支持向量机在组合空气间隙击穿电压预测中的应用

为获取含悬浮导体的组合空气间隙击穿特性,建立了基于支持向量机和电场特征量的组合空气间隙击穿电压预测模型,通过电场特征量表征间隙结构,采用支持向量机建立电场特征量与击穿电压的关联性,以少量典型间隙试验数据作为训练样本,对棒—板—球、棒—板—棒以及球—板—球组合间隙的工频击穿电压进行了预测,通过对比击穿电压试验数据,3种间隙的击穿电压预测结果平均绝对百分比误差分别为4.5%、3.1%和2.8%,最大相对误差均在9%以内,表明所提方法具有较高精度,为组合间隙击穿电压的预测提供了新途径。     

基于电场特征量和SVM的空气间隙击穿电压预测

空气间隙的击穿电压是高压输变电工程外绝缘设计的重要依据。该文提出了一种基于电场特征量和支持向量机(support vector machine,SVM)的空气间隙击穿电压预测方法。根据静电场计算结果,从整个区域、放电通道、电极表面和最短路径4个方面提取电场值,经过处理后构成表征间隙结构的电场特征量集合,作为SVM的输入参量;以间隙是否击穿(回归问题转换成2分类问题)作为SVM的输出参量,建立了空气间隙击穿电压的预测模型。采用该模型对球隙、棒–板、球–板、球–板–球短间隙的工频击穿电压和球–板长间隙的正极性操作冲击50%放电电压进行了预测,预测值与试验值吻合,验证了模型的有效性。该方法为输变电工程间隙击穿电压的获取提供了一条可能的新途径。     

基于支持向量机的雾中棒–板间隙击穿电压预测

空气间隙的击穿电压是电场分布和大气环境综合作用的结果。采用支持向量机(support vector machine,SVM)建立了空气间隙在不同大气环境中的击穿电压预测模型,以电场特征量和大气参数作为预测模型的输入,基于二分类的思想,将空气间隙在加载电压耐受或击穿分别表示为-1和1,并作为预测模型的输出。基于正交试验设计选取训练样本集,采用SVM模型对棒–板间隙在雾环境中的工频击穿电压进行了预测,预测结果与试验值符合良好,51个测试样本的平均绝对百分比误差仅为1.04%。根据预测结果,采用多元非线性回归方法拟合得到了击穿电压与雾环境中大气参数的关系式,分析所得影响规律与根据试验数据所得结论基本一致,验证了SVM模型预测结果的合理性。研究结果可为复杂大气环境下的空气间隙击穿电压预测及放电特性研究提供参考。     

稍不均匀电场空气间隙击穿电压计算的新方法

空气间隙的击穿电压是高压输变电工程外绝缘设计的重要依据,而电场分布均匀性是间隙击穿电压的主要影响因素之一。为此,提出了一种基于电场分布特征参数和支持向量机的空气间隙击穿电压计算新方法。采用该方法对球隙和球–板间隙2种稍不均匀电场空气间隙的击穿电压进行了计算,并与基于流注起始判据的计算结果和试验结果进行了对比。以试验结果为基准值,提出的方法对球隙和球-板间隙击穿电压计算结果的平均绝对百分比误差分别为1.64%和1.62%;而流注起始判据计算结果的平均绝对百分比误差分别为1.03%和5.26%。为获得精确的计算结果,随着电场分布不均匀性的增大,流注起始判据中的临界电荷数需进行修正,而这缺乏具有普适性的修正方法。提出的方法为输变电工程间隙击穿电压的获取提供了一条可能的新途径。     

空气间隙的储能特征与放电电压预测

通过数学计算而非试验研究获取空气间隙的放电电压是高电压工程领域长期以来希望达到的目标。为此,基于绝缘击穿缘于储能越限的物理思想,提出了一种空气间隙放电电压预测的新思路:将复杂的空气放电过程研究前移至间隙结构储能状态及其影响因素研究,从电场分布、冲击电压波形两个方面定义了表征空气间隙储能状态的特征集,采用支持向量机(SVM)建立了空气间隙的放电电压预测模型。利用该模型,成功实现了不同间隙长度的棒-板、棒-棒长空气间隙在不同波前时间的正、负极性操作冲击电压作用下的50%放电电压预测,4组测试样本预测结果的平均绝对百分比误差分别为3.6%、3.25%、3.5%和3.8%。该方法有助于推进电气外绝缘的数字化设计,可为构建"计算高电压工程"学科体系提供参考。     

基于流注起始判据的球—板—球短空气间隙击穿电压计算

典型电极结构的击穿电压是外绝缘设计的重要依据,许多学者对此进行了大量的研究,而实际上高压输变电工程中常常需要分析悬浮导体的影响。为此,文中在考虑悬浮导体的基础上,采用Raether-Meek判据、临界电荷判据和光电离判据等3种流注起始判据对球—板—球短空气间隙的击穿电压进行了计算,并开展了工频耐压试验作为对比。结果表明,对稍不均匀电场球—板—球短空气间隙,计算结果与试验值吻合良好,所有计算结果的相对误差和平均绝对百分比误差分别在7.5%和4%以内;其中,基于光电离判据的计算结果精度最高,平均绝对百分比误差仅为2.5%。研究证明了流注起始判据在一定范围内的有效性和推广价值,并有助于阐述稍不均匀电场组合空气间隙的放电机理。     

基于正则化IRM-NN的棒–板长间隙正极性操作冲击放电电压智能预测EI北大核心CSCD

长空气间隙的放电特性是特高压输变电工程外绝缘设计的重要依据,而典型棒–板空气间隙的放电特性一直是研究者们关注的基础问题。目前,棒–板间隙放电电压的计算方法有很多,但大多数方法都无法很好地适应大范围的温湿度变化。为实现极端温湿度条件下放电电压的精确计算,该文提出一种基于正则化不变风险最小化神经网络(invariant risk minimization-neural network,IRM-NN)的棒–板长间隙放电电压预测方法。系统分析了棒–板间隙放电的影响因素,提取关键特征量作为输入训练模型。模型在测试集上的平均绝对百分比误差仅为1.6%,验证了该模型可以有效外推至试验条件外的应用场景。然后,对比该模型与3种常用机器学习模型的预测效果。结果表明,该模型在训练样本试验范围之外的样本上的计算精度明显高于其他模型。所提棒–板间隙50%放电电压计算方法可适应大范围温湿度及一定电极尺寸变化,可为长空气间隙放电特性研究提供参考。     

基于支持向量机的棒-板空气间隙击穿电压预测方法及其应用

空气间隙的击穿电压与放电起始前的电场分布特征存在多维非线性关系。为了实现空气间隙的击穿电压预测,以电场特征集作为输入,以间隙在加载电压下是否击穿作为输出,采用支持向量分类机建立击穿电压预测模型。针对极不均匀电场空气间隙的击穿特性受电晕影响的问题,提出两种修正方法:通过增加受电晕影响的训练样本数据,提高预测模型的泛化性能;或基于"电晕云"的思想进行二次电场计算及特征量提取,对预测模型的输入特征进行修正。采用修正后的模型对极不均匀电场下棒-板间隙的工频击穿电压及棒-板长空气间隙的操作冲击放电电压进行预测,预测值与试验值吻合良好。该方法有利于减少试验次数,降低试验成本。     

电场均匀性对细水雾短空气间隙工频放电特性的影响

细水雾是一种绝缘性能较高的消防技术.利用球-球间隙模拟稍不均匀电场,利用棒-板间隙模拟不均匀电场,开展细水雾在球-球和棒-板短间隙下的工频放电特性及仿真分析研究.研究发现,球-球间隙下,细水雾雾滴产生的电场畸变影响大于细水雾雾滴在电场荷电的影响,细水雾球隙击穿电压总小于空气球隙击穿电压.当间隙距离为2～8cm时,细水雾...     

淋雨对短空气间隙操作冲击放电影响的实验研究

为研究降雨条件下空气间隙的操作冲击放电特性,通过实验对比研究获得了干燥和淋雨条件下间隙距离为10～60 cm球-板、棒-板间隙正极性操作冲击放电曲线。研究表明淋雨造成球-板间隙正极性操作冲击击穿电压降低幅度大于棒-板间隙;雨量大小对棒-板间隙击穿电压的影响不明显;雨量为0.5～3.9mm/min时,直径10cm球电极间隙距离30cm,操作冲击击穿电压较干燥条件降低15.8%～32.6%;雨水电导率为100～2000μS/cm时,击穿电压随电导率的增加而降低,但随着间隙距离的增加,球-板、棒-板间隙操作冲击击穿电压降低幅度减弱,且雨水电导率对球-板间隙操作冲击击穿电压的影响更为明显;雨水的存在会使放电时延较干燥时有变短趋势,使间隙在波前击穿的几率增大,且雨水通道会影响放电的发展路径。     

强降雨条件下空气间隙长波前操作冲击放电特性

超、特高压输电线路风偏设计中,空气间隙的操作冲击放电特性是操作过电压等值风速选取的重要依据,现有研究主要集中在标准操作冲击电压的放电特性,强降雨条件下长波前空气间隙操作放电特性研究涉及较少。为此,在实验室模拟强降雨环境,对3种间隙长度、4种降雨强度和4种雨水电导率下导线–杆塔和棒–板空气间隙的1 000μs长波前正极性操作冲击放电特性U50进行了试验研究,结果表明,在所试验的条件范围内,强降雨条件下棒–板空气间隙U50最大降低了11.2%,导线–杆塔空气间隙U50最大降低了7.45%;棒–板空气间隙U50因雨水电导率变化最大降低3.32%,导线–杆塔间隙最大降低1.94%。对棒–板和导线–板空气间隙存在悬浮雨滴的静电场仿真计算表明,降雨强度越大则雨滴尺寸越大,空气间隙电场畸变越严重,且雨滴使棒–板间隙的电场畸变程度大于导线–板间隙。     

110～1 900 μm水雾对棒-板长间隙雷电冲击放电特性的影响

水雾–空气两相体放电涉及到水雾带电灭火、云中闪电及其发展、雨雾降低放电电压等研究领域。为此利用雾滴直径为110～1 900μm的消防水雾以及1.0～2.5 m的棒–板间隙,研究水雾对棒–板长间隙雷电冲击50%放电电压U_(50)的影响。试验表明,当水雾雾滴直径300μm时,水雾对间隙U_(50)的影响不明显;当水雾雾滴直径300μm时,水雾间隙U_(50)明显低于空气间隙U_(50)。且水雾对棒–板长间隙U_(50)的影响存在极性效应:在所试验的条件范围内,水雾正极性U_(50)较空气间隙正极性U_(50)最大降幅为2.3%,而水雾负极性U_(50)较空气间隙负极性U_(50)最大降幅达16.7%。对棒–板空气间隙中存在水雾的静电场仿真表明,水雾雾滴直径越大,空气间隙的电场畸变越严重,促进间隙放电的发生。     

长空气间隙负极性操作冲击放电特性研究(Ⅰ)—试验研究

长空气间隙在负极性操作冲击电压下具有非线性放电特性。为了研究典型长空气间隙的负极性放电特性,利用7 500 kV冲击电压发生器产生20/2 500μs和80/2 500μs两种负极性操作冲击电压波,开展了间隙距离为1～10 m的棒–棒间隙、棒–板间隙和棒–线间隙的负极性放电特性试验研究,并与其他学者的试验结果进行对比分析。试验结果表明:随着间隙长度的增加,棒–棒间隙、棒–板间隙、棒–线间隙的50%放电电压都趋于饱和,但棒–板间隙的饱和趋势最为明显;当间隙长度为4 m时,棒–板间隙与棒–棒间隙的50%放电电压大小关系发生翻转;间隙的平均击穿场强随着间隙距离的增大而减小。该研究揭示了1～10 m长空气间隙的负极性操作冲击放电特性,加深了对长空气间隙放电特性的认识。     

棒-板短间隙在不同环境下的电场特性研究

通过Comsol软件,利用有限元分析方法,建立了干燥情况下以及棒电极凝露、形成水膜、凝结出水滴、间隙间有雾霾等情况下的棒-板短间隙模型,分析了棒-板短间隙在不同环境下的场强分布。结果表明:棒-板短间隙之间含有单颗雾滴时,场强发生了明显畸变;棒电极末端凝露时棒-板短间隙的电场分布相较于纯空气间隙下的电场分布没有出现太大的变化,电场最大值仅升高了约5%;棒电极末端形成水膜时的击穿电压也没有出现太大变化;棒电极末端有水滴时棒-板短间隙的击穿电压发生明显改变,畸变率达到30%;霾颗粒也容易使间隙中的场强发生畸变。     

棒-板长空气间隙击穿电场稳态条件的仿真

为推动以放电理论为基础的高电压与外绝缘学科从半物理到物理研究方向的发展,基于有限元数值计算方法,对棒-板长空气间隙的电晕云模型进行了仿真研究。结果表明:带电离子和外加电压同时影响空间电场分布,空气分子的电离率α对电场分布影响较大,附着率η、结合率β、解离率γ对电场影响较小;不同电晕云长度对空间电场分布的影响都具有相同规律性;空气相对湿度对击穿电压影响较大,空气湿度越小,空气越容易击穿;正极性棒-板长空气间隙击穿的电场条件为:放电起始后,电晕头部最高场强达到11.0kV/cm,电晕云内部最低场强达到3.0kV/cm,在该条件下对应的击穿电压计算值与实验值误差<11%。以上计算结果可为超特高压外绝缘的设计提供可靠的理论依据。     

应用人工神经网络预测棒-板短空气间隙在淋雨条件下的交流放电电压

为了获得降雨条件下能预测空气间隙击穿电压的数学模型,根据在人工气候室试验得到的降雨条件下空气间隙击穿电压数据,运用神经网络原理,建立了降雨条件下的交流棒-板短空气间隙击穿电压的人工神经网络模型。利用该模型可以对一定降雨条件下的交流棒-板短空气间隙击穿电压进行预测,预测结果满足精度要求,同时,该文根据建立的人工神经网络模型模拟了降雨时单个及多个环境因素对空气间隙击穿电压的影响,并对模拟结果进行了分析,结果表明:大气压强一定时,随着降雨强度、雨水电导率的增加以及环境温度的降低,空气间隙的击穿电压随之降低;当降雨强度、雨水电导率和环境温度其中任一环境因素改变时,另两个因素对空气间隙击穿电压的影响程度也随之改变。人工神经网络模型对训练数据的依赖较大,对训练范围以外的数据预测精度较差。     

特快速暂态过电压和雷电冲击下SF6长间隙伏秒特性

为研究特高压气体绝缘开关设备(GIS)在特快速暂态过电压(VFTO)和雷电冲击(LI)下的SF6长间隙伏-秒(U-t)特性,设计了VFTO模拟产生装置。通过改变实验间隙距离、气压和电压种类,研究了不同气压下SF6棒-板和球-板长间隙在负极性VFTO和LI下的U-t特性。实验结果表明:球-板稍不均匀电场间隙在VFTO下的最小击穿电压高于LI下的,而VFTO下的U-t曲线较LI下的曲线平坦,导致2种电压下U-t曲线相交。对于高气压(0.5MPa)下棒-板间隙,VFTO下的U-t曲线位于LI的之下。基于对实验结果和U-t特性曲线物理意义的分析,得到了用于预测给定SF6长间隙U-t曲线的半经验公式,该公式为带有3个参数的幂指数函数,其中的待定参数可由气压、间隙距离和电场不均匀系数共同决定。校验结果表明:采用半经验公式预测的U-t曲线能准确反映SF6间隙击穿特性,从而为GIS绝缘设计提供参考。     

基于ANN的模拟空气击穿电压预测方法研究

提出了一种基于人工神经网络(ANN)的模拟空气(IAir)击穿电压的预测方法。ANN采用BP网络模型,由输入层、隐藏层和输出层3层组成。依据I-Air中针对板(N-P)、球对板(S-P)电极的工频交流击穿试验数据,分别进行了针对不均匀电场和稍不均匀电场2类的人工神经网络的数据和网络测试。对于不均匀电场网络,利用同一气压下若干气隙长度的击穿电压,预测同一气压下的其他气隙长度的击穿电压;对于稍不均匀电场网络,利用若干气压下的击穿电压预测另外气压下的击穿电压,并用Matlab中的ANN工具箱实现了人工神经网络模型,通过比较实测结果和预测结果发现预测平均误差小于5%,取得了较好的预测结果。预测方法可以用来在一定范围内预测I-Air的击穿电压,大大减少了试验的时间和试验投资成本。     

变压器油击穿电压与电场分布关联性的量化研究

为研究不同电极间隙下变压器油击穿电压与电场分布的关联性,设计了5种不同的电极,在控制变压器油中其他影响因素不变的情况下进行击穿电压试验,与现有国家标准进行对比,验证了试验结果的有效性。通过仿真得到电极间隙中变压器油的电场分布云图,定义了电极间隙内场强超过90%最大场强的变压器油的体积(V_(90))和电极表面场强超过90%最大场强的面积(S90)两个分布特征量来描述电极间隙中变压器油的电场分布,提出了高场强区域在油中的纵深程度和在电极表面上的横向宽度两个概念。结果表明:对于相同的油样和电极间隙,当纵深程度和横向宽度越大时,油样发生击穿的可能性越大,定性解释了等距离下标准板-板电极的击穿电压低于标准球-球电极的击穿电压的现象。在特定电极结构类型下变压器油击穿电压与纵深程度和横向宽度存在近似线性关系,为研究变压器油的击穿特性提供了新的思路。     

正极性上行先导特性的模拟试验方法

开展负极性雷电地闪过程中地面物体正极性上行先导特性的模拟试验研究是完善雷电屏蔽分析模型的基础,选择正确的模拟试验方法十分必要。分析了采用棒–棒、棒–板及板–棒等典型放电间隙结构的模拟试验方法的电场特征,研究了各种方法获得的正极性先导特性,并通过与自然雷电下的电场特征及上行先导特性进行对比,评价了各模拟试验方法的等价性。结果表明:采用棒–棒间隙和棒–板间隙无法模拟自然雷电下地面物体附近的电场空间分布特性;采用板–棒间隙可以模拟自然雷电下地面物体附近的电场空间分布特性,但传统的冲击电压发生器无法产生与自然雷电下行先导趋近地面过程中电场时变规律相同的冲击电压。因此,提出了研发一种基于电力电子技术、能够模拟自然雷电下电场时变规律的高压任意波形发生器,并结合板–棒间隙结构,形成正确有效的正极性上行先导特性模拟试验方法。