局部放电超高频检测抗干扰与多源放电信号分离方法

变电站的电磁环境复杂,存在大量处于超高频(ultrahigh-frequency,UHF)段内的通讯干扰信号及设备外部的脉冲型干扰信号,导致难以对局部放电故障现场检测结果进行准确的诊断。针对局部放电UHF检测中的抗干扰问题,提出了一种基于波形互相关分析、噪声传感器及幅比聚类分析的局部放电UHF综合抗干扰技术,试验证明这种抗干扰技术可有效排除通讯干扰、设备外部脉冲型干扰,并实现设备内部多放电源辐射的超高频信号的分离与识别,提高局部放电检测与诊断的有效性与准确性。     

局部放电脉冲波形特征提取及分类技术

根据电力设备周围存在多种干扰以及绝缘存在多局放的工况,提出基于单一缺陷的局部放电在线监测与识别方法,并指出实现此系统的关键技术之一是脉冲群快速分类技术,其由脉冲波形特征提取和聚类分析算法组成。针对108次/s的超宽带局部放电脉冲波形-时间序列,重点研究脉冲波形特征提取及分类技术。在分析等效时频算法和模糊 C均值聚类算法的基础上,对其做了进一步的改进。基于气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)的局部放电试验结果表明：采用改进后的算法可以使计算机准确的完成对局放脉冲的的自动分类,并通过在聚类中引入阀值滤除了各子类脉冲中相似性较低的脉冲。这为研制多局放源的在线监及模式系统提供了试验和理论依据。     

基于数值仿真与多源聚类的GIS局部放电诊断与回归分析

为了更有效地指导GIS设备的状态检修工作,基于时域有限差分(FDTD)法仿真与多局部放电(简称局放)源聚类方法,诊断分析了一起1 100 kV气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子局放检测案例。首先,开展了现场与返厂试验下的GIS局部放电带电检测与定位,建立了与返厂测试工装结构相应的FDTD仿真模型,结合特高频(UHF)电磁波传播特性仿真,开展了多源局放定位技术研究。其次利用基于累积能量函数特征参量优化提取的多源局放分离算法,对该盆式绝缘子多UHF信号源开展了聚类分析;最后,利用GIS实验平台的回归模拟进一步分析了绝缘缺陷的检测差异性,验证了现场和返厂试验结果。试验结果表明:该特高压GIS盆式绝缘子检测发现的UHF谱图呈绝缘气隙类缺陷,但脉冲电流法下局放未见异常。局放聚类分析和定位结果表明:该盆式绝缘子一大一小2个UHF信号源,结合仿真的定位方法可有效减小常规定位计算方法的误差。回归分析表明:对于绝缘缺陷来说,UHF的灵敏度高于脉冲电流法,且随着试品电容量的增大,脉冲电流法的测试灵敏度逐渐下降,这可能是导致本盆式绝缘子中UHF信号与脉冲电流法检测差异的主要原因。研究结果可为GIS局部放电诊断提供参考。     

基于波形非线性映射的多局部放电脉冲群快速分类

简单分析了目前基于脉冲峰值-时间序列的局部放电检测系统在模式识别功能上存在的缺陷.提出利用基于单个脉冲波形的宽带检测技术研制多局放检测与模式识别系统,并给出了研制交流下该系统的数据处理方案.重点对研制该系统需要解决的脉冲群快速分类技术进行了阐述:即通过基于局放脉冲时域波形的非线性映射进行参数提取,形成2D或3D的波形特征参数空间,再使用非监督的模糊聚类分析实现局放脉冲群的快速分类.基于2D特征参数平面的仿真试验和3D特征参数空间的GIS污秽试验数据处理结果均表明该分类技术的可行性和实用性.这为多局放电检测与模式识别系统的研制提供了试验和理论依据.     

高压开关柜局部放电TEV信号传播衰减特性

高灵敏度状态感知是实现设备数字化运维的关键环节,也是实现设备状态分析与全生命周期管理的重要前提。局部放电暂态地电压(transient earth voltage,TEV)检测是实现开关柜绝缘状态感知的主要手段,其检测灵敏度受到放电类型与部位、检测位置的影响,目前缺乏系统研究。文中建立基于实测脉冲电流波形的时域有限差分法的电磁波仿真模型;分析局部放电脉冲电流波形上升沿时间、放电源位置及脉冲电流方向等因素对TEV幅值与衰减程度的影响;在实验室开展开关柜局部放电试验与TEV测量,得到影响TEV检测灵敏度的主要因素。结果表明,脉冲电流上升沿时间与放电源位置是影响开关柜局部放电信号幅值的主要因素。脉冲电流上升沿时间越长,TEV信号幅值越小,当2种脉冲电流波形上升沿时间相差10倍时,TEV幅值相差3.17~3.37倍;母排室局部放电的TEV衰减程度明显大于电缆室,前者衰减程度约为后者的9.5~10.0倍。该结论对检验TEV检测灵敏度具有参考价值。     

基于LabVIEW的发电机定子绕组局部放电检测方法

对发电机定子绕组3种典型局部放电信号进行了研究,得到放电脉冲信号波形及频谱。设计了基于LabVIEW的发电机局部放电检测系统,针对局部放电信号特点,设计了数字滤波和脉冲时延鉴别等抗干扰技术,这是实现发电机定子绕组局部放电检测的关键环节。应用该方法可准确测量所述3种典型放电信号。     

GIS绝缘件局部放电脉冲电流互参考试验测量方法

严格的绝缘件检测对于保证GIS(或GIL)设备的制造质量具有非常重要意义。GIS的绝缘件缺陷有可能表现为微小的和偶发的局部放电,采用常规的局部放电检测方法很容易被忽略。文中提出了GIS绝缘件局部放电脉冲电流互参考试验测量方法,采用多个绝缘件并联试验,同步测量每个绝缘件地线上的局部放电脉冲电流,根据各个绝缘件脉冲电流的幅值关系识别和区分绝缘子局部放电和干扰。绝缘件地线的局部放电脉冲电流测量还可以提高测量信噪比和灵敏度。此测量方法可以灵敏地发现绝缘件微小和偶发的局部放电。     

气体绝缘组合电器多局部放电源的检测与识别

介绍了基于宽带检测的气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)多局放源检测与识别技术。该技术由脉冲群快速分类和基于最小二乘支持向量机(least square-support vector machine,LS-SVM)的基于相位分布的局部放电谱图(phase resolved partial discharge,PRPD)识别2个主要模块组成。其中脉冲群快速分类模块由基于脉冲波形的时频参数提取和竞争学习网络无监督聚类实现,它将脉冲群分为若干个由相同波形特征脉冲组成的子脉冲群。PRPD放电谱图识别模块对各子脉冲群对应的PRPD谱图进行放电指纹提取,并使用GIS绝缘缺陷特征数据库训练得到的LS-SVM判别函数对各子脉冲群进行识别。仿真和试验结果均验证了该技术的可行性和实用性。     

基于脉冲电流法的高压开关柜局部放电在线监测装置

脉冲电流法局部放电检测通常用于电气设备出厂时的型式试验以及其他离线测试中。在充分分析开关柜局部放电检测的现状与问题后,设计了基于开关柜高压带电显示装置的局部放电在线检测的电路原理和信号提取方法。搭建了基于脉冲电流法的高压开关柜局部放电在线检测回路,开发了具备实时监测、判断与分析功能的后台软件。并在10 kV开关柜真型局部放电缺陷仿真平台上进行了真实放电的模拟试验,验证了基于脉冲电流法的高压开关柜局部放电在线监测装置的灵敏度与有效性。该研究对开关柜状态检修以及脉冲电流法在线检测理论研究具有较大意义,为10 kV配网设备局部放电在线监测提供了良好的实现方法。     

直流及复合电压作用下油纸绝缘局部放电研究综述

总结了直流和复合电压下油纸绝缘的局部放电检测技术,包括传统的基于脉冲峰值-时间序列的局部放电检测技术,以及能够检测直流下局部放电的基于脉冲电流波形的宽带/超宽带检测技术。深入分析了直流下油纸绝缘的局部放电机理和影响因素,介绍了目前直流局部放电检测与分析技术的研究现状。还分析了±500 k V直流输电系统中整流变压器阀侧绕组绝缘承受的电压波形,讨论了复合电压作用下局部放电呈现出的特性。     

交流局部放电宽带检测与分析仪的研制

笔者系统地介绍了基于Measurement Studio软件平台研制的一种新型交流局部放电宽带检测与分析仪.其主要包括利用NI5112高速示波采集卡和前置信号处理单元实现的采样率为100 MS/s、模拟宽带为10 kHz～40 MHz的局部放电脉冲宽带检测技术,和基于脉冲波形时频特征的脉冲群实用快速分类技术以及基于PR...     

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...     

The excitation of UHF signals by partial discharges in GIS

The fundamental theory of the UHF method for detecting partial discharge (PD) in gas insulated substations (GIS) is presented. The effects of position, size, current amplitude and pulse shape of the PD source on the UHF signal can be predicted using this theory. Excitation of propagating electromagnetic waves by a PD current pulse within the coaxial waveguides formed by GIS components is explained by making use of dyadic Green's functions for the electric fields of propagating modes. Experiments with a coaxial test chamber are used to verify the theoretical predictions, and comparisons are made between measured and simulated UHF signals. Some implications for the UHF measurement of PD are discussed, together with positioning and sensitivity requirements for UHF couplers. A scheme is proposed for standardizing PD measurements made using the UHF technique     

基于宽带检测的局放脉冲波形快速特征提取技术

根据电工设备绝缘存在多局放的工况,提出研制基于单个脉冲的局放宽带检测与模式识别在线监测系统.并指出研制该系统需要解决脉冲群快速分类这一关键技术,其由脉冲波形的快速特征提取以及基于波形特征的快速聚类分析组成.本文针对100Ms/S采样率获取的宽带脉冲波形、-时间序列,提出分别使用幅值参数法、等效时频法和时频熵法对局放脉冲波形的特征参数进行提取.在对人工设置的多局放源产生的脉冲群数据进行波形特征提取后,使用模糊聚类对脉冲群波形特征提取结果进行了对比分析.结果表明:三种波形特征提取方法均能在一定程度上很好地分离干扰源而提取出局放数据.GIS母线尖刺缺陷的试验数据处理同样证实了该技术的有效性和可行性.这为研制基于单个脉冲的宽带局放检测与模式识别在线监测系统提供了实用的脉冲波形快速特征提取技术.     

基于虚拟仪器的GIS局部放电声电联合检测系统

笔者设计了一套基于虚拟仪器的GIS局部放电声电联合检测系统,通过不同速率的数据采集模块对GIS局部放电过程中所产生的超高频、高频电流以及超声波信号进行多通道同步联合检测。系统基于LabVIEW虚拟仪器平台开发,可连续捕捉与采集存储局部放电脉冲波形信号、实时计算放电脉冲相位。利用采集的局放信号进行时频分析和模糊聚类实现了多源局放的有效分离和类型判断,同时基于多路局部放电超高频信号与超声波信号本身或两者之间的时差可实现局部放电源的定位。该系统已在多个220 kV及500 kV GIS变电站的局部放电现场检测中得以应用,检测结果验证了系统的性能。     

A novel technique for partial discharge and breakdown investigation based on current pulse waveform analysis

A novel technique for partial discharge (PD) measurement and analysis (PD-CPWA; PD current pulse waveform analysis) is developed and introduced in this paper. PD-CPWA is expected to be utilized to discuss PD mechanisms and physics in electrical insulating materials, focusing on the PD current pulse waveform and its time transition from PD inception to breakdown (BD). In this paper, the concept and principle of PD-CPWA are described, and the applications of PD-CPWA to (1) epoxy spacer samples under thermal and electric combined stresses in GIS, (2) creepage PD on epoxy spacers in SF/sub 6/ gas and (3) liquid nitrogen/polypropylene laminated paper composite insulation system for high temperature superconducting cables are introduced and discussed.     

有限时域差分法对GIS局部放电传播的分析

用特高频法测量GIS局部放电所面临的困难是无法标定出视在放电量,并且也无法确定何种因素影响特高频传感器输出信号的强弱.针对上述问题,利用同轴波导模拟GIS腔体结构,并应用有限时域差分法对局部放电辐射的电磁波在波导内传播情况进行仿真.通过仿真数据分析,找出对特高频信号能量产生影响的多种因素,如：放电位置,波导尺寸,放电电流幅值和放电源的脉冲形状.从而阐明了特高频输出信号能量与原始放电脉冲的关系,为进一步探讨GIS放电量特高频标定打下基础.     

GIS局部放电检测方法的分析研究

为了研究脉冲电流法、超声波法和超高频法检测GIS设备内部局部放电的优缺点,利用220 kV GIS试验段建立了一套GIS局部放电检测平台。应用脉冲电流法、超声波法以及超高频法对高压导体尖端、地电极尖端和悬浮尖端典型缺陷进行了测试,获取大量的实验数据和图谱。试验结果表明:脉冲电流法对缺陷普遍具有较高的灵敏度,但抗干扰能力较差,对于现场应用有一定局限性;超声波法对于局部放电信号灵敏度较低,但是抗电磁干扰性强;超高频法抗干扰能力强且灵敏度高,适合用于现场检测。总体来看,多种检测方法需要配合来综合确认。