基于Friis的GIS局放信号与放电量定量计算研究

迄今为止由于国内外学者对于特高频法监测GIS局部放电的放电信号与放电量的关联关系没有达成一致,导致特高频法监测GIS局部放电视在放电量的标定缺乏统一标准,进而难以判断GIS局部放电的严重程度,严重制约了特高频监测GIS局部放电的发展。鉴于此,文中提出一种利用Friis传输方程对GIS局部放电定量计算的方法,该方法将局部放电源作为发射天线模型化处理,并引入Friis传输方程,将计算等效为天线传输过程,应用HFSS仿真得到的四阶Moore分形天线作为接收天线模型,并结合天线收发相关理论,得出GIS局部放电的视在放电量与特高频信号能量与信号电压峰值之间存在关联关系。通过GIS局部放电试验拟合验证,实测结果表明局部放电视在放电量与天线接收特高频信号的能量呈二次曲线关系和信号峰值电压呈一次函数关系。     

变压器油中典型缺陷的局放特高频信号标定

为研究油浸式变压器局部放电特高频检测技术的信号量化标定问题,在人工模拟变压器内搭建了典型局部放电的缺陷模型并进行相关实验研究,同时提取了4种在不同放电电压下的油中典型缺陷的局放视在放电量和特高频信号积累能量作为标定特征量,并对其关联性进行比较分析。研究表明,4种典型缺陷的特高频信号积累能量与其视在放电量平方均存在较好的一次函数关系,且油纸绝缘缺陷的类型与外加实验电压的大小均会影响标定回归曲线的拟合优度,因此对于特高频信号的标定评价必须考虑具体的放电类型与条件进行综合考核。研究结果丰富了变压器油中局放的特高频检测数据库,为油中局放特高频标定的进一步研究提供有利参考。     

新型GIS局部放电特高频信号仿真装置

气体绝缘开关组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)特高频局部放电检测仪器广泛应用于GIS设备的绝缘缺陷检测与预警，但特高频局部放电仪器对绝缘缺陷的诊断和识别的准确性往往存疑。为了提高局部放电设备绝缘缺陷诊断和识别校验的有效性，开发了一种基于导入GIS现场绝缘缺陷图谱并能进行反向输出的装置。首先介绍了装置硬件设计的实现原理、基本结构以及局部放电仿真信号产生单元的实现方法，然后介绍现场真实特高频局部放电信号的转换、载入和下发方法，最后开展装置的实用性测试。测试结果表明：GIS局部放电特高频信号仿真装置能有效模拟现场采集到的各种真实放电信号并进行有效输出，为GIS特高频局部放电检测仪器的绝缘缺陷诊断和识别提供新的方法。     

基于Friis传输方程的局部放电定量计算方法研究

特高频法监测电缆及GIS局部放电时需要对放电量进行精确地标定,以判断局部放电严重程度。文中提出一种利用Friis传输方程对局部放电定量计算的方法,该方法将局部放电源作为发射天线模型化处理,并引入Friis传输方程,将计算等效为天线传输过程,应用HFSS仿真得到的四阶Hilbert分形天线作为接收天线模型。通过局部放电试验与计算分析验证,确定了局部放电量与接收特高频信号的能量呈二次曲线的关系。     

基于Friis传输方程的局部放电定量计算方法研究北大核心

特高频法监测电缆及GIS局部放电时需要对放电量进行精确地标定,以判断局部放电严重程度。文中提出一种利用Friis传输方程对局部放电定量计算的方法,该方法将局部放电源作为发射天线模型化处理,并引入Friis传输方程,将计算等效为天线传输过程,应用HFSS仿真得到的四阶Hilbert分形天线作为接收天线模型。通过局部放电试验与计算分析验证,确定了局部放电量与接收特高频信号的能量呈二次曲线的关系。     

基于Friis传输方程的放电量计算模型

应用特高频方法监测变压器局部放电时需要对放电量进行精确地的标定,通过设计计算模型,建立UHF信号能量与放电量的关系,以通过直观的指标来判断局部放电量,评估设备运行状况.通过将局部放电源作为发射天线模型化处理,并引入Friis传输方程,将计算等效为天线传输过程.并以应用HFSS仿真得到的4阶Hilbert分形天线相关参数为模型,通过理论推导和计算,确定局放量与接收特高频信号的能量呈二次曲线的关系.通过由搭建的放电模型收集的测量试验数据统计结果显示,UHF信号能量与放电量存在二次曲线关系,与理论模型相符.     

自主脉冲标定式特高频局部放电带电检测相位同步方法

针对现有的特高频局部放电带电检测系统,提出一种基于特高频自主标定脉冲的相位同步方法。该方法使用一个同步电路,在工频信号上升沿过零点同步输出一时频特性固定的特高频时间标定信号,实现相位的同步。此信号与局部放电脉冲信号同时被局部放电特高频检测系统所采集,并以其时频参数为特征参量,采用聚类方法加以分类标记。利用局部放电特高频脉冲与其前后时间标定信号的时差便可计算其在工频信号的相角位置。实验结果验证了该方法的有效性和实用性。     

基于行波法的GIS局部放电特高频检测标定系统研究

特高频(ultra-high frequency,UHF)检测因其可有效避免现场噪声干扰,在气体绝缘全封闭组合电器(gas insulated substation,GIS)中具有广泛应用,但工程上尚未明确针对不同频带特高频信号检测装置的标定方法。文中设计了一种GIS局部放电标定平台,由局部放电模拟脉冲信号源、同轴阻抗过渡段、同轴信号标定段、同轴阻抗匹配段、高速示波器和特高频传感器组成。其中,3通道局部放电模拟脉冲信号源,可分别输出上升沿240 ps、460 ps、1 ns的脉冲信号波形,用于模拟尖刺、悬浮微粒、绝缘子内部气泡等不同缺陷类型所产生的不同频带的特高频信号;同轴阻抗过渡段可用于连接SMA接口与550 kV真型GIS,大幅降低信号失真度,对特高频信号的传输性能远优于普通锥形过渡段;最终完成系统测试,验证该系统可用于特高频传感器标定。     

GIS中典型局部放电的频谱特征及传播特性

局部放电水平是高压开关设备状态监测的关键指标,目前广泛采用特高频检测法监测气体绝缘组合开关中的局部放电。为此,利用整套GIS设备建立了试验平台,研究了GIS内部典型缺陷产生的局部放电在盆式绝缘子处泄露出特高频信号的频谱特征。利用多传感器同时测量,研究了特高频信号峰–峰值和累积能量经过GIS中盆式绝缘子、L形拐弯结构、隔离开关和电流互感器等结构的传播衰减特性。试验发现:悬浮金属体放电频谱分布在400 MHz~2 GHz之间,而金属尖端放电所泄露出频谱分布在600 MHz~1 GHz和1.4~1.7 GHz之间;GIS结构中快速隔离开关和电流互感器对局部放电信号累积能量衰减约7 dB,隔离开关打开时对特高频信号累积能量的衰减值比开关闭合时大5 dB。根据以上结论优化特高频检测的频带选择,可提高局部放电特高频检测的灵敏度,合理布置局部放电外置特高频在线传感器,提高监测效率。     

GIS局部放电故障诊断试验研究

建立了模型GIS中局部放电在线检测的测量系统,采用特高频(UHF)电磁波测量、常规局部放电测试以及相位分析等方法,对GIS中典型的几种局部放电特征进行了研究,以求识别放电类型.通过常规局部放电测试与UHF特高频局部放电测量结果对比,可估计UHF信号的放电量,提高UHF特高频局部放电测试在工程中的实用性.     

基于超高频检测技术研究GIS中的局部放电

根据气体绝缘的金属封闭式组合电器(GIS)的波导结构及局部放电脉冲所激发的电磁波的宽频带特征,建立了外部天线超高频局部放电检测系统。利用该系统对252kVGIS母线段中相同气压、不同电压超高频下固定微粒局部放电模型进行检测,并借助联合时频分析方法对信号进行处理。结果表明,外部天线超高频局部放电检测系统可以实现GIS局部放电检测,固定微粒局部放电频谱特征明显。     

油中局部放电检测脉冲电流法与超高频法比较

为了研究局部放电检测中超高频法参量与脉冲电流法参量之间的关系,比较分析了局部放电检测中超高频法和脉冲电流法在原理上的区别。利用脉冲电流法和超高频法对油纸绝缘的几种典型模型下的局部放电活动同时进行测量,比较分析同一模型下的局部放电中超高频法参量与脉冲电流法参量之间的关系并探讨了局部放电检测中脉冲电流法对超高频法的标定问题。研究表明,在反映放电活动强弱上,超高频法的参量和脉冲电流法的参量之间有着相同的变化趋势,但是二者之间不存在直接的线性关系。     

GIS局部放电超高频检测法有关问题的仿真研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)中的局部放电在腔体中产生超高频(ultra high frequency,UHF)电磁波信号。为研究GIS局部放电源与UHF信号的关系,利用时域有限差分法计算局部放电产生的UHF信号;通过改变放电源和探头的参数,研究了局部放电产生的UHF信号的特性。仿真分析结果表明:UHF信号的幅值与局部放电脉冲幅值成线性关系;UHF信号与放电源的径向位置、放电通道长度、放电脉冲波形以及放电源与探头的夹角有关。单纯 UHF信号很难解释局部放电量的大小,但UHF信号可在一定程度上反映出GIS的绝缘状态。     

GIS中电磁波传播特性的仿真研究

为研究UHF信号在GIS中的传播特性,采用时域有限差分法进行了仿真建模和计算。GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频(UHF)电磁波信号,UHF法是通过对局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测,获得局部放电信号的有关信息以实现对设备的绝缘状态诊断和评估。UHF法抗干扰能力较强、灵敏度高。仿真结果表明,UHF信号在GIS内传播时呈现明显的时延特性,有利于局放源的定位;UHF信号的强弱和检测点与局放源的夹角Φ有关,Φ=0°和180°时信号的能量最大;局放脉冲越陡,在GIS腔体中激励的高次模波分量越大。     

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.     

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     

基于尺度-能量熵特征对的特高频局部放电辨识方法

对气体绝缘组合电器(GIS)进行局部放电(PD)检测,可以发现GIS内部早期绝缘缺陷和隐患,并预防绝缘事故发生。文中采用复小波分解(CWT)对GIS内部特高频(UHF)PD信号进行多尺度分解,分析了CWT能量熵(CWT-EE)随CWT尺度的变化规律,发现UHF PD信号信息主要分布在能量熵变化梯度较大的尺度下。为此,文中提取CWT-EE及其对应尺度,构建尺度-能量熵(SP-EE)特征对,既保留了PD信号能量特征信息,又保留了UHF PD信号小波尺度信息。最后,采用支持向量机(SVM)进行UHF PD类型辨识,结果表明:SP-EE特征对不但可以有效识别GIS内部4种典型绝缘缺陷,而且能够有效降低UHF PD信号分解层数和PD特征维数。     

直流下局部放电试验与测量系统设计

笔者组建了一套直流下局部放电试验与测量系统,由放电脉冲波形超宽带测量系统和超高频信号测量系统组成。设计了6种油纸绝缘局放模型以模拟换流变压器的典型缺陷。直流下试验结果表明:缺陷模型放电稳定,相同条件下放电重复性好;测量系统可以准确检测到放电脉冲波形和超高频信号。为研究直流下局部放电脉冲单个波形、脉冲序列以及超高频信号在线监测等提供了试验研究平台。     

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。