力系统稳定运行。对绝缘子进行无缺陷、中部断面缺陷、中部气孔缺陷的有限元仿真,运用ICEEMDAN对绝缘子各缺陷类型的超声回波数据进行分解;计算出各模态下的样本熵、排列熵,并通过SVM进行复合绝缘子的缺陷类型识别。研究结果表明,基于ICEEMDAN与SVM的信号识别方法能够较好地提取复合绝缘子的故障特征并进行缺陷识别分类。

陡波试验寻找合成绝缘子内部缺陷有效性的检验

为了检验陡波试验对于发现合成绝缘子内部故障的有效性,分别模拟绝缘子内部不同部位有导电性、半导电性通道,小气泡长气泡和芯棒与护套间不粘连故障的绝缘子,并分别在故障绝缘子和正常绝缘子上施加不同陡度的陡电压波,同时用有限元分析软件计算绝缘子的电场分布,以确定绝缘子在陡波试验中是否会击穿,计算结果与实验结果相一致,研究结果表明陡波试验在检验合成绝缘子内绝缘严重故障方面很有效,但对一些小的故障不易检出。

水分和污秽对电场法在线检测合成绝缘子的影响

讨论 110 k V线路合成绝缘子的电场分布 ,分析了两种内部导通性缺陷的电场分布变化及水分和污秽对电场分布的影响。实验结果表明干燥条件下电场法可检测出某些类型的缺陷。水分和污秽使绝缘子的电场分布畸变 ,但较大的导通性缺陷仍可发现。

复合绝缘子隐蔽性缺陷检测方法

作为架空线路主要防污闪产品的复合绝缘子已大量应用于电网中,但现有检测方法不能有效检测复合绝缘子的隐蔽性缺陷(内部缺陷),一定程度上构成了电网安全运行的隐患。作者通过理论分析和大量试验,并与实际运行相结合,提出了改进的水扩散试验方法及参数作为新绝缘子及运行绝缘子的抽检试验项目,以有效检测复合绝缘子的内部缺陷及老化状况;同时提出利用机载红外成像设备定期巡视、检测运行复合绝缘子内部缺陷,以确保电网安全运行。

复合绝缘子内部缺陷超声相控阵柔性耦合检测

为解决小管径复合绝缘子内部缺陷在线检测中超声探头与绝缘子耦合困难的问题,提出了一种基于水囊柔性耦合的复合绝缘子超声相控阵检测方法。该方法利用材质与绝缘子护套声学特性接近的硅橡胶水囊实现探头与绝缘子的良好耦合。并分别进行了护套和芯棒的缺陷检测实验。实验结果表明:针对护套,水囊耦合法与传统水浸法均能够检测到直径1.0mm的缺陷,且二者相控阵扫描图像一致;针对芯棒,水囊耦合法能够检测到直径2.0 mm的多处缺陷,缺陷识别率高。实验验证了水囊耦合法应用于超声相控阵复合绝缘子检测的可行性,为输电线路复合绝缘子内部缺陷在线检测奠定了基础。

基于太赫兹波的复合绝缘子界面检测研究

复合绝缘子的交界面缺陷问题严重威胁着电网的安全运行。为了有效评估复合绝缘子的界面性能,研究基于太赫兹波的无损检测方法。首先理论分析了太赫兹反射波在不同性能界面中的传播过程。测试界面气隙、蚀损缺陷情形的太赫兹反射波,分析太赫兹波在含缺陷界面中的反射传播特性。针对气隙缺陷,提出通过太赫兹波形特征比对的定量检测方法;针对蚀损缺陷,提出基于波形差值的成像检测方法。根据太赫兹波形特征信息,可对界面气隙和蚀损缺陷进行分类诊断。对实际缺陷的测试表明,太赫兹时域反射波在复合绝缘子界面缺陷检测中具有较高的应用价值。

复合绝缘子沿面电场影响因素分析

研究不同状态下的绝缘子表面电场特征对提高绝缘子可靠性具有重要意义。笔者以220 kV交流复合绝缘子为例,借助于COMSOL有限元软件,对电场分布进行了计算分析,研究了均压环、表面污秽及内部缺陷对绝缘子沿面电场分布的影响。计算结果表明:加装均压环可以大大降低沿面最大电场强度,有效改善表面电场不均匀程度;污秽条件下,伞群和护套交接处电场畸变严重,但畸变程度不足以引发局部放电;粘结面存在空气隙时,气隙附近电场明显畸变,护套内外存在一个较大的电场梯度,当达到一定程度时会造成护套击穿。

基于超声导波的复合绝缘子检测

为实现对复合绝缘子缺陷的快速、准确检测,提出了基于超声导波检测复合绝缘子的方法,根据超声导波的传播理论,建立了单层玻璃芯棒和双层绝缘子简化模型并求解其频散方程;利用计算得到的频散曲线进行了两种模型的有限元数值仿真,分析了不同频率下的低频L（0,1）纵向模态导波检测绝缘子多种缺陷的灵敏度;依托理论分析和仿真结果进行了复合绝缘子检测实验。实验结果表明：采用30~150 k Hz低频L（0,1）纵向模态能够检测单层玻璃芯棒深度2 mm、周向长度8 mm的缺陷;将激励和接收点直接放在绝缘子硅橡胶上面进行检测,由于硅橡胶包覆层吸收导波能力强,会导致检测效果不明显,如果将激励和接收点换到玻璃芯棒上,采用40~100 k Hz低频L（0,1）纵向模态则可以检测复合绝缘子深度14 mm、周向长度40 mm的缺陷。理论分析、仿真与实验验证了超声导波检测技术应用于复合绝缘子缺陷检测的可行性,为检测绝缘子缺陷提供了一种新思路。

复合绝缘子微波无损检测方法的关键因素研究

为了减少复合绝缘子缺陷的故障隐患,研究使用微波反射法对复合绝缘子内部缺陷进行检测的方法。该方法利用微波在绝缘子内部各层交界面的反射特征来进行缺陷检测。采用波阻抗模型进行计算,从理论上验证了微波检测方法的可行性;采用有限积分法对不同厚度的硅橡胶环氧树脂组合样品进行建模仿真,与实验结果对比,得到了硅橡胶厚度与微波反射信号强度的对应关系,即幅度衰减的周期性变化规律;采用平板样品进行实验,研究了缺陷尺寸与检测精度之间的关系,实验中最小可以检测到平板样品内0.3 mm深、4 mm宽的缺陷;提出使用读数偏移量相对值来判断缺陷的方法,使得本微波检测法可以适用于不同型号的绝缘子。理论和实验结果表明,采用微波反射法对复合绝缘子缺陷进行检测具有良好的可行性。