基于局部放电能量的油纸绝缘典型缺陷放电严重程度评估方法

变压器内部缺陷引发的局部放电会导致油纸绝缘老化与损伤,甚至造成威胁变压器安全运行的绝缘故障。为探究基于局部放电信号的变压器缺陷严重程度评估方法,文中搭建了球—板、柱—板、针—板3种典型缺陷模型,得到局部放电相位谱图、放电次数和放电量等特征参量随时间的变化规律,发现球—板和柱—板模型下放电次数、针—板模型下平均放电量由上升到下降这一变化趋势的改变,可作为放电后期的判断依据。在此基础上,引入放电能量对放电强度进行量化表征,分析了缺陷类型和放电发展阶段对放电能量的影响规律,据此可将放电严重程度划分为起始、发展和危险3个等级。研究成果可为不同缺陷类型下的局部放电严重程度评估提供参考依据。     

不同比例复合电压下油纸绝缘局部放电起始阶段放电特性

文中对不同比例交直流复合电压下油纸绝缘局部放电起始放电特性的相关参数进行了实验研究。搭建了球板电极、柱板电极、针板电极局部放电模型模拟不同缺陷,利用恒压法进行了不同比例交直流复合电压下的油浸纸板局部放电实验,对局部放电的相关参数随复合电压比例的变化规律进行了测量并加以研究。研究结果表明,随着复合电压比例上升在球板电极、柱板电极、针板电极局部放电模型的起始放电阶段交流分量幅值下降,直流分量幅值增加,放电次数下降,球板和针板电极会改变相位分布使其集中于90°~135°范围内,同时向45°方向扩展。球板电极最大放电量较为稳定,针板电极最大放电量随比例上升而减小,柱板电极最大放电量变化趋势相反。     

交直流复合电压作用下油纸绝缘典型缺陷放电现象及特征

为实现换流变压器油纸绝缘故障诊断,搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘缺陷局部放电和油中溶解气体检测平台,选取针板模型、沿面模型和悬浮模型作为研究对象,得到每个模型不同发展阶段的局部放电和产气特性,对比了3种典型缺陷模型的特征区别。研究结果表明:1)根据3种典型缺陷模型的脉冲重复率、平均放电量和总烃体积分数变化趋势中的变化现象可以将放电过程划分为起始阶段、发展阶段和邻近击穿阶段;2)针板模型的脉冲重复率最低,沿面模型起始脉冲重复率较低但是放电后期较大,悬浮模型放电脉冲重复率最高;针板模型起始时放电量为97.5 pC,邻近击穿时超过900 pC,沿面模型起始时只有7.1 pC,随后增长到18.2 pC,而邻近击穿时也只有45.6 pC;悬浮模型起始阶段的平均放电量很大,发展阶段迅速减小到1 000 pC,邻近击穿阶段大于1 500 pC;3)针板模型在放电发展阶段总烃中以CH4为主,沿面模型在放电发展阶段中C2H2占到总烃体积分数的60.6%,悬浮模型在放电发展阶段4类烃类气体都有产出,其中C2H2气体最多。     

基于模拟试验的SF6电气设备低能量放电形式的特征气体

和电弧放电释放的能量相比,火花放电和电晕放电能量较低.对于低能量的放电,在其造成严重危害前,有必要对其类型和状态做出判断.笔者归纳前人对于SF6在不同放电类型下的分解机理,设计模拟试验,使用针板电极和板电极上放有金属碎屑的球板电极分别模拟电晕放电和火花放电,通过分析气体分解产物的类型和体积分数,提出使用S2OF1o的增...     

油绝缘典型电极放电产气特性对比分析

少油类设备内部通过填充绝缘油进行内部绝缘,因内部空间小,在发生放电或过热故障时,会引起绝缘油关键参量劣化而产生大量H₂、烃类气体、CO和CO₂等油中溶解气体,故障严重时会导致设备爆炸,损失巨大。设计了一种少油类设备放电试验系统,获得了放电后油中气体扩散特性,开展了典型缺陷所对应的3种典型电极（板板电极、球球电极（球纯油球、球纸板球）和针板电极）在不同间隙距离、不同放电时间下的产气量对比研究,研究结果表明：板板电极放电下,直接加压至击穿产气量较小,球球电极和针板电极放电产生的C₂H₂和H₂呈现饱和趋势,在相同的间隙距离和放电时间下,针板电极产气量最大,球球电极次之,产气量最小的是板板电极,在1 mm间隙下,球纯油球较球纸板球布置下的电极放电过程剧烈,产气量大。获得了3种典型电极油中放电气体含量变化规律,主要结论对于少油类设备产气下的故障分析具有重要的意义。     

交直流复合电压下油纸绝缘典型缺陷局部放电发展阶段评估

随着特高压直流输电工程的持续推进,直流局部放电试验技术对换流变压器绝缘状态评价的实用性问题一直备受关注。为形成有效的状态评价依据,提高换流变压器绝缘状态考核的准确性,本文研究了模拟典型放电类型的4种绝缘缺陷模型(油纸复合绝缘针板电极、变压器油隙针板电极、油隙平行板电极与沿面放电电极)在交直流复合电压下的局部放电特性。研究结果表明,各种缺陷模型在局部放电的不同发展阶段均有可作为判断依据的明显差异特征。本文从三方面给出了局部放电类型和放电发展前期、中期与后期的评估依据:(1)基于放电图谱Q-Δtpr e、Qmean-Δtpre、n-Q、n-Δtpre图谱特点的评估依据;(2)基于放电图谱偏斜度Sk、峭度Ku、不对称度Asy与相关度Cc等18项指纹特征参数的评估依据;(3)基于产气特性的评估依据。     

针-板电场中SF_6分解气体的含量比值特性及吸附剂的影响

为利用气体分析法监测SF_6高压电气设备中可能出现的金属尖端放电情况,通过搭建针–板电极模型模拟金属尖刺缺陷放电,研究了不同放电强度下SOF_2、SO_2F_2、SO_2 3种主要分解气体的体积分数增长规律及其比值特性;通过内置kdhf-03吸附剂,研究了吸附剂对气体体积分数的增长速率和比值特征量的影响。结果表明,相同放电强度下,分解气体体积分数随时间呈线性增长,增长速率由大到小依次为SOF_2SO_2F_2SO_2;3种气体体积分数的增长速率均随放电增强而增大,且有趋于饱和的趋势;比值特征量φ(SOF_2)/φ(SO_2F_2)和φ(SOF_2)/φ(SO_2)随放电强度增大而增大,存在吸附剂时的值低于无吸附剂时的值。     

基于针板模型的低压线路接触不良的试验研究

制作了针板放电模型,模拟低压线路导体间接触不良。改变针板模型位于低压线路中的位置,利用数字示波器记录模型处于线路不同位置时中性线上的电压波形。试验结果表明,模型处于线路不同位置发生放电现象,其对应的中性线电压波形具有不同的放电特征,且具有一定的规律性。     

基于短时傅里叶变换和稀疏表示的局放识别分类方法

文中采集了开关柜中不同放电类型的局部放电超声波信号,使用短时傅里叶变换获得超声波信号的时频图,使用稀疏表示算法对时频图进行分类,能够快速准确地判断出是否发生放电,并判断属于以下哪种放电类型:球板放电、柱板放电、锥板放电、针板放电。在使用稀疏表示方法过程中,分别采用了正交匹配追踪法和加速近端梯度法两种方法进行稀疏求解,通过实验说明了这两种方法适用于不同的情况。实验证明该方法相比于传统多分类支持向量机方法具有更高的准确率、鲁棒性和稳定性,并且更适合解决局部放电识别和分类问题。     

电压类型对柱板电极放电故障下油纸绝缘产气特性的影响

由于换流变压器内存在交直流复合电场,交流变压器所采用的色谱诊断方法是否适用于换流变压器尚未可知,因此本文建立了一套交流及交直流复合电压作用时油纸绝缘柱板放电试验平台,对比了两种电压作用下的产气特性,并分析了原因。研究结果表明:柱板电极在不同类型电压作用下油纸绝缘产气特性不同,交流产气量大,产气速率大,能够较早地发现故障;而交直流复合场产气前期变化不明显,最后阶段产气量骤增后绝缘迅速失效;另外,交流和交直流复合电压作用下油纸绝缘柱板缺陷模型DGA诊断结果相同,都为火花放电,说明已有DGA诊断标准在换流变压器中有一定的适用性。     

交流电压下油纸绝缘针板放电特性

为探究油纸绝缘针板放电发展过程和老化对放电特性的影响,在实验室条件下,通过油纸绝缘130℃加速热老化试验,以绝缘纸板聚合度为表征老化程度的特征参量,得到了不同老化阶段的油纸绝缘样品。基于脉冲电流法,测量了交流电压下不同老化状态油纸绝缘针板模型局部放电信号,分析了从起始至预击穿过程中局部放电相位分布模式的幅值分布H(q,φ)谱图,并讨论了油纸绝缘老化对局部放电H(q,φ)谱图、放电量、放电次数和统计参数的影响。研究结果表明:针板电极局部放电H(q,φ)谱图中放电分布在正、负峰值附近,工频正半周的脉冲幅值、个数均分别大于负半周,且正半周的H(q,φ)谱图放电随电压升高呈现"倒V型";平均放电量-相位分布Hqave(φ)正半周的偏斜度Sk+随电压的升高呈下降趋势,且在油纸绝缘样品达到预击穿阶段Sk+变为负值,因此Sk+可用于评估油纸绝缘针板电极模型下的缺陷发展状态;随着油纸绝缘的老化,导致油中老化产物增多,进一步畸变了场强,老化后的油纸绝缘样品正半周局部放电次数明显增多,平均放电量、最大视在放电量增大。     

基于短时傅里叶变换和稀疏表示的开关柜局部放电超声波图谱识别和分类方法

超声波局部放电检测技术作为一种非接触检测方法,具有抗电磁干扰能力强的优点。本文采集了开关柜中不同放电类型的局部放电超声波信号,使用短时傅里叶变换获得超声波信号的时频图,使用稀疏表示算法对时频图进行分类,能够快速准确地判断出是否发生放电,并判断属于以下哪种放电类型：球板放电、柱板放电、锥板放电、针板放电。在使用稀疏表示方法过程中,分别采用了正交匹配追踪法和加速近端梯度法两种方法进行稀疏求解,通过实验说明了这两种方法适用于不同的情况。实验证明该方法相比于传统多分类支持向量机方法具有更高的准确率、鲁棒性和稳定性,并且更适合解决局部放电识别和分类问题。     

微水微氧对PD下SF6分解特征组分比值的影响规律

当SF6气体绝缘设备(gas insulated switchgear,GIS)内部存在绝缘缺陷时,往往会诱发不同形式的局部放电(partial discharge,PD),并导致SF6气体发生分解,然而其分解组分含量不仅与PD类型有关,还会受到放电气室内存在的微水微氧影响,如果选用分解特征组分含量或比值来识别PD类型,需对微水微氧的影响程度进行校正,以确保识别PD的准确率。为此,在分析PD使SF6分解机制的基础上,结合化学反应动力学理论,推导出适用于描述微水微氧含量对3组特征组分比值(即c(SO2F2)/c(SOF2)、c(CF4)/c(CO2)和c(CF4+CO2)/c(SO2F2+SOF2))影响规律的通用幂函数表达式,在建立的模拟针板PD下SF6分解实验平台上进行了大量实验,获得了不同微水微氧含量下4种稳定特征组分CF4、CO2、SO2F2、SOF2含量和3组特征组分比值的实验数据,利用最小二乘回归法确定出幂函数表达式中3个未知常数,最后用模型计算值与实测数据进行比较,结果表明理论预测能较好地反映微水微氧含量对3组特征组分比值影响的变化规律。     

针-板缺陷开关柜局部放电与空气分解组分的关联特性

空气开关柜在配电网中扮演着重要的作用,针对开关柜的局部放电监测,提出通过检测空气放电分解组分的方法进行非电法局部放电(PD)监测。在研制的空气局部放电试验平台上,放入针-板缺陷模型产生PD使空气发生分解产生特征气体,通过调节施加在针-板缺陷模型上的电压控制PD强度,利用烟气分析仪分析气体组分及其体积分数的同时,采用脉冲电流法检测放电量,探索气体分解组分、体积分数、产气速率与放电量的关联特性。实验数据结果表明:针-板缺陷模型产生的PD放电可使空气发生分解,生成CO、NO_2等特征气体,其气体的体积分数随着放电时间延长不断增加,放电前期气体体积分数随着放电量呈现线性增长趋势,随着参与反应的物质不断减少,放电后期呈现饱和现象,且NO_2的饱和程度低于CO。CO和NO_2的产气速率由于气体浓度的饱和也呈现与放电量的线性饱和关系。     

基于特征量优选与ICA-SVM的变压器故障诊断模型

为了弥补现有变压器故障诊断方法在油中气体分析(DGA)特征量选取和诊断模型方面的不足,采用IEC三比值法中的3种气体比值作为变压器故障诊断的特征量。同时从含有8种油中溶解气体中任意3种及以上的共254种气体组合中筛选出准确率最高的3组最优DGA特征气体组合,将其作为对照组特征量。然后采用帝国竞争算法(ICA)优化支持向量机的变压器故障诊断模型(ICA-SVM),与标准支持向量机(SVM)法、粒子群优化向量机(PSO-SVM)以及IEC三比值法进行对比。实例结果表明:三气体比值特征量相比3组最优DGA气体组合,故障识别准确率提高了10%左右;ICA-SVM故障诊断模型相比标准SVM法、PSO-SVM和IEC三比值法故障识别准确率提高了7%～35%;综合三比值特征量与ICA-SVM故障诊断模型的准确率为89.3%,相较其他几种方法准确率提升了7%～35%。结果验证了该方法的有效性和准确性。     

基于随机森林的变压器多源局部放电诊断

目前变压器多源局部放电诊断的方法主要是先对采集的放电脉冲进行分离,再对分离的脉冲群进行局部放电诊断。然而,应用于脉冲分离的聚类算法的聚类个数确定问题制约着该方法的实用性,且该方法对信号采集器的采样率有很高的要求。针对上述缺陷,在实验室条件下模拟匝间模型、油楔模型和针板模型3种放电模型,将多个单源放电数据与噪声融合,生成多源放电数据,用于研究多源放电诊断方法。局部放电模式识别领域中常用的分类器算法包括神经网络、支持向量机(support vector machine,SVM)和K邻近(K-nearest neighbor,KNN)等。随机森林(random forest,RF)算法具有无需特征选择、不易过度拟合的优点,但在局部放电模式识别领域中应用较少。利用神经网络、SVM、KNN以及RF算法对多源放电中有、无某种放电模式的数据进行学习,从而跳过脉冲分离环节。结果表明:在一定幅值范围的白噪声干扰下,RF算法在各模式的识别准确率均优于其它算法。利用实际噪声干扰下的多源局部放电数据对各算法进行验证,结果表明RF算法仍可对有、无匝间以及有、无油楔进行有效识别,但各分类器对有、无针板放电的识别效果均不理想。利用RF算法得到的3个识别模型可实现多源局部放电模式识别。     

多针-板高压脉冲放电反应器结构优化及降解甲醛的实验研究EI北大核心CSCD

为了进一步提高脉冲放电能量注入效率达到有效去除有机污染物的效果,对自制多针-板高压脉冲放电反应器的电极结构配置优化进行了实验研究。通过研究不同针板间距和针针间距对脉冲功率密度的影响来优化了电极结构配置,在此基础上进一步研究了不同电参数和气体参数对脉冲放电能量注入效率和甲醛降解率的影响规律。结果表明：随着针板间距的增大,对应的脉冲功率密度随之减小,脉冲放电最大可注入的脉冲功率密度在针板间距为20 mm时达到极值;当针板间距为20 mm时,随着针针间距的增大,对应的脉冲功率随之增大,脉冲功率密度随之减小,当针针间距增大到20 mm时脉冲功率增幅已经很小,但针针间距在15~20 mm范围内时脉冲功率密度变化很小,兼顾放电稳定性和脉冲功率密度,针针间距为20 mm较优。在优化的反应器结构下进行的甲醛降解实验研究发现：当脉冲峰值电压为17 k V、脉冲重复频率为40 Hz、气体体积流量为0.3 L/min且反向进气时,该实验的甲醛降解效果达到最佳,甲醛降解率和能量注入效率分别为87.1%和3.19 g/（k W·h）。     

多针-板高压脉冲放电反应器结构优化及降解甲醛的实验研究

为了进一步提高脉冲放电能量注入效率达到有效去除有机污染物的效果,对自制多针-板高压脉冲放电反应器的电极结构配置优化进行了实验研究。通过研究不同针板间距和针针间距对脉冲功率密度的影响来优化了电极结构配置,在此基础上进一步研究了不同电参数和气体参数对脉冲放电能量注入效率和甲醛降解率的影响规律。结果表明:随着针板间距的增大,对应的脉冲功率密度随之减小,脉冲放电最大可注入的脉冲功率密度在针板间距为20 mm时达到极值;当针板间距为20 mm时,随着针针间距的增大,对应的脉冲功率随之增大,脉冲功率密度随之减小,当针针间距增大到20 mm时脉冲功率增幅已经很小,但针针间距在15~20 mm范围内时脉冲功率密度变化很小,兼顾放电稳定性和脉冲功率密度,针针间距为20 mm较优。在优化的反应器结构下进行的甲醛降解实验研究发现:当脉冲峰值电压为17 k V、脉冲重复频率为40 Hz、气体体积流量为0.3 L/min且反向进气时,该实验的甲醛降解效果达到最佳,甲醛降解率和能量注入效率分别为87.1%和3.19 g/(k W·h)。     

基于雷达谱图的交直流复合电压下油纸针板模型局放阶段识别

交直流复合电压下油纸绝缘局放发展阶段的划分与识别是换流变压器绝缘故障诊断的基础。文中研究了1:1交直流复合电压下油纸绝缘针板电极模型的局放特性与雷达谱图特性。基于模糊聚类分析,运用6个局放特征量(最大视在放电量、平均视在放电量、放电重复率、放电最大时间间隔、局放脉冲等效时间及等效频率)将放电发展过程划分为5个阶段,并对每个阶段进行了物理描述,发现放电阶段与绝缘状态和放电形式有关。根据6个放电特征量建立的局放雷达谱图在不同放电阶段呈现不同的形状,雷达谱图的重心坐标比与长宽比作为谱图形状的量化特征量,可在其二维特征域内有效区分不同的局放阶段。最后基于雷达谱图形状特征,运用粒子群优化的最小二乘支持向量机,设计了油纸绝缘针板模型局放发展阶段识别器,其识别率达92.9%。     

油浸式电力设备内部电弧引发的压力特征

油浸式电力设备内部电弧故障易引发严重的爆炸起火事故,对油浸式电力设备内部放电进行有效监测,开发高灵敏性、高可靠性的保护方案成为当下研究的重点。相比于其他放电监测手段的随机性和分散性较高、可靠性偏低,压力信号与内部贯穿性电弧的产生关联性极强,故将其作为保护依据具有更高的可靠性。而现阶段针对油浸式电力设备在内部电弧作用下的压力特征研究还并不完善,目前基于压力特征的保护方案也多停留在动作于其幅值越线的压力释放装置。为此设计并开展了油浸式电力设备内部电弧放电试验,测量并采集了针板结构油纸放电与柱板结构沿面放电两种放电模型由缺陷发展至电弧故障过程中压强信号的变化特征以及其同步电压电流数据。试验发现,两种放电模型的发展过程均可以划分为3个阶段,压强信号在针板结构油纸放电的电弧击穿阶段和柱板结构沿面放电的滑闪放电阶段与持续性闪络阶段有明显的波动,且波动特征具有很强的一致性,均由3种波动周期的压力分量叠加而成。试验中得到的压力特征可以作为判断油浸式电力设备内部是否有电弧产生的依据,从而对其内部情况进行诊断。相比传统的动作于压力幅值越线的机械式压力保护,结合压力信号的频率特征可以在较早期发现故障且能更好...