油中局部放电超声直达波与混叠波的建模研究

有效识别超声直达波与混叠波信号是电气设备油中局放定位成功与否的关键。首先采用电-力-声类比原理建立局放超声信号的数学模型;接着对油中局放超声波传播时的折反射问题、衰减规律以及传播路径进行了理论分析,并对超声传感器接收到直达波与混叠波信号的时域波形进行建模;然后搭建实验平台,采集超声直达波与混叠波的实验波形,与仿真波形进行对比,多次实验结果表明,直达波与混叠波仿真波形与实验波形的相似度均为85%以上;最后采用相似度为85%的直达波实验波形与仿真波形进行局放定位,结果显示：采用实验波形进行定位,误差为8.3 cm,采用仿真波形进行定位,误差为5.2 cm,两者之间的定位误差相差较小,从而验证了该建模方法的正确性。     

基于ICA的变压器局部放电超声信号直达波分离研究

针对变压器局部放电超声波检测法存在的定位精度问题,分析了其主要原因在于时延选取的误差,而时延选取误差的主要原因是由于变压器局放超声信号传播规律极其复杂,通过超声传感器接收到的信号是直达波和非直达波以及各种噪声的混合叠加,只有正确分离提取出直达波的时延,才能提高定位精度。为此,本文提出了一种基于独立分量分析(ICA)的变压器局放超声信号直达波分离方法,通过单独分析直达波信号、非直达波信号以及噪声信号各自的主分量特征,运用ICA从混合信号中分离提取出直达波信号并选取时延。仿真和实验结果证明了该方法的可行性。     

一种新的电力变压器超声局部放电定位方法研究

近年来研究者已采用多种基于超声法的定位算法来确定电力变压器内局部放电源的位置,但多数方法会忽视超声信号复杂的传播路径对局放源定位的影响,造成较大误差。本文首先分析了由局放产生的声波信号在变压器内复杂的传播过程,尤其是超声信号穿过变压器外壳后被传感器接收过程中的波形转换现象。然后根据实际变压器尺寸建立了变压器模型,该模型中任意一个节点可代表一个局放源的潜在位置。在建立的模型基础上,提出了优化传播路径搜索算法,该算法可还原声波的传播过程并计算出从潜在局放点到传感器位置间的最快路径,进而实现局放源的精确定位。最后在35 kV变压器实验平台上进行了局放定位实验,结果优化传播路径算法的平均定位误差为18.3 cm,验证了该算法的可行性与精确度。     

基于多特征量的油中局放超声直达波识别研究

电气设备油中局部放电超声阵列定位是将阵列信号处理技术应用于局放超声检测中的一种新方法,其实质是通过相应的算法得到信号的方位信息,继而对局放源进行定位。研究表明,当超声传感器接收到直达信号时,可对局放源进行准确定位;当接收到混叠(多路径)信号时,会导致定位成功率和定位精度下降,甚至产生虚假定位。因此,有效识别超声直达波与混叠波信号是局放定位成功的关键。该文选取峰值因数、分形盒维数和李雅普指数作为局放超声直达波信号的特征参量;分别基于各特征量进行超声直达波识别的仿真研究,结果表明超声信号的混叠程度会对识别结果造成很大影响,利用BP人工神经网络,提出一种基于多特征量的电气设备油中局放超声直达波识别方法,仿真结果显示其识别成功率接近100%;最后在设定环境下进行油中局放超声直达波识别的实验研究,结果表明,采用单个特征量识别直达波和混叠波的成功率约为90%,基于多特征量的识别成功率为95%,验证了所提方法的有效性。     

基于多特征量的油中局放超声直达波识别研究EI北大核心CSCD

电气设备油中局部放电超声阵列定位是将阵列信号处理技术应用于局放超声检测中的一种新方法,其实质是通过相应的算法得到信号的方位信息,继而对局放源进行定位。研究表明,当超声传感器接收到直达信号时,可对局放源进行准确定位;当接收到混叠(多路径)信号时,会导致定位成功率和定位精度下降,甚至产生虚假定位。因此,有效识别超声直达波与混叠波信号是局放定位成功的关键。该文选取峰值因数、分形盒维数和李雅普指数作为局放超声直达波信号的特征参量;分别基于各特征量进行超声直达波识别的仿真研究,结果表明超声信号的混叠程度会对识别结果造成很大影响,利用BP人工神经网络,提出一种基于多特征量的电气设备油中局放超声直达波识别方法,仿真结果显示其识别成功率接近100%;最后在设定环境下进行油中局放超声直达波识别的实验研究,结果表明,采用单个特征量识别直达波和混叠波的成功率约为90%,基于多特征量的识别成功率为95%,验证了所提方法的有效性。     

基于稳健代价函数的移动台非直达波定位方法

加权线性最小二乘定位算法在直达波传播条件下具有良好的定位性能,但是在非直达波传播导致的大误差环境下,基于均方代价函数最小化的常规方法未能有效抑制大误差对算法的影响,仍存在进一步改进的余地.本文提出一种基于非线性稳健代价函数的非直达波抑制方法,仿真结果表明,该方法能较好的抑制非直达波误差对测距定位性能的影响.     

基于特高频传感器和TDOA数据库的电力变压器局部放电的定位

提出了一种基于特高频传感器和信号到达时间差来定位电力变压器内部局部放电的新方法.通过仿真变压器内部所有可能的放电点,建立TDOA数据库,采用切线传输模型和弗洛伊德(Floyd)算法解决信号在变压器内部遇到铁心等障碍物的传输情况.     

变压器局放超声传播FEM仿真分析

为了分析超声信号在变压器内部复杂环境中的传播规律,建立了三维变压器局放模型。采用有限元方法,对超声信号在变压器内部传播、衰减过程进行了仿真计算。仿真结果表明,超声信号在经过箱壁、绕组、铁芯时,产生折反射,幅值衰减较为严重,通过合理设置多个信号观测点,根据其信号初始峰值大小和到达时间,可判断放电源的大致位置和信号传播的路径。     

基于COMSOL的变压器中超声波传播特性

通过建立变压器仿真模型,分别研究了在局部放电源固定的情况下,声压在空间中的传播规律及其幅值变化情况、放电源位置对信号传播特性的影响及声波在铁心、绕组和变压器油中传播时的衰减规律。仿真结果表明,局部放电声爆炸发生后的1ms内,变压器内部声压的空间分布迅速发生变化,但是1ms之后无明显变化;变压器铁心和绕组中声压的变化幅度比油中更大,局部放电声爆炸以球面波形式的波阵面向周围介质传播;观察点离局部放电源位置越近,接受到的信号幅值越大;声波在铁心、绕组和变压器油中传播时,声压幅值在三个方向上因传播路径的差异随传播距离的增加经历不同的衰减。通过试验验证了仿真结果的正确性。该分析可以为变压器中超声波局部放电检测提供依据。     

振动分析法中混合信号分离算法的研究

振动分析法是电力变压器故障在线测量的一个有效手段,但混合振动信号分离则为一个难题。为解决变压器振动频响法,各振动源信号不易分离的问题,采用盲源分离算法对上述问题进行处理。首先介绍了盲源分离法的基本概念,包括fastICA与SDICA算法。然后对这两种算法在变压器振动信号分离中的适用性进行了分析。最后基于实验测得的实验信号,使用仿真手段分别对SDICA与ICA算法的影响因素和分离效果进行了研究。     

局部放电脉冲在单绕组变压器中传播过程的仿真分析

变压器所特有的绕组结构对局部放电脉冲的传播过程有重要影响。对传播过程的深入研究有助于正确理解测得信号所包含的信息。文章建立了局部放电脉冲在单绕组变压器绕组中传播过程的仿真计算模型，并结合不同放电位置计算了脉冲传播途径的传递函数。不同位置发生放电时，可利用同一测量点所测信号根据其幅频特性的不同来确定放电位置。     

基于改进PSO算法的变压器局部放电超声定位方法

电力变压器局部放电源超声定位已经演化为一个多学科的研究课题,具有明确的应用背景和重要的理论研究价值。研究了油中局部放电时超声波传播特性,建立了局部放电源超声定位的信号参数估计模型,将超声定位问题转化为一个带约束的非线性连续函数优化问题,在最优化框架内,应用了国际上最近提出的粒子群优化(PSO)算法进行求解。算例表明,文中算法具有计算效率高、通用性强、收敛速度快的优点,能有效防止结果陷入局部最优,计算结果明显优于最小二乘法。     

变压器局部放电检测声阻抗匹配研究

局部放电检测技术是变压器绝缘诊断的重要手段之一,而外置式超声法是目前使用较多的超声检测法。针对当前外置式超声检测法灵敏度较低的问题,文中研究了声阻抗匹配提高变压器局部放电超声信号透射强度的可行性。经理论分析发现,通过在变压器油和外壳之间加入匹配层,且满足匹配层声阻抗介于变压器油和外壳的声阻抗之间,能增大超声波信号的透射系数,获得了透射系数随频率变化的规律及中心频率和匹配层厚度的关系。模拟试验表明,在变压器油与变压器外壳之间加入声阻抗匹配层后,测得的超声波信号幅值约为未设置声阻抗匹配层侧的2倍,超声波信号的透射系数得到了显著增强,试验结果验证了声阻抗匹配提高实测超声波信号强度的可行性。     

外联网络对大型变压器中局放信号传播影响的仿真分析

大型电力变压器内部的局部放电信号经绕组向两端传播至监测装置,从而导致作为故障诊断基础信息的放电脉冲信号发生一定程度的衰减、振荡及时延。运用Saber仿真软件,利用典型的局部放电的波形,考虑电力变压器外联网络复杂程度以及变电站另一个变压器对其的影响,研究了局部放电信号在大型电力变压器在线监测系统中的传播特性。     

变压器的UHF法局放故障定位初探

分析变压器中主要结构部件对UHF电磁波传播影响后提出了基于最短光程原理定位变压器局放故障的思路。用模拟局放源和金属障碍物、变压器绕组试验研究UHF信号传播路径长度与传播时间关系的结果表明:存在金属障碍物时电磁波传播时延大于理论值,具体误差与信号传播路径上障碍物的遮挡范围有关;绕组的油道结构对信号虽有一定衰减,但对传播时延基本无影响,信号可穿透绕组以近直线传播。     

基于光纤超声传感器的油纸绝缘局部放电超声波信号特性试验研究

对变压器绝缘进行有效的局部放电在线监测,可及时发现变压器的绝缘缺陷,确保整个电力系统的安全运行。本文采用光纤超声传感器对油中局部放电超声信号在油、绝缘纸板、钢板、绝缘纸钢板组合介质以及铜线圈中传播时,超声波衰减情况、传播速度和波形变化进行了试验研究,结果表明:超声波在油、绝缘纸、钢板以及组合介质中传播时信号强度会衰减,但波形不会变化;铜线圈对超声波影响最大,不仅衰减严重,速度减小,而且波形也会发生畸变。最后在实体变压器中进行了实际测量,取得较好的检测效果。     

基于GA-BPNN的多频超声波变压器油密度检测研究

变压器油是电力变压器中的主要绝缘物质之一,油的密度指标与变压器的安全运行息息相关。文中基于多频超声波、遗传算法-反向传播神经网络(GA-BPNN)的原理,对变压器油密度进行了预测研究。以电网公司110组变压器油为例,其中100组为训练集,10组为预测集。建立了基于BPNN的变压器油密度预测模型,并将242维多频超声数据作为输入,密度作为输出。通过试验法确定了BPNN的隐层神经元个数,由此建立非线性映射关系,并用遗传算法优化BPNN的各层连接权值及阈值。结果表明,与传统的标准BPNN模型相比,GA-BPNN模型的变压器油密度值与实际值拟合度更高,误差更小。研究结果为检测变压器油的其他参数提供了可靠的依据。     

The study of PD propagation phenomenon in power network

This paper presents the measured and analyzed responses of the partial discharge (PD) when it propagates in a power network from its origin to the measuring nodes. On and offline measurements are done in a power network consisting of a 16.5-kV/250-MVA-rated power generator, busbar, and step-up transformer. The simultaneously measured PD at two ends of the busbar indicated that the intensity of PD decreased as it traveled a longer distance and the time interval of its occurrence had a finite delay indicating the dominant mode of PD propagation as a transmission line. Frequency-domain analysis indicated the presence of characteristic resonance frequencies and the number increased as the measuring node moved away from the PD origin. The offline measurement by injecting an exponential PD signal at the neutral indicated that the signal will be absorbed in the generator, and the signal at the measuring node will be attenuated by 50 times and will be distorted. Pspice simulation is used to develop the network model for the propagation path. The Pspice analysis indicated that the distributed models of generator, busbar, and lumped parameter models of a transformer can be used to match the offline measurement. The model showed that each model can have the characteristic resonant peaks depending on the selected parameters and it can distort the simultaneously observed PD at two different nodes.     

基于暂态对地电压和超声阵列信号的变压器局放定位方法

变压器局部放电的快速、准确定位对于及时排除故障隐患,保障电力系统的安全稳定运行具有重要作用,论文介绍了一种基于暂态对地电压和超声阵列信号的变压器局放定位方法。该方法首先以接收到暂态对地电压(TEV)信号的时刻为基准进行测距,并基于改进FastDOA算法对超声阵列信号进行测向,再根据测距和测向结果实现定位。改进FastDOA算法在传统FastDOA的基础上构造不同孔径的虚拟阵列,并对各虚拟阵列得到的估计谱值加权平均以减小伪峰的影响,可有效提高测向精度。在此基础之上,利用Matlab对基于改进FastDOA的测向算法以及超声阵列传感器结构参数的优化设计进行了仿真分析。最后研制了相应的传感器并搭建了变压器局部放电超声阵列定位实验平台,开展实验研究,结果验证了所提方法的有效性。