基于阵列信号处理的变压器内局部放电源多目标定位方法

提出了一种运用阵列信号处理技术实现变压器内多个放电源同时定位的新方法,该方法在变压器内壁安装两个超声波传感器阵列,通过传感器阵列接收目标空间辐射的超声波信号,应用阵列信号处理技术中的空间谱估计理论分析阵列传感器所接收信号的特征信息(信号源数、传播方向),并完成放电源数的估计、放电源方向的估计和放电源距离的计算,进而实现局部放电的多目标定位。仿真结果表明,该方法具有良好的分辨力和估计精度,能有效估计出变压器内多个放电点的空间位置。     

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。     

基于超高频和超声波相控接收原理的油中局部放电定位法仿真研究

提出一种基于超高频和超声波相控接收阵的局部放电定位法。该方法以分别检测局部放电产生的超高频和超声波信号的相控接收阵构成平面传感器,以超高频相控接收阵检测到的局部放电超高频电磁波信号作为时间基准,由此得出接收到的超声波信号的时延,进而计算出放电点与传感器间的距离;再根据相控阵扫描的方位角和仰角,与算出的距离一起就可得出局部放电源的几何位置。多个空间位置不同的局部放电,其产生的最大信号所处的对应于空间角度的波束阵列的位置不同,相对于同一采样起始点的时间基准不同,而且时间间隔也不同,因此还可实现多局放源的定位。对这一设想进行仿真研究,结果表明该方法能对油中局部放电进行较精确的定位,并可较好地解决多局放点定位问题。     

基于阵列时延库的变压器局放超声阵列定位研究

针对电力变压器局部放电超声阵列检测法存在定位精度的问题,建立了一种阵列时延库,该时延库建立的基本思想是以阵列传感器中心阵元为原点,将变压器模型在三维空间以1 cm间距等分成若干网格,在每一个网格交点处假设放电源并求出放电源点到阵列传感器各阵元的时延组建成库,通过基于遗传算法的空间搜索,匹配阵列时延库中与真实阵列时延相似度最高的放电源点作为局放源位置,大量实验研究表明该方法的误差在4 cm之内,定位效果理想,证明了该方法的可行性。     

用于油中局部放电定位且可重复布置的超声阵列与超高频复合传感器设计

局部放电(PD)是电力变压器绝缘劣化的主要原因,对局部放电进行定位有助于加强电力系统的安全运行。为此,研制了一种用于变压器中局部放电定位的、可重复布置的复合传感器,并对它进行了实验研究。该传感器由13阵元的L形超声阵列与超高频电磁传感器共形地组成,应用高阶累积量处理技术对L形阵列进行扩展后可使之具有97个虚拟阵元的性能,提高了超声阵列的孔径和方向锐度。在局部放电实验平台上进行了定位实验,结果表明该复合传感器能很好地识别及定位单个或多个局部放电源,定位的平均相对误差分别为2.1%和5.1%。对较少阵元数的阵列实施虚拟扩展利于形成微型化复合传感器,为阵列技术在电力设备监测中的实用化奠定了基础。     

复杂多径传播条件下变压器局部放电定位方法研究

局放超声波信号在电力变压器内会产生复杂的多径传播现象,极大地影响检测设备对局部放电源位置的诊断。为提高电力变压器现场局部放电源定位的准确性和抗干扰性,该文提出复杂多径传播条件下变压器局部放电定位方法。该方法首先通过分析局放信号在变压器内折射、绕射传播路径,构建抗多径效应的局放定位模型,再通过凸优化方法进行求解,得到变压器内部局部放电源坐标。该方法的优势在于求解局部放电源空间位置坐标的过程中免去对各类误差精确概率模型的假设,更切合变压器局放定位现场实际。在MATLAB声场有限元仿真、35kV真型电力变压器、110kV现场电力变压器和特高压换流变压器上开展变压器内部局放定位仿真和实验,实验结果表明局放定位精度达到0.1m。     

基于复合阵列传感器的应用射线追迹反推变压器中局部放电源

研制了将25阵元十字型超声阵列和2×2阵元特高频阵列共同构成复合阵列传感器。研究了适用于复合阵列传感器的定位算法。将特高频阵列虚拟扩展为13阵元,超声阵列虚拟扩展为193阵元。利用扩展的特高频阵列由双边相关变换算法来预估局部放电源的方位,根据预估结果再对扩展的超声阵列使用旋转信号子空间算法进行精确定向。为了提高单一阵列在局部放电定位中定向成功率和精度,以特高频信号为例,利用基于几何光学与一致性几何绕射理论的射线追迹法研究了对局部放电辐射电磁波轨迹的反演。在变压器模型中的局部放电定位试验表明,基于复合阵列传感器的定位算法对局部放电产生的宽带信号有良好的适应性,以及对局部放电辐射电磁波的追迹反演使定位精确度与成功率均远大于单一阵列的结果,发挥了特高频阵列灵敏度高而超声阵列定向精确度高的优点。     

基于多传感器融合的电力变压器内部放电定位与辨识技术

针对电力设备状态监测中传感器信息融合的难题,应用油中溶解气体、特高频、光纤超声等监测传感器构建了适用于变压器的融合传感阵列,提出了变压器内部放电的辨识策略。采用超声信号到达时间差估算实现了放电源定位,建立了多传感器监测特征融合算法,并结合K邻近（K nearest neighbors,KNN）算法实现了放电模式辨识。实验结果表明：放电源定位平均误差为45.1 mm,放电类型辨识准确率达到90.6%;所构建的多传感器融合感知策略与系统,可实现变压器内部放电源的准确定位与辨识,具有一定的应用推广价值。     

基于空间谱估计的多局部放电源分辨和定位

提出基于空间谱估计的变压器局部放电源定位方法.利用电磁矢量传感器检测局部放电特高频(UHF)信号,该传感器是一个六元天线阵,能同时检测入射UHF信号的6个电磁场分量.对传感器输出数据进行窄带滤波,应用信息论的最小描述长度准则或平滑秩序列法估计局部放电源数,并应用空间谱估计理论中的多重信号分类算法实现多局部放电源的分辨和定位。通过仿真和实验研究,证明了单个电磁矢量传感器可以分辨并定向追踪3个局部放电源.     

自动定向式变电站局部放电监测定位方法研究

局部放电监测对发现绝缘缺陷与减少设备绝缘击穿故障均有重要意义,但是目前基于固定天线阵列装置的局部放电信号监测定位方法还不能实现空间上多维度、大范围的高准确度监测。为此设计了一种包含机械结构与天线阵列的自动定向装置,并提出适用的局部放电监测定位方法。所述局部放电监测定位系统首先根据信号特征通过N-Q-Φ等图谱判别局部放电信号,再从空间几何关系角度确定输送给机械结构的控制信号,从而控制定向装置不断调整天线阵列指向,并在闭环调节下使信号时间差最终控制在预设阈值以内。此时阵列中央的激光头所指即为局部放电源位置,完成了局部放电源的监测定位。之后建立局部放电监测定位实验系统,并对上述方法进行测试。结果表明,实验系统能有效发现局部放电信号,并能准确快速地定位局部放电源位置,这对实现局部放电大范围监测与定位有重要意义。     

基于信号子空间转换与快速子空间测向算法的局部放电超声阵列信号测向方法

提出一种基于信号子空间转换法（signal subspace transform,SST）与快速子空间测向算法（fast subspace estimation of DOA ,FDOA）的局放超声阵列信号高精度测向新方法。首先利用SST算法对局放超声阵列信号进行聚焦处理,使得原始信号的宽频空域信息被最大限度地保留,从...     

变压器局部放电多目标无源定位中去除测向交叉定位虚假点的快速算法

测向交叉定位是一种通过对放电信号进行分析获得放电源位置信息的方法,但在多放电源的情况下存在大量的虚假定位,如何消除测向线虚假定位是其关键技术.文中提出一种利用同一信号的相关性原理,对两个阵列测向结果进行信号分离来去除虚假定位的方法.该方法首先运用多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法对多个局部放电源进行观测和计算,得到各个信号源的方位:然后利用信号的方向信息分别进行信号的分离,再将分离信号进行相关性运算,依据信号本身的相关性进行位置配对,从而去除了虚假定位.该方法只需要测向信息,无须其他先验知识.仿真结果表明了该方法的有效性和实用性.     

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。     

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。     

Application of wavelet analysis to the determination of partial discharge location in multiple-α transformer windings

The inner insulation system is a critical component of a power transformer. Its degradation may cause the device to fail while in service. If deterioration of the insulation system caused by Partial Discharge (PD) activity can be detected at an early stage, preventive maintenance measures can be taken. Due to the complex structure of power transformers, accurate locating of PD is not an easy task and is one of the main challenges in front of power utilities. Locating PD is more difficult in transformers with multiple-α windings. This problem comes to be vital in open access systems. A method for locating partial discharge within multiple-α windings is proposed, which is based on structural data of a transformer. A 66 kV/25 MVA transformer with fully interleaved winding and connected tap winding is used as test object. Wavelet transform is employed to process the partial discharge signals. Wavelet transform analysis method is a powerful tool for processing transients and non-stationary or time varying signals. Since the wavelet transform provides multi-scale analysis and time–frequency domain localization, it is particularly suitable to process the partial discharge signals. In order to improve the accuracy of the partial discharge location, a new technique for extracting Partial Discharge signals is introduced. Applying wavelet transform to a signal produces a wavelet detail coefficient distribution throughout the time-scale, which depends on the mother wavelet chosen. This technique is based on the capability of the chosen mother wavelet for generating coefficients with maximum values. The wavelet based de-noising method proposed in this paper can be successfully employed to extract PD pulse from the measured signal. It can provide enhanced information and further infer the original site of the PD pulse through capacitive ratio method. The method is described in details and the applications to determine the partial discharge location in multiple-α windings are explored.     

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。     

基于MVDR聚焦波束形成的变压器局部放电源的定向仿真研究

局部放电是电力变压器绝缘劣化的主要原因,研究局部放电定位对提高电网的安全运行至关重要,研究局部放电的定位首先要明确局部放电的定向。文章提出了一种基于最小方差信号无畸变响应(MVDR)聚焦波束形成的方法,对变压器单个局部放电源定向进行仿真研究,将MVDR方位估计与聚焦波束形成相结合,在定向方面与常规的聚焦波束形成(CBF)相比较,分辨率升高,旁瓣级有明显降低,"混叠"效应的影响更小,该方法还具有抗电磁干扰能力强、系统稳定性好、能够进行现场实时监测等优点。最后通过对该方法的空间谱仿真证明其正确性和有效性。     

Using correlation coefficients for locating partial discharge in power transformer

Most serious failure of power transformers is due to the insulation breakdown. Partial discharge (PD) that damages insulation by gradual erosion is major source of insulation failure. The effective ability of the wavelet packets analysis as a tool for disk-to-disk partial discharge faults detection and localization in transformer windings is shown in this paper. Techniques for locating a PD source are of the major importance in both the maintenance and repair of a transformer. One of the most well-known methods of PD localization in transformers is based on winding modeling and current of neutral point analysis. Since the impedance between PD location and neutral point of winding depends on the PD location in respect to neutral point, the frequency spectrum of neutral point current varies when the PD location changes. In the other word, the current components of neutral points vary according to the place where PD occurs. So in this paper, detailed model of transformer winding is modeled and the neutral point current is studied for locating PD. The used method is validated by the simulated model of transformer windings. This model produces a very acceptable current when compared to the experimental data. In this paper for locating partial discharge (PD) in transformer windings, a simulated model is developed for the transformer winding and the PD phenomenon mechanism. The impulse current test and wavelet packets transformation are used to locate PD. It is shown that the neutral current measurement of the transformer winding has useful information about PD location.