热氧老化EPR电缆绝缘局部放电特性及劣化机理

为了探究热氧老化后乙丙橡胶电缆绝缘的局部放电特性及劣化机理,文中通过典型柱–板电极对不同老化程度的乙丙橡胶试样进行了局部放电试验,并对其放电发展特性和材料理化性质进行了分析。结果表明:放电起始电压和闪络电压均随绝缘老化程度的提高而降低;根据放电过程中放电特征量的变化规律,可将放电过程划分为4个阶段:起始阶段、发展阶段、持续阶段、预闪络阶段,且不同老化程度试样的PRPD谱图在各阶段呈现出特定形状;老化后的试样表面气化或气体解吸附、内部添加剂成分析出导致试样表面出现"沟壑区"、白色块状物和"微孔",分子结构中的羰基等含氧基团、聚乙烯和聚丙烯等自由基数量的增加是乙丙橡胶绝缘在热氧老化后更易出现局部放电的关键原因。     

基于多尺度纹理特征的EPR电缆终端故障诊断方法

高速铁路列车中乙丙橡胶(EPR)电缆终端常因制作过程中操作不当而导致出现多种缺陷,造成终端局部放电甚至击穿的现象,对检测到的局部放电信号进行准确分类仍然是亟待解决的难题。分别制作了含尖端、环切划伤、金属微粒、气隙4种典型缺陷的终端试样,通过试验记录了各类试样的放电谱图信息。基于试验得到的局部放电谱图库,提出通过图像金字塔理论,构建多尺度局部放电谱图空间,并从中提取1阶纹理统计量、2阶纹理统计量及高阶纹理统计量作为缺陷类型识别的特征参量。同时,结合随机森林算法,基于gini指数完成了特征空间寻优工作,实现了对缺陷类型的正确分类。结果表明：通过随机森林算法,多尺度纹理特征的模型误差率和分类准确率明显优于单尺度纹理特征,能较好地对终端典型缺陷进行分类;同时,由于气隙缺陷和划伤缺陷的放电机理存在相似性,二者缺陷处的局部放电特征同样存在相似现象,因此气隙缺陷和划伤缺陷的分类较易出现误差,导致其识别率偏低,还需针对其图像特征参数和识别算法继续开展研究。     

基于图像特征挖掘和深度森林的配网电缆终端故障诊断方法

为及时、准确诊断出配网电缆终端早期、潜伏性故障,提出了一种基于图像特征挖掘和深度森林的配网电缆终端诊断方法,采用深度自编码器对局部放电图像进行深度特征挖掘,结合深度森林网络对典型终端故障进行诊断.通过现场实测数据验证,该方法对三种典型故障的诊断率均保持在90％以上,且识别时间在10 s内,能够快速、准确、高效地对配网电缆终端故障进行诊断,识别率和识别时间均优于传统故障方法.     

内部气压下电缆电树枝不同生长阶段的局部放电统计参量研究

交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘电热老化产生的气体会在绝缘层或绝缘材料微孔内产生局部高气压,为了研究内部气压作用下XLPE电缆绝缘的老化特征,分别以XLPE短电缆和电缆绝缘层切片为试验样品,搭建了试验系统,研究了局部气压作用在绝缘层或绝缘材料微孔内时的局部放电及其绝缘老化特征,并采用局部放电矩特征分析局部气压作用下XLPE电缆局部放电特征参量与绝缘老化程度之间的关系,探讨将其应用于交联聚乙烯电缆绝缘老化评估的可能性。结果表明:局部高气压使电树枝通道内局部放电加剧,绝缘老化加速;微孔内的气压相较于绝缘层气压对电树枝内局部放电的促进作用更加明显;最大放电量相位分布H_(qmax)(φ)谱图的偏斜度Sk、峭度K_u和放电次数相位分布H_n(φ)谱图的放电相位分布可作为评估XLPE中电树枝发展阶段的标准。     

基于改进残差网络的电缆终端缺陷识别方法

针对动车组乙丙橡胶电缆终端缺陷局部放电识别准确率低的问题,提出一种基于改进残差网络的车载电缆终端缺陷识别方法。首先制作了含4种典型绝缘缺陷的电缆终端,搭建局部放电检测平台获取不同缺陷状态的局部放电信号、建立数据集;然后利用特征变换将局部放电一维时序信号转换为二维拓扑特征图像,从而增强缺陷类别的可区分性;最后,在残差网络ResNet101模型中加入注意力机制,同时融合Center和Softmax损失函数进行训练和识别分类,进一步提升准确率。测试结果表明,该诊断方法对电缆终端局部放电的识别准确率高达97.3%,相比于其他传统缺陷诊断方法,模型的识别精度更高、均衡性更好。     

基于PDC的多应力老化乙丙橡胶电缆绝缘状态评估

为了能准确地评估乙丙橡胶电缆的绝缘老化状态,搭建了多应力加速老化试验系统。测量了不同老化周期后电缆试样绝缘的极化与去极化电流,通过等温松弛理论和扩展德拜模型分别提取了老化因子A和低频介质损耗因数(tanδ_(0.1 Hz))来评估电缆绝缘的老化状态。结果表明:老化因子A与tanδ_(0.1 Hz)对表征乙丙橡胶电缆绝缘的劣化状况具有很好的一致性。随着老化程度的加深,老化因子A呈指数增长规律,tanδ_(0.1 Hz)也逐渐增大。由PDC法得到的老化因子A和tanδ_(0.1 Hz)都能较好地评估乙丙橡胶电缆的绝缘状态。     

XLPE电缆典型缺陷局部放电特性研究

实时准确地监测电缆内部绝缘缺陷的局放量对电缆状态的评估意义重大。介绍了一种基于新型差分电容传感器的内置局部放电检测系统,该系统可精准测量检测部位的局部放电。同时设计并构造了3种绝缘缺陷模型,分别采用内置式局部放电检测系统和试验室局部放电检测系统对缺陷电缆接头进行局部放电检测,试验结果证明该检测系统与试验室局部放电检测系统的放电相位及相应趋势完全一致,验证了该系统的可靠性。最后分析3种缺陷模型下获得的PRPD谱图,结果表明不同缺陷模型的局部放电信号特征明显,能真实反映电缆接头放电机理,为进一步进行放电类型的模式识别提供了试验依据。     

基于概率神经网络的油纸绝缘老化诊断技术研究

对油纸试样进行加速热老化处理,根据聚合度变化将其老化过程划分为5个老化阶段;基于气隙放电模型进行局部放电试验,采集不同老化阶段油纸试样的PRPD图谱;利用统计算子提取特征量,采用因子分析法(FAM)对原始特征数据降维,比较降维前后特征数据的聚类特性;建立概率神经网络(PNN)模型识别油纸绝缘的老化阶段,作为对照,搭建反向传播(BP)神经网络模型以及支持向量机(SVM)模型,使用相同的数据对其进行训练,比较三者的识别结果.结果表明:老化会导致纸板内部产生孔隙,从而促进局部放电的发生;与其他模型相比,FAM-PNN模型在识别准确率和运算效率上具备明显优势,使用FAM-PNN模型可以准确高效地对变压器油纸绝缘的老化状态进行评估.     

修复液抑制XLPE电缆局部放电的有效性研究

针对XLPE电缆中存在水树缺陷引起局部放电导致电缆绝缘迅速劣化的问题,提出了一种通过注入修复液修复电缆水树缺陷抑制电缆局部放电的方法,从XLPE电缆试样局部放电特征及缺陷表面微观形貌结构两方面研究修复液对XLPE电缆局部放电的影响。采用水针电极法加速XLPE电缆绝缘水树老化,并对生成水树缺陷的电缆试样进行注入式修复,测试分析修复前后电缆试样的局部放电特征,并对修复后电缆试样缺陷处的表面形貌特征进行分析。此外,建立XLPE电缆水树缺陷的有限元模型,结合水树缺陷处电场仿真进一步阐述修复液对XLPE电缆局部放电的影响机理。结果表明:修复后XLPE电缆局部放电的放电幅值和放电次数均大幅减小,表明修复液可以抑制电缆局部放电的发展,减缓XLPE电缆绝缘的劣化。     

基于局部放电的电力变压器油纸绝缘状态评估关键问题分析

目前局部放电(PD)已作为绝缘状态质量监控的重要指标,但基于局部放电的变压器油纸绝缘状态评估并无广泛工程应用。为此,总结基于局部放电的变压器油纸绝缘状态评估的研究成果,并提出需要深入研究的方向与未来发展趋势,以为后续研究提供基础。通过讨论分析油纸绝缘局部放电特性、油纸绝缘局部放电模式识别、油纸绝缘老化评估及油纸绝缘缺陷发展程度诊断4个问题,得出:不同电场类型下,油纸绝缘局部放电的起始放电特性和波形特性差异较大;在局部放电模式识别中,时间序列谱图与相位分辨局部放电(PRPD)谱图相结合的识别率最高,可达95%;图谱多元特征量的提取、降维、分类以及识别是老化评估的必要步骤;局部放电程度可分为起始、发展、严重、危害4个阶段。研究表明针对不同问题的特征量灵敏度分类以及缺陷诊断与老化评估的综合分析是需要深入研究的方向。此外,多维信息融合评估是未来变压器油纸绝缘在线评估的发展趋势。     

基于随机森林的油纸绝缘老化阶段评估

为了更准确地评估变压器油纸绝缘老化阶段,提出了一种基于EMD-SVD特征和随机森林分类器相结合的识别方法。搭建实验平台采集得到气隙缺陷样本的不同热老化阶段局部放电信号,去噪处理后对信号进行EMD-SVD特征提取得到相应局部放电信号特征量,并分别利用随机森林分类器与传统分类器BP神经网络和支持向量机对EMD-SVD特征进行分类识别。结果显示随机森林分类器识别效果优于传统分类器,对于提取的油纸绝缘局部放电信号EMD-SVD特征,随机森林分类器分类能力更强。分析表明首次将EMD-SVD特征与随机森林分类器相结合应用在油纸绝缘热老化阶段识别方面能够取得更好的效果。     

灰度纹理与油气特征融合的油纸绝缘老化状态评估

针对单一局部放电特征辨析老化信息量存在精度不足的问题,提出一种基于局部放电灰度纹理特征与油气特征的D-S证据融合识别方法,对油纸绝缘老化状态进行分析。首先,通过试验构造人工油纸绝缘内部气隙模型,模拟变压器内部实际运行环境,采集油纸绝缘7个老化层级的局部放电信号及油中气体含量,提取各老化层级的灰度纹理特征、统计特征及油气特征,利用支持向量机进行识别。将灰度纹理特征和油气特征的识别结果输入到D-S证据融合框架中进一步识别分析,识别结果与单一特征及其他两两特征融合结果比较。试验结果表明：基于灰度纹理特征与油气特征的D-S证据融合方法对油纸绝缘老化状态的识别效果更佳。     

灰度纹理与油气特征融合的油纸绝缘老化状态评估

针对单一局部放电特征辨析老化信息量存在精度不足的问题,提出一种基于局部放电灰度纹理特征与油气特征的D-S证据融合识别方法,对油纸绝缘老化状态进行分析。首先,通过试验构造人工油纸绝缘内部气隙模型,模拟变压器内部实际运行环境,采集油纸绝缘7个老化层级的局部放电信号及油中气体含量,提取各老化层级的灰度纹理特征、统计特征及油气特征,利用支持向量机进行识别。将灰度纹理特征和油气特征的识别结果输入到D-S证据融合框架中进一步识别分析,识别结果与单一特征及其他两两特征融合结果比较。试验结果表明：基于灰度纹理特征与油气特征的D-S证据融合方法对油纸绝缘老化状态的识别效果更佳。     

微水含量及老化状态对绝缘硅油介电特性的影响

长期电、热复合应力及潮湿环境作用下的绝缘硅油老化和受潮问题严重威胁电缆充油终端安全稳定运行.研究硅油的微水含量以及老化状态对其介电特性的影响,有利于推进介电测试手段在充油终端内填充硅油绝缘状态诊断的应用.因此,通过对未老化硅油实施自然吸湿实验与电热联合老化实验,分别制备得到6组不同水分含量及6组不同老化状态的硅油试样....     

基于卷积神经网络的高压电缆局部放电模式识别

由高压电缆不同类型缺陷诱发的局部放电(PD)的识别难度较大,尤其是某些相似度较高的电缆绝缘缺陷类型难以区分。提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的高压电缆PD模式识别方法,研究了不同网络层数、不同激活函数以及不同池化方式对识别效果的影响,并与传统的支持向量机(SVM)和反向传播神经网络(BPNN)算法进行了对比。结果表明,相比SVM和BPNN,CNN的总体识别精度分别提高了3.71%和4.06%,且能较好地识别具有高相似度的电缆缺陷类型。     

Development of extruded ethylene propylene rubber insulated superconducting cable

A superconducting power cable is one of the promising ways of underground transmission of huge electric power in the future. The authors have long proposed the idea of the extruded polymer insulation for superconducting cables. The prominent features of the design are to exploit the excellent electrical properties of polymer in the cryogenic temperatures and to separate the helium coolant from the electrical insulation. Although the extruded cross-linked polyethylene cable has proved ability at the liquid nitrogen temperature, the cable insulation cracked due to mechanical stress during cooling to the liquid helium temperature. To overcome this problem, ethylene propylene rubber (EPR) was selected as a new insulating material considering the good results of mechanical and electrical tests of EPR samples at cryogenic temperatures. An extruded EPR insulated superconducting cable 15 m in length was fabricated and a cooling test down to the liquid helium temperature and a voltage test at the liquid helium temperature were carried out with fair success. This is a breakthrough in terms of the electrical insulation design of cryogenic cables.     

基于粗糙集降维理论的GIS超高频局放包络模式识别方法

判断局部放电类型与局放包络信号之间的关系是实现评估气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的绝缘状态以及制定合理的维修策略的重要前提。笔者利用粗糙集降维理论,先对表征UHF PD包络信号的37个特征向量所组成的特征矩阵进行了离散化与差别矩阵约简,然后利用简约后的特征向量结合BP神经网络分类器,对4种不同类型的UHF PD包络信号进行了模式识别,结果表明此方法具有较高的识别率。     

基于力传感器的核电厂电缆绝缘老化检测分析

针对核电厂内错综复杂的仪控电缆服役时间较长,电缆绝缘和护套材料易发生老化的问题,对服役期内电缆绝缘材料进行无损老化检测设计。该设计方案采用力传感器测量绝缘材料的力与压痕深度,形成老化指数评估老化状态。测试结果表明,该检测方案可以有效检测和评价电缆绝缘老化状态,且无损于待测电缆。     

多应力条件下电缆附件局部放电的演变过程

电缆附件界面是多层复合介质绝缘结构,在温度、气压、电场等物理条件下都易产生局部放电(partial discharge, PD)。为了研究多种应力条件下局部放电的演变过程,在10 kV电缆终端中设计典型刀痕缺陷,并在实验室搭建“冷热负荷-工频电压-冲击电压”多应力条件下的协同老化平台,利用该平台对电缆进行老化试验,利用工频局放测试平台检测不同老化时间下电缆终端的局部放电。利用波动法对不同老化阶段下的电缆附件局放信号进行消噪,并采用阈值窗提取消噪后的局放信号中的PD脉冲,构建电缆附件局放相位分布(phase resolved partial discharge, PRPD)谱图。实验结果表明：多应力条件下,在不同老化程度下,刀痕缺陷电缆附件的局放经历三个“起伏”击穿,放电幅值存在多段式“增-减”的变化趋势。