基于光纤光栅的GIS导体温度巡检方法与装置

针对GIS设备导体温度监测和回路过热性故障预防,在分析光纤光栅测温原理和成像解调技术的基础上,提出了一种基于光纤光栅温度传感网络的GIS导体温度巡检方案。通过现场温升试验建立了GIS导体温度测量模型并根据相关标准制定了GIS导体温度过热性故障判据。研制了可应用于不同GIS母线温度测量的便携式巡检装置,设计了温度巡检装置的硬件系统和软件系统。现场实验表明该设备工作稳定,测温精度高,对于保障GIS设备的安全稳定运行具有现实意义。     

基于多场耦合计算的气体绝缘开关设备母线接头过热性故障分析

为了研究气体绝缘开关设备(GIS)母线接头的过热性故障形成机理,基于多场耦合有限元法建立了GIS梅花接头温升计算模型。该模型通过对结构场分析计算触指与导体间的接触电阻(ECR)与接触热阻(TCR),运用电流传导分析计算了功率损失并作为热源代入温度场计算接头温升。进行了稳态电流温升实验,验证了所提出计算模型的有效性。基于该模型分析了导体插入深度与短路负荷电流对GIS母线接头温升的影响,结果表明短路负荷电流由于作用时间短而不会造成母线接头的热损伤,导体对接深度不足引起的接触点异常温升是导致GIS母线接头过热性故障的直接原因。     

基于广义S变换的特快速暂态过电压频谱特性及其影响因素分析

特快速暂态过电压(very fast transient overvoltage, VFTO)波形具有非平稳性,傅里叶变换无法描述其频率分量随时间变化的局部特征,因此提出了基于广义 S 变换的VFTO频谱分析。以气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)试验回路实测VFTO典型波形为样本,用广义 S 变换对样本波形进行频谱分析,给出了各频率分量的幅值–时间曲线;通过对比研究了不同条件下实测波形的幅值–时间曲线,定性分析了击穿序数、分闸/合闸及隔离开关速度、不同位置、GIS回路参数、GIS回路结构等因素对VFTO频谱的影响。结果表明：VFTO频率成份丰富,频率分量的频率越高,其幅值衰减越快、持续时间越短;不同击穿序数的 VFTO 频率成份相同,各频率分量幅值不同;分闸/合闸及开关速度仅对VFTO各频率分量幅值有所影响,对频率成份无明显作用;不同位置 VFTO 的高频成份有所不同。     

几种时频分析方法在VFTO频谱分析中的应用

从信号处理的角度而言,特快速暂态过电压(VFTO)是非平稳信号,传统的Fourier变换不适合用于对其进行频谱分析。为此,结合VFTO波形频带宽、频率成分丰富等特征,寻求了适用于VFTO频谱分析的时频分析方法。对比分析了短时Fourier变换、Wigner-Ville分布、伪Wigner-Ville分布、S变换及广义S变换5种时频分析方法在VFTO合成信号频谱分析时的性能,结果显示广义S变换在高、低频段的时频分辨率能够同时达到较好水平。然后利用广义S变换对VFTO实测波形进行频谱分析,给出了VFTO各频率分量的幅值—时间曲线。曲线显示VFTO各频率持续时间不一,频率越高,其幅值衰减越快、持续时间越短,进一步论证了广义S变换应用于VFTO频谱分析的适用性和可行性。     

基于场路耦合有限元的三相共箱气体绝缘母线暂态电动力分析

基于瞬态场路耦合有限元理论建立了外部电压源激励下的三相共箱气体绝缘母线电路-电磁-结构场数值计算模型。采用顺序耦合方法将电磁场分析得到的节点电磁力作为载荷施加到结构场有限元模型中计算外壳的振动特性。通过将计算结果与镜像电流法和外壳振动测试结果进行对比验证该计算模型的有效性。基于该模型分析计算了工频稳态和不同短路故障条件下三相共箱气体绝缘母线电动力空间分布特性和时变特性,计算结果表明由于三相导体位于同一金属壳体内,短路故障类型将直接影响导体和外壳上电动力的分布特性。单相短路故障条件下气体绝缘母线导体短路电动力在幅值上要大于相间短路和三相短路且在时间上要早于相间短路和三相短路。计算模型和分析结果可用于三相共箱气体绝缘母线结构优化设计和短路故障监测。     

基于LSSVM和混沌理论改进人工蜂群优化算法的GIS母线接头温度预测*

GIS母线接头过热已成为典型的过热性故障,为实现GIS母线接头温度的准确预测,在研究最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machines,LSSVM)算法的基础上,引入混沌理论改进的人工蜂群算法对LSSVM的参数进行优化,建立了一种基于参数优化LSSVM的GIS母线接头温度预测模型。通过GIS母线温度物理模拟实验,将实验所获得的负荷电流、GIS母线筒外壳测点温度及环境温度作为输入量,GIS母线接头温度作为输出量,对该模型进行了训练。结果表明,该模型的预测误差仅为0. 193%,优于ABC-LSSVM、LSSVM和RBF神经网络。提出的温度预测模型可实现母线接头温度的精确预测,为防止GIS母线接头过热性故障的研究奠定了基础。     

基于三维有限元的静态连接梅花触头短路暂态电动力分析

针对梅花触头电动稳定性设计与接触失效机理分析,采用三维有限元方法建立了梅花触头电动力计算模型,基于该模型分析计算了短路负荷条件下的梅花触头与导体的电动力暂态变化过程.通过与其它计算方法对比分析,结果表明该计算模型可以克服经验公式法无法准确考虑触指结构的缺点,能够较为准确计算不同触指结构的梅花触头短路电动力分布.基于该模型分析了梅花触头短路电动力的影响因素,分析结果表明短路电动力增大引起的梅花触指接触压力减小是造成梅花触头失效的一个重要原因,增大接触压力对提高梅花触头电动稳定性的作用有限,增加触指片数和减小触指半径是提高梅花触头电动稳定性的有效途径.     

基于Wiener过程气体绝缘母线触头接触失效预测

气体绝缘母线(GIB)触头是过热性故障的多发部位,而接触电阻的大小是设备能否稳定运行的决定性因素。为了实现对GIB触头接触失效的预测,在时间尺度的非线性Wiener模型与逆幂率加速老化模型基础上,建立了GIB触头的失效预测模型。搭建了GIB触头电接触失效试验平台,开展了SF6和空气介质下GIB触头的载流摩擦磨损试验。通过似然函数参数估计得到不同条件下GIB触头接触电阻退化表达式,进而根据概率分布函数获取触点的接触失效寿命。试验结果与预测结果对比表明所建立失效预测模型的有效性。GIB触点在空气下的寿命22. 76年,在SF6下的寿命为43. 67年,所建立的失效预测模型可为GIB触头的设计制造和状态检修提供技术支持。     

基于改进YOLOv4的GIS红外特征识别与温度提取方法

对气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)典型部件的目标识别和温度提取是实现对设备发热状态红外智能检测的关键。文中提出一种基于混合域注意力机制(convolutional block attention module,CBAM)的改进YOLOv4算法,可实现对GIS母线、隔离开关等部件的快速目标检测和热点温度提取。首先,在某变电站现场采集原始红外图像,对图像进行锐化处理和部位标记,构建包含GIS典型部件的红外数据集。然后,利用深度可分离卷积网络降低模型参数量,并融入CBAM优化模型的识别能力,在此基础上构建基于改进YOLOv4的GIS红外部件目标快速检测算法。最后,采用灰阶差值方法对检测到的GIS典型目标部件进行热区温度值提取。结果表明,所提算法在GIS红外特征数据集上可以达到每秒31.5帧的识别速度和82.3%的识别准确率,明显优于其他目标算法,且GIS各部件的温升计算值与实测值误差在±1℃内。该算法可部署在无人机和巡检小车等边缘智能终端,实现对现场GIS设备温升状态的精细化识别和快速诊断,提升GIS设备健康状态管理数字化和智能化水平。     

基于CycleGAN和CNN的GIS振动信号去噪与机械缺陷识别

针对现场气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)振动检测结果易受外界背景噪声干扰的不足,文中提出基于生成对抗网络和卷积神经网络的现场GIS接触缺陷抗干扰检测框架。首先,开展GIS通流试验,获取在触指缺失、螺栓松动、存在分解物和导体对接深度不足4种典型缺陷下的振动波形,并收集包含背景噪声干扰的现场GIS振动波形作为参考,通过对振动数据进行图谱转化,构建用于背景噪声干扰去除和缺陷分类的数据集;其次,将现场振动图谱作为输入,采用周期一致生成对抗网络(cycle-consistent generative adversarial network,CycleGAN)对GIS进行现场背景噪声干扰去除;然后,采用AlexNet和ResNet18卷积网络结构对振动图谱特征进行提取;最后,采用全连接层对图谱特征进行分类,并对比不同振动信号图谱算法对分类结果的影响。结果表明,对于现场数据,所提模型的最大均值差异(maximum mean discrepancy,MMD)可达0.956 0,弗雷谢特起始距离(Fréchet inception distance,FID)可达62.09;Mel-ResNet18模型对GIS接触缺陷分类的准确率达99.43%。文中所提方法对于提高现场GIS振动检测和接触缺陷诊断结果的有效性具有重要应用价值。