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。     

直流电压下油纸绝缘局部放电发展过程的潜伏期特征

研究直流电压下油纸绝缘局部放电发展过程对于准确判断换流变压器的绝缘缺陷十分重要。为此搭建了油纸绝缘直流局部放电试验系统,采用球-板电极模型、阶梯式加压方法试验研究了直流局放发展过程,得到了发展过程存在潜伏期的结论,同时采用光学显微镜、原子力显微镜及宽频介电谱仪对直流局放发展过程中的油纸绝缘材料特性进行了测试,试验结果表明:潜伏期内油纸绝缘表面变得光滑,类似"山峰"状的纤维结构基本消失;油纸绝缘粗糙度呈现先降低后上升的趋势;油纸绝缘相对介电常数呈下降趋势而电导率呈上升趋势。研究结论可用于进一步分析油纸绝缘直流局部放电的机理。     

直流下局部放电序列信号检测与特性分析

介绍了用于分析直流下局部放电序列信号的时间等待恢复模型及其假设,总结了基于基本参数放电幅值q和放电时间点t用于分析直流局部放电序列信号的多种放电谱图。利用自行研制的直流局部放电宽带检测系统获取了缺陷模型(空气中电晕、油纸绝缘的尖板、内部缺陷和沿面放电)在直流电压下的大量局部放电脉冲波形-时间序列。并对获取的脉冲波形-时间序列,使用脉冲群快速分类技术进行随机干扰脉冲剔除。在上述工作基础之上,进行了直流局部放电幅值-时间序列信号的相关性统计分析,给出了各缺陷模型对应的典型q-t、n-q、n-Δt和qsuc-q等多种直流局放谱图。试验结果分析表明,四种典型缺陷具有各自的放电特性,直流下局部放电发展过程符合时间等待恢复模型及其假设。这为基于幅值-时间序列的直流局放检测、识别提供了理论和试验依据。     

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。     

油纸绝缘气隙模型局部放电特性试验研究

为了研究直流输电系统中换流变压器油纸绝缘的局部放电特性,设计构造了典型的油纸局部放电模型———气隙放电模型。针对同一模型分别施以交流电压、直流电压以及冲击衰减振荡电压,采用IEC 60270-2000推荐的脉冲电流法分别检测与分析该模型局部放电的不同特征参数。对比研究了在交流、直流及振荡冲击电压下油纸绝缘气隙放电模型的局部放电脉冲特征参量包括局部放电起始电压、熄灭电压、放电波形、放电水平、放电重复率等,对实现换流变压器的局部放电在线监测与绝缘状态综合评估有一定的指导意义。     

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。     

直流电压下GIS内部缺陷检测

在传统脉冲电流法的基础上,设计了直流电压下脉冲电流检测系统。通过施加直流电压和交流电压,对气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear,GIS)内部缺陷的局部放电信号进行检测。直流电压和交流电压下局部放电信号特征对比结果表明,直流电压下局部放电起始电压较交流电压下低,直流检测技术可以高效、准确地检测缺陷局部放电。     

变压器局部放电超高频在线监测天线研究

针对传统局部放电超高频检测天线频带窄、尺寸大的缺点,设计了一种用于在线监测变压器局部放电的多频带、尺寸小的超高频天线。通过研究了分形理论和天线测量原理,在现有四阶Hilbert分形曲线的技术基础上,利用Ansoft Designer电磁场仿真软件建立天线模型,并通过仿真计算,优化配置了天线的几何参数,设计制造了平板结构的四阶Hilbert分形局放超高频监测天线。利用设计的四阶Hilbert分形天线对四种典型油纸绝缘缺陷进行局部放电超高频信号监测,并采用文中设计的天线与现有技术的三阶Penao分形天线、三阶Hilbert分形天线在实验室进行局部放电对比测量,分析了天线实测效果,实验结果表明该天线能够有效应用于变压器局部放电超高频在线监测。     

550kV罐式断路器局部放电在线检测

局部放电信号反映了断路器内部绝缘缺陷。为监测局部放电信号,笔者采用了超声法和超高频法对断路器进行试验,两种方法均检测到在线断路器内部的局部放电信号。由于超声波和电磁波特性上的差异,超声法能进行放电点的定位;超高频法能发现初期缺陷的低能放电,且抗干扰能力强。     

典型绝缘缺陷的直流局部放电信号波形分析

直流局部放电测试是高压直流设备绝缘性能状态评估的主要手段之一。为掌握直流下局部放电波形的特性,对内部、表面、电晕3种典型缺陷的直流局部放电波形进行测试与分析。内部缺陷受放电电荷的反电场影响,在直流平稳区不能持续发生,断电后会出现反极性放电;表面放电与电晕放电均能在直流电压下稳定产生,却不能在断电后出现。分析直流电压下局部放电信号,3种放电脉冲的持续时间均有不同,且放电波形易叠加振荡。比较缺陷放电信号的频谱分析结果,3种放电的能量分别位于不同的区间,为直流下缺陷类型的识别奠定了基础。     

局部放电脉冲信号ICA提取技术的初步研究

为了提高局部放电在线监测的灵敏度,根据独立成分分析(ICA)基本模型的定义,提出将背景噪声信号与局放脉冲信号看成两个相互独立的信号源,不同观测点获取的观测信号为两者的线性混合,从而可以实现两者的分离的方法。利用ActiveX自动化技术实现了可用于局放脉冲信号提取的ICA软件模块;基于双通道超宽带检测技术,对加噪后的直流下油纸绝缘针板缺陷模型的局放脉冲序列提取进行了试验研究并且利用峭度准则与试验电压极性相结合的方法消除了局放脉冲提取的ICA含混性问题。实验结果表明:该方法能够提取被背景噪声完全淹没的脉冲信号,可以恢复出单个局放脉冲波形、脉冲波形之间的相对幅值关系以及脉冲极值所对应的时间点等重要局部放电信号信息。     

油纸绝缘缺陷局放UHF抗干扰定位及优化布置方法研究

特高频（Ultra High Frequency，UHF）检测是变压器油纸绝缘缺陷定位的常用方法，实际应用过程中局放定位准确性易受噪声和传感器布置方式影响。为保证变压器油纸绝缘缺陷局放定位检测有效性，文中首先建立油纸绝缘缺陷特高频局放定位检测平台，在常规K-Means方法的基础上，提出基于修正聚类分界的变压器油纸绝缘缺陷局放抗干扰定位方法，有效降低了定位误差。针对样本聚类分界混叠问题，选择最优修正系数L为1.1时，特高频定位误差可减小至10cm以内，验证了文中方法的有效性；最后分析不同传感器布置方式的定位误差变化规律，提出变压器油纸绝缘缺陷检测用特高频传感器优化布置方案，可为变压器局放在线监测传感器布置及定位提供参考。     

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.     

局部放电特高频检测校准影响因素研究

局部放电特高频(UHF)法广泛应用于电气设备在线监测,由于UHF信号传递函数的影响因素相当繁复,至今未能实现定量校准。为研究UHF检测技术定量校准的影响因素,分析了典型局部放电源的放电机理,通过试验研究了UHF信号的传播规律以及天线测量特性。研究表明,基于特征参量放电量的UHF检测校准可靠性与放电源有较大关联,电晕放电与悬浮放电的校准曲线更能准确表征设备绝缘缺陷的严重程度,内部气隙放电与沿面放电的准确性则相对较差。UHF信号能量衰减至平稳期所需距离随频率增高而变小,而UHF信号频率变化时不影响传感器在不同角度测量的信号能量衰减变化规律。因此,UHF信号校准必须综合考量具体的放电类型与测量条件。研究结果可为构建UHF校准体系的进一步研究提供参考,对推进UHF法在电力设备故障诊断和绝缘状态评估中的应用具有重要意义。     

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。