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。     

基于时频相似度的GIS多源局部放电信号分离方法

文中提出一种基于时频分析的GIS多源局部放电信号脉冲分离方法。首先,对记录的GIS局部放电脉冲波形序列进行S变换时频分析,以提取典型局部放电脉冲的时间—频率—幅值特征。然后,与由单一典型局部放电缺陷模型构造的时频数据库进行混合,基于时频相似度分析和仿射聚类方法对记录的脉冲群进行快速分类,最终实现多局部放电源脉冲群的分离。在局部放电源个数未知的情况下,文中方法可判断出局部放电源的个数和放电类型。且该方法可抑制随机干扰源的影响,并可分离典型的脉冲扰动波形。     

油纸绝缘中局部放电的典型波形及其频谱特性

根据对变压器油纸绝缘内部常见缺陷的分析，进行了局部放电模型试验。通过考察不同类型放电的发展过程和电流脉冲的波形特征，发现油纸绝缘中产生的局部放电与空气中的放电过程表现出相似的发展规律。对应于不同的放电阶段，放电波形有较大差异，因而不同类型的放电脉冲具有不同的频谱特性。所得结果为深入研究绝缘介质中的局部放电的机理、放电脉冲在变压器绕组中的传播规律、局放检测系统的频率特性以及放电类型的波形识别提供了实验依据。     

油纸绝缘系统针板缺陷下局部放电发展过程研究

对典型油纸绝缘针板缺陷进行了交流电压下的局部放电试验,并对其放电脉冲相位分布(phase-resolved partial disdarge,PRPD)谱图与典型脉冲波形进行了分析,并根据PRPD谱图中局部放电脉冲分布趋势将局部放电发展过程划分为3个阶段。试验结果表明,油纸绝缘交流电压下局部放电脉冲可分为两类,分别代表着油纸绝缘结构中发生的局部放电与气泡中发生的局部放电。随着电压的升高,绝缘纸表面开始出现负极性下的沿面放电,对绝缘纸造成较大损伤,导致绝缘纸性能劣化,最终导致介质击穿。研究油纸绝缘结构局部放电随着电压等级升高的发展过程有助于实现变压器在线监测。     

局部放电UHF脉冲的时频特征提取与聚类分析

制作了4种人工缺陷模型模拟典型的局部放电源,并进行局部放电试验采集UHF脉冲信号。引入S变换(ST)对局部放电的UHF脉冲进行时频分析,探索不同放电源脉冲的聚类分离。算法首先对UHF脉冲进行S变换,并采用非负矩阵分解(NMF)对S变换幅值矩阵进行分解得到频域基向量和时域位置向量,从中提取尖锐度、导数平方和、信息熵以及稀疏度等特征参量,构造出能充分反映局部放电时频信息的特征空间,最后利用模糊C均值算法对提取的特征向量进行聚类得到放电源脉冲的聚类结果。对试验数据的分析结果表明,提取的ST时频特征能够有效实现不同局部放电源脉冲的聚类,当NMF参数r=2时,10维时频特征能够取得最高为90.33%的聚类正确率;与常用的Wigner-Ville分布(WVD)相比,ST具有更好的聚类效果;当存在复杂的多重信号折反射时,本文提出的时频特征聚类结果较差,需要进行进一步的研究。     

基于概率神经网络的油纸绝缘老化诊断技术研究

对油纸试样进行加速热老化处理,根据聚合度变化将其老化过程划分为5个老化阶段;基于气隙放电模型进行局部放电试验,采集不同老化阶段油纸试样的PRPD图谱;利用统计算子提取特征量,采用因子分析法(FAM)对原始特征数据降维,比较降维前后特征数据的聚类特性;建立概率神经网络(PNN)模型识别油纸绝缘的老化阶段,作为对照,搭建反向传播(BP)神经网络模型以及支持向量机(SVM)模型,使用相同的数据对其进行训练,比较三者的识别结果.结果表明:老化会导致纸板内部产生孔隙,从而促进局部放电的发生;与其他模型相比,FAM-PNN模型在识别准确率和运算效率上具备明显优势,使用FAM-PNN模型可以准确高效地对变压器油纸绝缘的老化状态进行评估.     

基于局部放电的电力变压器油纸绝缘状态评估关键问题分析

目前局部放电(PD)已作为绝缘状态质量监控的重要指标,但基于局部放电的变压器油纸绝缘状态评估并无广泛工程应用。为此,总结基于局部放电的变压器油纸绝缘状态评估的研究成果,并提出需要深入研究的方向与未来发展趋势,以为后续研究提供基础。通过讨论分析油纸绝缘局部放电特性、油纸绝缘局部放电模式识别、油纸绝缘老化评估及油纸绝缘缺陷发展程度诊断4个问题,得出:不同电场类型下,油纸绝缘局部放电的起始放电特性和波形特性差异较大;在局部放电模式识别中,时间序列谱图与相位分辨局部放电(PRPD)谱图相结合的识别率最高,可达95%;图谱多元特征量的提取、降维、分类以及识别是老化评估的必要步骤;局部放电程度可分为起始、发展、严重、危害4个阶段。研究表明针对不同问题的特征量灵敏度分类以及缺陷诊断与老化评估的综合分析是需要深入研究的方向。此外,多维信息融合评估是未来变压器油纸绝缘在线评估的发展趋势。     

基于模糊聚类算法的油纸绝缘缺陷识别

采用典型模糊聚类算法(FCM)对电力变压器油纸绝缘缺陷进行诊断,研究不同绝缘缺陷的局部放电超高频信号特征识别问题。根据变压器内部绝缘缺陷特征,文章构建典型油纸绝缘缺陷模型,通过提取局部放电超高频信号特征量,构建综合识别矩阵,对缺陷进行识别。采用模糊C-均值聚类算法分别对信号小波去噪前后两种综合特征矩阵进行聚类分析及识别。对比结果表明,小波包多尺度超高频网格维数和能量参数能有效区分4种绝缘缺陷;小波去噪方法提高了正确识别率、最小识别率、识别稳定性、算法稳定性和收敛性。验证了模糊C-均值算法对油纸绝缘缺陷识别的适用性。     

交直流复合电压下老化油纸绝缘针板模型局部放电特性

为研究换流变压器阀侧实际运行老化的油纸绝缘局部放电特性,提高交直流复合电压下油纸绝缘局部放电研究的工程实际意义,取运行5 a的换流变油纸样本,建立典型针板电极油纸绝缘缺陷模型,对交直流复合电压下老化油纸绝缘局部放电从起始阶段到击穿的整个过程进行了实验模拟并记录放电时域信号。随着局部放电发展,放电幅值逐渐提高,出现放电的相位分布扩大,相应相位出现的放电次数增加,当临近击穿时,负周期放电量超正周期数倍。基于时域放电信号建立了多个放电周期的H_(umax)(φ)、H_(umean)(φ)、H_n(φ)和H_n(u)等PRPD谱图。分析谱图特性,并计算各个谱图的偏度(Sk)等统计参量因子,基于自适应阈值模糊聚类分析方法,将统计参量因子分为10类,分类之后可看出一定的时间延续性。结合分类结果和局部放电发展的不同时刻的信息,将放电模型的发展过程划分为初始放电阶段、放电发展阶段、放电稳定阶段和预击穿阶段。划分结果可为交直流复合电压下油纸绝缘局部放电在线监测和模式识别提供参考。     

低温下油浸纸式套管绝缘局部放电发展规律及识别方法

为了保障高寒低温环境下油浸式高压套管的安全可靠运行,本文中作者开展了低温下套管油纸绝缘局部放电发展规律研究和局部放电程度评估。搭建了油纸绝缘试样和套管模型的低温局部放电试验平台,将放电全过程划分为3个阶段从平均放电量、最大放电量、脉冲重复率三方面分析油纸绝缘不同温度下局部放电的发展特性,根据灰度梯度共生矩阵和颜色矩对演变过程中PRPD谱图提取的特征参量,提出了一种基于鲸鱼优化极限学习机的局部放电阶段识别方法,并与极限学习机、支持向量机和反向传播神经网络进行对比。研究发现提出方法的不同缺陷识别准确率均高于其他方法,可有效评估高寒地区高压套管的局部放电严重程度,为后期套管维护计划提供了建议。     

基于K近邻算法的换流变压器局部放电模式识别

提出了一种基于K近邻KNN(K-Nearest Neighbour)算法的换流变压器故障诊断方法。设计了4种人工油纸绝缘缺陷,采用超高频天线采集局部放电信号。通过对局部放电超高频信号进行小波包多尺度变换,计算其多尺度小波系数的能量系数。采用KNN算法对局部放电超高频信号能量特征参数进行识别。将反向传播神经网络和所提方法对局部放电超高频信号模式的识别结果进行了对比,结果表明所提出的方法更适用于换流变压器故障诊断。     

基于局部放电主成分因子向量的油纸绝缘老化状态统计分析

提出一种新的局部放电模式——脉冲相位分布(17RPD)模式特征参数提取方法,用于油纸绝缘老化阶段的判定。通过对油纸绝缘内部气隙模型的加速老化试验,以及老化过程中局部放电信号的定期采集,采用主成分因子分析方法,从传统的PRPD图谱统计特征参量中提取出一组新的局部放电主成分因子向量。新的主成分因子不仅彼此之间完全独立,而且各自具备清晰的物理意义,并最大程度地概括了PRPD图谱所包含的信息。基于不同老化阶段的主成分因子向量聚类分析表明,它对油纸绝缘的老化状态判别结果可以为绝缘状态诊断提供具有重要参考价值的信息。     

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。     

油纸绝缘的局部放电特征量分析及危险等级评估方法研究

以局部放电为特征量,研究油纸绝缘扁平气隙缺陷发展规律及状态评估的方法。首先引入等效时频分析结合模糊聚类方法实现混合放电源的分离,并采用因子分析方法对传统的放电特征量指纹进行降维,提取出新的放电指纹;然后以不同放电阶段的新特征指纹为依据,采用ID3决策树实现了放电发展阶段和风险的评估;最后提出一套以局部放电作为特征参量对绝缘缺陷发展程度和风险进行评估的方案。该方法重点解决了2个问题:一是混合放电源的分离和识别,二是可用于评估油纸绝缘老化程度的放电指纹特征提取和诊断方法。     

基于概率神经网络的油纸绝缘局部放电发展阶段识别北大核心CSCD

采用阶梯升压法进行油纸绝缘沿面放电与气隙放电实验,根据放电发展过程的差异将局部放电划分成4个阶段:放电初始阶段、放电发展阶段、放电稳定阶段和临近击穿阶段,分析两种模式下放电特征参量的发展规律。提取放电相位分布(PRPD)图谱的29个统计特征参量,通过局部线性嵌入算法降维得到新的六维特征参量,采用概率神经网络(PNN)算法对两种放电模式下油纸绝缘放电发展阶段进行识别,并与广义回归神经网络(GRNN)模型以及反向传播神经网络(BPNN)模型进行比较,发现其识别结果更加准确。     

基于聚类多级决策SVM的油纸绝缘沿面放电阶段识别方法

基于油纸绝缘柱板沿面放电模型,采用恒压法对该模型交流电压下局部放电发展特性进行实验研究,提取不同时刻局部放电脉冲相位分布(phase-resolved partial discharge,PRPD)模式的4个图谱及其对应的29个统计特征量,采用核主成分分析法提取8个新特征参量,并通过系统聚类划分放电发展阶段。在局部放电8个新特征参量的基础上,根据聚类划分的结果,利用聚类分析中的类距离思想,建立基于聚类-多级支持向量机(support vector machine,SVM)的放电阶段分层识别方法。识别结果表明:所建立的聚类-多级SVM能很好识别放电所处的阶段,与系统聚类结果吻合较好。     

交直流复合电压下油纸绝缘内部气隙缺陷局部放电特性

为了研究换流变压器油纸绝缘的局部放电特性,制作了典型的油纸内部气隙缺陷放电模型,设计了交流和直流电压叠加的实验回路,模拟换流变压器绝缘承受的电压类型。针对实验模型施加不同分量的交流电压和直流电压,用脉冲电流法分别检测该模型局部放电的各个特征参数,进行比较研究。总结了复合电压下油纸气隙放电模型的局部放电脉冲特征规律,并分析了其放电机理。结果表明,交直流复合电压下的油纸绝缘气隙放电具有不同于交流和直流下局部放电新的特点。为实现换流变压器的绝缘状态在线监测与综合评估积累了经验数据。     

变压器内单一局放PRPD谱图统计参量的主成分分析

设计了4类由变压器油纸绝缘缺陷引起的"单一局放模式"模型:气隙放电模型、针板放电模型、介质表面金属杂质放电模型、油隙放电模型。通过标准化试验方法得到了不同模型局部放电相位分布模式(phase resolved partial discharge,PRPD模式)的二维谱图,并对谱图进行分析得到25个局部放电统计参量。采用主成分分析对统计参量的有效性进行了分析,得到了25个统计参量对不同类型放电信息表达的新特征参量组,以及对不同放电类型识别的贡献率。     

直流下油纸绝缘中局部放电脉冲典型波形及其参数提取

笔者介绍了直流下局部放电脉冲波形测量系统的组建以及测量电阻的校验。利用该试验系统对模拟换流变压器油纸绝缘的5种典型缺陷模型进行了局放脉冲波形测量。试验结果表明:直流下油纸绝缘中缺陷放电稳定,脉冲波形无振荡分量和过冲,且不随电压变化而发生畸变。在对典型脉冲波形进行预处理的前提下,使用形状参数法、自相关函数法、AR模型参数法以及Renvi信息量进行了波形特征参数提取。所得结果为深入研究直流下油纸绝缘中局部放电机理、局放在线监测系统的频率特性以及放电类型的波形识别提供了实验依据。     

恒定电压下油纸绝缘局部放电发展规律及缺陷状态诊断

为了研究变压器内部油纸绝缘局部放电缺陷的发展过程及规律,构建了球板和匝间局部放电模型,采用恒压法研究了不同幅值电压下绝缘纸板(绝缘纸)从开始放电到纸板(绝缘纸)被击穿的放电发展过程中窄带脉冲电流信号的脉冲重复频率、脉冲的平均放电量及最大放电量、脉冲的1s放电量及累积放电量、脉冲相位分布的变化过程。研究结果表明:在局部放电缺陷的发展过程中,脉冲累积放电量、1s放电量、脉冲起始相位、脉冲的重复频率等特征参数呈现出指数或线性的变化趋势。其中累积放电量等特征参数发展较稳定,规律较一致,可以用来表征局部放电缺陷的严重程度;基于此提出了局部放电缺陷严重程度的2种表达方法:击穿概率法、剩余寿命法。