基于超声波飞行图的GIS自由金属微粒缺陷诊断研究

自由金属微粒是气体绝缘开关设备(GIS)中最常见的缺陷之一,极易引起绝缘子闪络等绝缘故障。建立了自由金属微粒的典型缺陷模型并进行大量局部放电试验,对信号的工频相位相关性进行判断,确定了不同缺陷类型、不同试验电压下放电超声波飞行图的特征差异,为GIS中自由金属微粒缺陷的识别和诊断提供了一种有效的方法。     

GIS内典型绝缘缺陷的局部放电信号超声特性分析

为了研究组合电器(GIS)典型绝缘缺陷局部放电信号的超声波特性,在一段110kV GIS试验段上,设计和模拟了GIS中的母线金属尖刺缺陷、筒壁金属尖刺缺陷、悬浮电位缺陷、盆式绝缘子内部气泡缺陷、自由金属颗粒缺陷等5种典型局部放电模型和铁心电磁振动模型,使用超声波法对其放电和振动信号进行检测。结果表明,不同缺陷的局部放电或超声信号在幅值、相位特征、相位分布(PRPD)谱图特征等方面会呈现不同的特点,为缺陷的模式识别提供了试验依据。     

GIS盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷导致局部放电的发展过程

局部放电是气体绝缘组合电器（GIS）内部绝缘损坏的外在表现。为了研究GIS局部放电的发展规律,在220 kV GIS实验腔体中设置了人工盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷模型,采用阶梯升压法模拟了该缺陷下局部放电的不同发展阶段,以特高频法对各阶段局放信号进行了测量。基于测量结果,梳理了放电次数、平均放电幅值、总放电幅值、最大放电幅值等的变化规律,从而得出结论：盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷下局部放电可分为放电初始阶段、放电发展阶段和放电危险阶段,且各放电阶段可用放电特征量及放电散点图的变化来表征。     

采用碰撞频率和放电量估算运行电压下线形金属颗粒的尺寸

金属颗粒的形状、尺寸及材质对降低GIS的原绝缘强度有明显影响,颗粒的运动是金属颗粒引发击穿的重要原因,目前针对GIS中金属颗粒的检测主要通过局部放电测量,由于在运行电压下不同尺寸颗粒的运动行为不一样,产生的局部放电也存在差异,如何将颗粒的局部放电与颗粒的运动行为建立联系,并通过局部放电实现线形颗粒尺寸的估算,可为后续金属颗粒有害性的判断提供重要依据。为此,笔者对GIS内部不同尺寸线形颗粒运动行为进行了仿真分析,并在实验室中制备了以实际126 k V GIS设备为原型等比例缩小的试验腔体,并在试验腔体内分别放置不同尺寸的金属颗粒,采用常规脉冲电流检测仪和超声波检测仪对颗粒的放电信号进行检测,并采用高速相机对颗粒的运动轨迹进行拍摄。研究结果表明:不同长度及半径的线形颗粒的运动行为差别较大,随着线形颗粒直径的减小或长度的增加,线形颗粒的跳动高度变大、颗粒飞行时间变长;在运行电压下,线形颗粒碰撞外壳的频率由颗粒的尺寸决定,且颗粒在与外壳碰撞过程中超声波检测仪可较灵敏地检测到超声信号,通过超声脉冲频率可基本估算颗粒碰撞外壳的频率;颗粒的最大视在放电量与颗粒所带最大电荷量间存在一定比例关系,且当颗粒的尺寸不变时该比例关系则基本不变。通过将试验中测得的线形颗粒最大视在放电量和超声脉冲频率与仿真结果进行比对,可以实现线形颗粒尺寸的估算。     

GIS中典型缺陷局部放电的超声信号特征分析

GIS以其可靠性高、维护率低和尺寸小等优点在变电站中广泛应用。然而,GIS中不可避免的缺陷仍经常引发绝缘击穿事故。设计并模拟了GIS中常见的三类局部放电典型缺陷:金属突出物缺陷、自由金属颗粒缺陷和悬浮电位缺陷,使用外置的超声传感器采集局部放电产生的超声波信号,并分析了这些信号的特性。试验结果表明,三种典型绝缘缺陷局部放电时具有不同的超声信号特征,超声波法可用于检测和分离GIS中常见的绝缘缺陷。     

正弦振动激励下GIS内自由金属微粒运动特性

自由金属微粒是影响气体绝缘组合电器(GIS)绝缘可靠性的主要威胁之一,常具有潜伏性和随机性,而GIS振动可激励微粒起跳并诱发绝缘击穿,但相关研究鲜有报道.该文建立了特高压GIS中工频电压叠加正弦振动条件下自由金属微粒的荷电、受力和运动仿真计算模型,研究了不同外施电压和振动参数对微粒运动特性的影响规律,并获得不同条件下微粒的超声飞行时间谱图.研究结果表明:初始时刻,在壳体加速度作用下,微粒起跳场强随振幅的增加逐渐降低,微粒半径对起跳场强影响随振幅的增加逐渐减小.微粒运动过程中,相邻两次碰撞间最大飞行高度与碰撞瞬间恢复速度及电压相位有关,且与微粒飞行时间呈正相关.与仅施加工频电压相比,外施振动激励条件下,微粒飞行时间图谱在电压幅值较低时即呈现明显的三角脉冲,且微粒飞行时间图谱呈山峰状,与带状飞行图谱相比具有明显差异,具有较高的识别性.     

基于局部放电统计特性的GIS现场试验

基于局部放电超声信号统计特性,分析气体绝缘组合电器内部缺陷,进行数据统计分析例如信号幅值分布、飞行时间分布和相位分布,结合传统相位谱图法可以判断GIS内部缺陷。     

GIS中线形颗粒起举电压的影响因素

为研究颗粒尺寸、数量及壳体振动对颗粒起举电压的影响,在实验室中制备了以实际126k V气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备为原型等比例缩小的试验腔体,仿真分析了GIS内部线形颗粒的受力,记录并观察了不同条件下颗粒的常规脉冲电流信号、超声信号和颗粒的运动轨迹。研究结果表明:在GIS运行电压下平躺线形颗粒材质一定的情况下,颗粒的起举电压由颗粒的半径决定,而与颗粒的长度无关,随着线形颗粒材质密度的增加,颗粒的起举电压增大;随着相邻颗粒数量的增加,颗粒的起举电压呈下降趋势;GIS腔体的振动会使颗粒获得一定的初速度,进而使得颗粒的起举电压大大下降;不同运动状态金属颗粒的放电信号存在明显的差别,采用颗粒的超声幅值–飞行时间二维散点图可对颗粒数量及跳动的剧烈程度进行判断。通过对GIS中线形颗粒起举电压影响因素的探索,进一步加深了线形颗粒运动行为的把握,为后续金属颗粒危害性的研究提供重要的参考     

GIS绝缘子表面固定金属颗粒放电特性研究

为研究气体绝缘开关设备中绝缘子表面固定金属颗粒的放电特性,在实验室建立了一套220kV电压等级的GIS局部放电检测平台,模拟GIS绝缘子表面固定金属颗粒放电模型,应用紫外成像技术、超声波检测技术和脉冲电流法对整个放电过程进行了检测。试验结果表明:光学检测法灵敏度很高,通过紫外光子数可以直观的反映放电的剧烈程度和放电位置;绝缘子表面固定金属颗粒的形状对放电剧烈程度有较大影响;在绝缘子缺陷处,随着放电的加剧,局部区域瞬间受热而膨胀,体积的剧烈变化引起了介质密度的瞬间变化,从而导致超声波信号不断增强。     

考虑超声波传播特性对GIS内部自由金属粒子的游离尺寸评价

介绍采用电磁波及超声波检测法探讨精确诊断GIS内部是否有金属粒子存在、位置以及绝缘击穿危险程度的诊断检则。以GIS罐内进行的金属粒子自由落下的试验，探计了有关产生超声波波形的衰减、螺旋波以及速度分散等传播特性，根据校正的超声波振幅值评价了GIS内游离的金属粒子的尺寸。     

超声检测进行气体绝缘组合电器典型绝缘缺陷识别

介绍了基于超声检测的气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)典型绝缘缺陷识别技术.该技术由基于幅值模式(amplitude mode,AM)、飞行模式(flying mode,FM)、基于相位模式(phase mode,PM)的特征参数提取与判别3个主要模块组成.其中,针对AM提取的...     

Activity of moving metallic particles in prebreakdown state in GIS

The paper presents experimental results of measurements of prebreakdown activity, caused by free metallic particles in GIS, obtained using a phase resolved partial discharge (PRPD) analysis and acoustical measurements. The numerous parameters characterizing prebreakdown activity of particles were identified and analyzed. These included phase resolved distribution of charge, maximum charge, average charge per period, or per pulse, a balance of charge in positive and negative half-wave of voltage, pulse rate (number of pulses per period) for electrical and acoustic methods. The measurements were conducted in a compartment of real GIS, and Al as well as Cu particles of different shapes were investigated. The pressure varied from 150 to 550 kPa, however most measurements were taken at 450 kPa. A discharge model which takes into account the effect of a free metallic particle in GIS is presented     

基于自然激励技术和TLS-ESPRIT方法的低频振荡模式辨识

提出了一种利用系统随机响应信号辨识低频振荡模式的方法。利用自然激励技术(NEx T)从系统随机响应信号中获得自由振荡信号,采用总体最小二乘—旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)方法对所获得的自由振荡信号进行模式辨识,得到低频振荡模式的频率和阻尼比。采用16机系统仿真数据和四川电网实测数据验证了所提方法的有效性;与随机减量技术(RDT)结合Prony方法对比表明,所提方法对阻尼比估计更准确且抗噪性更强。     

Validating phase relations between cardiac and breathing cyclesduring sleep

The objective of this article is to investigate phase relations between heart beat and breathing cycles and their dependence on sleep states. Furthermore, the appearance of phase synchronizations between these signals is proved statistically by analyzing the phase relations between breathing and heart beat periods. The phase synchronizations between these signals are searched for by testing appropriate parameters of surrogate data with similar power spectra but randomly shuffled phase relations     

基于Gabor原子的雷达辐射源信号无意调制特征提取

针对雷达辐射源的个体差异,提出一种雷达辐射源信号无意调制特征提取方法。该方法在过完备Gabor原子库基础上,采用匹配追踪（matching pursuit）方法对具有相位噪声的常规雷达辐射源信号进行时频原子分解,得到表示常规雷达辐射源信号无意调制特征信息的最佳Gabor原子,将最佳Gabor原子时频参数以及重构信号和原始信号的相似度作为个体特征参数。．实验结果表明,提取的个体特征参数可以有效地表示常规雷达辐射源信号的无意调制。     

基于乘法器的模拟电路参数测量系统的设计与实现

针对现有模拟电路参数测量方法复杂、测量结果精度低的缺点,构建了基于乘法器的模拟电路参数测量系统。系统中由信号源产生2路正交同频正弦模拟信号,取出一路信号通过待测模拟电路与原信号源产生的2路信号做乘法、滤波处理,产生两路直流信号,之后通过DAQ、LABVIEW采集,得到模拟电路相位差和幅度。经测量,幅度和相位的误差均小于3％,表明该系统具有电路简单、易于实现、误差小、运算速度快等优点,为模拟电路参数测量的研究提出一种可行性方案。     

基于幅值测量的任意宽带信号相位测量方法

本文提出了一种超宽带任意信号相位测量方法,该方法基于频谱分析仪测量两路不同信号振幅,再基于功率合成器合成信号幅度,利用矢量合成原理,在频域中进行数学分析,建立了测量任意信号相位的方法。根据基本原理设计,建立了测量信号相位的测试系统,通过仿真及实验验证了该方法的正确性及可行性。另外,还讨论了功率合成器的反射与隔离等参数对信号相位测量结果的影响。本方法适用于从DC到数十GHz信号相位的测量,可应用于电磁干扰和信号完整性分析,弥补了现有测量信号相位方法的不足。     

On optimal filters with maximum number of constraints on amplitude and phase characteristics

For optimal filters specified amplitude and phase (or group delay) characteristics, it is required that all the free parameters of the transfer function be used for the approximation. To achieve this requirement, the number of constraints on the amlitude and phase characteristics is defined first on general interpolation bases. Constant or arbitrarily prescribed lowpass or bandpass group delay and amplitude characteristics are approximated in the maximally flat, ripple or mixed sense for lumped filters, whereas highpass and band rejection characteristics are also considered for distributed or sampled data filters. The relationship between the number of free parameters and the number of amplitude and phase constraints for a given degree is derived for non-reciprocal as well as for reciprocal lossy and reciprocal reactant cases. Conditions are derived for the distribution of free parameters between the passband and stopband amplitude and phase characteristics for transfer functions with Hurwitzian denominator and also for monotonic amplitude characteristics in the transition band. Some published separate and simultaneous approximation methods are evaluated and compared on the above bases. It is pointed out that some of these methods do not satisfy the above requirements, although the optimal solution would exhibit higher performances.     

基于Prony法的暂态扰动信号分析

应用Prony法对配电系统中的电容器操作事件和电压放大问题进行了机理分析,并将仿真信号分解为不同的分量。通过对不同仿真信号分解结果的比较,认为电容器投切时在用户端产生的放大电压是不同频率、阻尼、幅值和相位特征的谐振分量共同作用的结果,而且谐振分量的特征与配电系统的参数和结构紧密相关,通过改变配电系统参数和结构可以减小用户端出现的放大电压。测试结果表明Prony法能够对暂态信号中的衰减谐振分量进行建模,提取各分量的幅值、频率、相位和阻尼参数,验证了Prony法对暂态扰动信号分析的有效性。