采用超高频法监测变电站设备局放水平及其早期预警

变电站内电气设备存在绝缘缺陷可能在运行时尤其当运行状态或运行环境改变的情况下发生局部放电（PD）从而辐射出超高频（UHF）电磁波到变电站空间中。为研究用UHF法监测变电站电气设备PD,用一套固定天线阵列及其配套设备实现监测整个变电站PD及早期预警的目的,在变电站中心位置安装全向天线传感器组成的固定阵列来接收变电站空间中电气设备因PD辐射出的UHF信号,根据检测到的信号判定PD的发生并找到存在PD的电气设备;以宽频带、高增益、水平面（H面）全向性的盘锥天线为UHF传感器构建了监测系统,在变电站试验中系统检测到了放电信号,成功定位了位于隔离开关处的放电源。现场实测结果表明这是一种具有实用价值的变电站全站PD监测及早期预警方法。     

基于特高频相控阵原理的变电站站域局部放电测向方法

目前基于特高频(ultra-high frequency,UHF)传感器阵列的敞开式变电站站域局部放电检测与定位方法获得应用,但相关系统存在传感器阵列体积大、不便于现场应用的缺点。鉴于电子对抗领域中相控阵雷达在测向方面的突出优势,该文尝试研究了相控阵原理应用于站域局部放电测向的可行性与测向精度。变电站内设备可近似看成二维分布,采用均匀线阵即可实现方位角估计。阐述了均匀线阵的数学模型及采用多重信号分类算法(multiple signal classification,MUSIC)进行窄带信号测向的原理;因局部放电信号为宽带信号,MUSIC算法测向精度降低,因此首先使用数字带通滤波器将阵列接收数据分散到不同频率点上,再用双边相关变换(two-sided correlation transformation,TCT)算法对UHF信号进行聚焦,使局部放电的宽带信号变换到某个较窄的频带内,从而提高MUSIC算法的测向精度。在理论基础之上,先在不同信噪比下仿真该方法的测向精度,测向误差约为0.8°,进而通过多次实验,表明该方法的实际测向误差约为2°,验证了该方法的准确性及应用于敞开式变电站站域局部放电测向的有效性。     

基于时延序列特征的多局放源信号分离方法

现有多局部放电(PD)源信号分离方法多采用PD UHF信号的时频差异作为特征参数进行多源信号分离,但在信噪比较低时分离准确率低。为此,文中提出了基于时延序列分布特征的多PD源信号分离方法,采用两支定向天线组成的旋转检测平台分析出时延序列与天线阵列旋转角度满足余弦函数关系,以此对应关系为特征值进行多PD源信号分离。基于时域有限差分算法仿真了3个模拟PD源在不同信噪比时的分离准确率,与现有多源分离方法进行对比,当信噪比为5 d B时,分离准确率从71%提升至95%。在220 k V试验变电站内试验,结果表明多个PD源被准确地分离和定位,验证了该分离方法的有效性。     

基于小样本UHF信号的变压器局部放电平面定位技术研究

基于缝隙泄漏电磁波检测的国内大型电力变压器进行局部放电（PD）检测时,UHF天线传感器阵列处于同一个平面内,PD源定位结果 z坐标波动误差较大,针对该问题,本文提出了基于小样本UHF信号的变压器PD平面定位技术,构建了小样本PD源定位模型,利用实验获得的变压器PD平面布局UHF信号对模型的有效性进行验证,结果表明,本文提出的小样本变压器PD平面定位技术可将PD源定位结果的三维定位误差降低30%以上,多次PD源定位结果的集聚特性提升60%以上,可有效提升平面布局UHF天线阵的局部放电源定位精度。     

可视局放UHF空间定位系统及时延估计实现

文中介绍的可视局放UHF空间定位系统利用4个位于不同高度云台上的UHF天线阵列,检测局放中的UHF信号,基于时延估计和空间几何解算实现放电信号准确定位,并通过摄像对局放点进行可视化。首先分析了局部放电UHF电磁波的辐射及其定位原理,阐述了可视局放UHF空间定位系统组成,重点研究了结合阀值法和过零点插值的时延估计方法。最后通过测试验证系统的有效性。     

基于高阶累积量的局部放电超高频信号时延估计算法

时延估计是基于时间差的变电站局部放电空间定位算法的基础,也是决定定位准确度的关键。为此,以Tugnait的高阶统计量理论为基础,提出了基于4阶累积量的局部放电超高频(UHF)信号时延估计算法,并给出了具体的时延计算方法。该算法以高阶累积量代替信号本身来进行相关分析,估算得出信号时延,具有对相关特性未知的Gaussian噪声不敏感的优点。仿真实验利用双指数振荡衰减函数,并加入Gaussian噪声和定频干扰,模拟变电站现场局部放电超高频信号,利用该时延估计算法可以准确得到信号时延。最终利用该算法计算变电站实测多路超高频信号的时延,并将该时延序列应用于基于天线阵列的变电站局部放电定位,估算出局部放电源的空间位置,且定位误差<0.3m,验证了该算法的有效性和实用性。     

基于辐射电磁波检测的电力变压器局部放电定位研究

在局部放电特高频检测技术基础上，提出一种基于天线阵列技术和时间差算法的电力变压器局放定位新方法。研究了电磁波法的定位精度与检测频率的关系，提出1~5GHz的局放定位检测频带；对铁心、线圈模型对电磁波传播的影响进行了试验探讨；提出基于4阵元天线阵列检测的方式；设计了基于多样本互相关－移位－叠加－互相关的时延测量算法；最后开发了融合遗传算法的时间差法定位技术，试验验证了该技术的定位效果。结果表明，提出的检测频带、传感器阵列技术及时延算法有效地解决了铁心对定位的不利影响，实现了时延的自动测量并将时延测量精度提高到数十皮秒；通过把遗传算法与时间差算法有机结合成功实现了对单一局放源的定位，实验中定位精度可达数厘米。     

利用辐射UHF信号反演局部放电脉冲电流

获取局部放电(PD)特征信息是局部放电特高频(UHF)检测的关键问题之一,研究UHF信号与PD脉冲电流之间的关系有助于绝缘缺陷的诊断.文中从电磁辐射理论出发,计算了变压器油箱外壳等复杂环境影响下的PD脉冲电流辐射场,分析了PD脉冲电流辐射场的横电磁波特性.在此基础上,提出了利用检测UHF信号的时间积分反演PD点脉冲电流的新方法,并讨论了UHF传感器及检测系统频带对PD脉冲电流推测算法的影响.仿真和油中针-板型放电实验结果表明:文中所提出的方法能有效推测PD脉冲电流波形,对变压器PD信号UHF在线监测和智能化诊断有一定的参考价值.     

基于解析解的变压器声电联合PD定位两步法

介绍了变压器声电联合PD定位方法基础上,基于1个电信号传感器和2个超声波(AE)传感器进行两个步骤采集波形信号的时延估计,就能对PD源空间坐标解析解求解,表明该定位方法精度满足工程应用要求。     

基于EFPI传感器的立体形阵列传感器对局放测向的仿真分析

局部放电超声阵列定位技术是将传感器阵列与阵列信号处理方法相结合。本文采用非本征法布里帕罗干涉（Extrinsic Fabry-Perot Interferometric,EFPI）的光纤超声传感器,其灵敏度高,不受电磁干扰的影响;并充分发挥EFPI传感器可放置于油中的优势,改进阵列结构。设计了4阵元EFPI超声传感器正四面体结构阵列,将其置于油箱内部检测局放超声信号,然后利用多信号分类算法(Multiple Signal classification,MUSIC)算法对局放源进行测向;并与平面2×2阵列进行对比;最后,针对阵元位置误差进行校正。结果表明：该阵列传感器能够在油中检测到信噪比较高的局部放电信号;且较传统平面阵,具有更高的测向准确度;尤其在阵列盲区方面,立体型阵列传感器可有效地实现空间多角度的信源测向。并利用TCT算法对阵元位置误差进行校正,提高了测向精度,满足了实际工程需要。     

变电站局部放电区域检测与精确定位方法研究

针对传统局部放电带电检测方法与装置应用于变电站整站检测时,工作量大、效率低、成本高等缺点,基于局部放电特高频检测和多传感器联合检测原理,提出一种先巡检进行区域定位,后精确定位与绝缘诊断的变电站局部放电检测方案。文章对局部放电特高频传感器阵列时差定位算法中时延误差对定位结果的影响进行理论探讨,证实了区域巡检定位算法的合理性与有效性。通过理论研究与变电站现场测试,结果证实该方案与检测系统可有效、快速定位出敞开式变电站全站领域内的外绝缘放电以及离非屏蔽绝缘较近的设备内部放电。局部放电;区域定位;精确定位;超声;特高频     

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。     

Partial discharge measurement in the ultra high frequency (UHF) range

The paper provides essentially a summary of PD measurements applying the UHF range in order to increase the detection threshold, to improve the localization accuracy and to perform on-line measurements of Partial Discharge (PD) in noisy environments. The electromagnetic UHF technique offers good signal to noise ratios, because external PD signals and disturbances can be shielded effectively. A new developed method allows the localization of PD in gas-insulated substations (GIS) by frequency domain measurements. The basic idea is the displacement law of Fourier transformation. The interference phenomena of superposed signals from two sensors give information about the time delay of the sensor signals. On-site PD measurements are made at cable connectors by means of monopole antennas housed in a barrel sleave, while the cable is in service. Thus a sensitive PD measurement even in noisy environment is possible. PDmeasurements on several 72 kV cable connectors were performed in an unshielded laboratory. On-site measurements during operation showed the great potential for condition assessment. For decoupling sensitive UHF PD signals from the inner of a power transformer tank UHF sensors applied through drain/oil valves are used. Experimental studies indicate that all relevant types of PD possibly occurring within a transformer emit high frequency spectra to be detected with UHF sensors. Furthermore in laboratory experiments and on-site measurements very moderate UHF signal attenuations have been observed.     

基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法

气体绝缘开关设备（GIS）中发生局部放电（以下简称局放）时,为查找绝缘缺陷,需对局放源进行准确定位。超高频（UHF）时差定位法由于原理简单、实现方便、定位精度高等优点获得了广泛应用,但当局放信号的初始脉冲较小而难以确定信号的起始脉冲时间时,UHF时差法将难以有效运用从而导致较大误差。为提高时差定位法的准确性,对局放电磁波在GIS中的传播路径特性进行研究,分析结果表明,局部放电产生的电磁波在GIS中的传播路径与局放源的位置、检测点的位置密切相关,据此提出了基于传播路径的脉冲时差定位法。实验结果表明,当局放源位于GIS外壳附近、电磁波信号初始脉冲很小、难以辨识时,用该方法可以准确定位。     

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。     

GIS局部放电定位的频域时差读取方法

局放(PD)源定位通常依赖于局放信号时域波形获取时差,然而,当信噪比(SNR)很低或者PD信号的初始脉冲较小时,难以获得PD信号的起始脉冲时间.笔者摒弃对时域PD信号分析,结合GIS中电磁波的传播模式特性,通过FFT变换将时域波形转换为频域PD信号进而在频域研究,提出一种精确获取时差的新算法.采用时域有限差分法(FDT...     

基于伪信号起始时刻法代数求解的变电站局放定位

局部放电(局放)的检测是一种有效的对绝缘系统状态评估的非破坏性诊断方法,是及时发现电力设备绝缘缺陷、避免绝缘击穿故障的有效手段。局放类型的探测和局放源的定位直接关系到能否高效地、低成本地开展规划以及落实检修维护工作或者进行风险分析的工作。文中采用局放时辐射出的超高频电磁波信号(UHF信号)进行局放定位:以改进的能量积累函数确定信号的起始时刻:以静态伪距方程代数法求解伪信号起始时刻法建立的关于局放源坐标的非线性方程组,避免了迭代算法对初值的依赖,并在保证计算精度的前提下提高求解速度。最后,经现场测试验证了所提局放定位方法的合理性、有效性。     

联合测试方法在局部放电检测中的应用

气体绝缘组合开关设备（GIS）的局部放电检测方法各有优缺点,选择几种检测方法的联合测试方法,可提高局部放电检测的准确度。介绍了上海市电力公司采用的联合测试方法的具体做法,通过对同时提取GIS局部放电的超高频、超声波、高频电流等信号的对比分析,提高了局部放电的定位精度和缺陷类型识别的准确性。实例验证了联合测试方法有重要工程意义。     

基于奇异值分解的互相关时延估计优化算法

针对多站时差定位系统在低信噪比下无法获得准确的时延估计,进而影响时差定位的精度,提出一种基于奇异值分解和希尔伯特差值的互相关时延估计优化算法。首先对接收信号进行奇异值分解,提高信号的信噪比,然后将处理后的信号作互相关运算,最后通过希尔伯特差值法锐化相关函数的峰值,进一步提高时延估计精度。在相同条件下,模拟分析了不同算法的时延估计精度,结果表明,新的优化算法时延估计精度更高,具有良好的抗噪声性能。