电晕放电辐射信号特征研究

在背景噪声研究的基础上,利用放电针对电晕放电辐射信号进行了实验研究。分析了不同因素(包括不同极性和大小的电压、天线的极化方向、接收距离、放电针的形状、温湿度等)对电晕放电辐射信号波形和频谱的影响。实验表明,电晕放电辐射信号波形具有陡峭的前沿,上升时间从几纳秒到二十几纳秒;频谱成钟型连续谱,主要集中在20~100MHz;极性不同,信号波形不同;电晕放电辐射场一般为垂直极化;辐射强度与接收距离成反比关系;相对湿度不同,信号幅值不同。     

尖端电晕放电辐射特性实验分析

为了更好地分析电晕放电辐射信号的特征,笔者利用尖端电晕放电模拟测试系统采集了电晕放电辐射信号数据,研究分析了信号在时域和频域的一些特性。分析结果表明,电晕放电辐射信号首脉冲的方向随放电电压的极性不同而相反,在不同极性放电电压下,放电辐射信号的时域特征差别比较明显,但频谱分布基本一致,放电能量主要集中在50～100MHz之间,频率范围主要在150MHz以下。     

高压输电线附近电晕放电辐射的数学模型

本文介绍了高压输电线附近电晕放电辐射场的数学模型，定量地研究了电晕放电的辐射频谱、辐射场强的横向距离特性及空气湿度等因素对电晕放电辐射场强的影响。可用于高压输电线附近电磁环境的计算和预测。     

电晕电流及其辐射信号特性的研究

为得到电晕放电辐射场的时域和频域特征,采用针板结构首先对电晕电流及其辐射场进行了理论分析,然后在此基础上对电晕电流及其辐射信号进行了实验研究。实验表明,电晕电流脉冲波形具有明显的极性效应:①负极性下先发生电晕放电,但正极性放电发生时,脉冲幅值比负极性时大;②负电晕电流脉冲波形的上升时间小于正电晕电流。实验结构不同,电晕放电辐射场的特征不同:利用第①种实验结构得到的放电波形的上升时间为十几个ns,频率分布范围集中在20～100MHz;利用第②种实验结构得到的放电波形的上升时间为几个ns,频率在200～600MHz。该结论对于下一步研究空中带高压物体的电晕放电辐射信号特征具有参考价值。     

电晕放电辐射信号的小波包分析

分析了小波包的频率分解特性及信号分解后的频率分布范围,并将小波包变换与功率谱分析相结合,利用小波包将信号分解到各个频段,通过比较电晕放电信号与噪声信号在各频段的功率谱的区别得出电晕放电信号的频率分布范围,并提取出放电信号的波形.     

空气针尖负电晕放电的特征辐射谱

为得到针尖负电晕放电的辐射特征,采用针-环结构对不同空气条件下负电晕放电的辐射谱进行了实验测试。结果表明,在给定电极件下,空气负电晕放电具有一定的特征辐射谱,频率〈100MHz。这种特征辐射谱的位置不随放电电压（电流）和气体等条件变化;特征辐射强度与放电电压无关,但与空气的气压和气流有关。空气负电晕放电的特征辐射与Trichel脉冲的形成过程相关,电流脉冲的上升沿决定特征频谱的位置和幅度。     

电晕放电中光谱特性的分析及实验程序设计

为了解电晕放电中光的光谱特性和通过光辐射光谱的测量分析电晕放电的规律,介绍了利用光栅单色仪、锁相放大器等设备检测交流电晕放电光谱特性的实现方法和软件设计并分析了光谱特性。所测光谱范围190.0～900.0nm,光谱峰值波长集中在200.0～400.0nm,主要有297.9、316.8、338.0、367.8、380.0nm等,属紫外光谱,分析得出特征波长上光谱峰值的大小可作为判断电晕放电强度的参考量,工程上可利用200.0～320.0nm波段内紫外光避开日光紫外线对电晕放电紫外线的干扰。     

电晕放电辐射信号的探测系统与识别方法

准确探测电晕放电辐射信号对精确定位电晕放电源、确保高压输电线安全稳定运行具有重要意义。为此,设计了基于差分降噪原理的探测系统,分别对背景噪声、电晕放电和火花放电信号进行了测试。实验结果及其时频分析表明:该差分模块能很好地将0~100 MHz和600~1 000 MHz范围内的广播、电视、通讯信号以及空间电磁干扰信号滤除,在复杂电磁场环境下探测到静电放电信号。火花放电与电晕放电的频谱特征相似,为排除火花放电干扰,基于学习向量化(LVQ)神经网络算法,对2者的时域波形进行了特征提取与模式识别,实现了静电放电类型的判别,且判别准确率达95%。因此,利用探测系统和提出的LVQ神经网络模式识别方法能够有效探测和识别电晕放电辐射信号,为高压输电线的电晕放电监测以及电晕放电目标定位提供参考。     

直流单点电晕放电可听噪声时域特性实验研究

为了研究直流电晕放电产生的可听噪声时域特性,基于实验室搭建的电晕放电测试平台,获得了正负极性直流单点电晕放电产生的可听噪声的时域波形,并对放电产生的可听噪声的时域特性进行了分析。同时,基于该实验平台,也获得了可听噪声脉冲与电晕电流脉冲在时间上的关联特性。实验结果表明:直流电晕放电产生的可听噪声时域波形具有双极性脉冲性质,正极性电晕放电产生的噪声脉冲幅值和脉冲上升时间比负极性电晕放电产生的噪声的相应值大;在时域上可听噪声脉冲与电晕电流脉冲具有一一对应关系。结合实验结果与正负极性电晕放电通道的发展过程,定性地解释了正负极性电晕放电噪声特性的差异及电晕放电噪声与电晕电流在时间上存在一一对应的原因。     

电晕放电电磁辐射信号的双谱估计与时频分析

研究电晕放电辐射信号的时频特性,对于电气设备的故障诊断、在线监测以及辐射源定位等都有重要意义。笔者利用Hinich法和ADF法对电晕放电电磁辐射信号的高斯性、线性和平稳性进行了定量分析和检验,结果显示此类信号具有非高斯性、非线性和非平稳性。在此基础上,通过双谱估计和时频分析方法研究了电晕放电辐射信号的时频域特征,结果表明:放电辐射信号的持续时间较短,其频率主要分布在较高频段,分布范围较宽,能量主要集中在400~800 MHz范围内,与背景噪声信号的时频域特征有明显区别,有利于对信号进行特征提取和目标识别。     

多高压电极系统电晕放电的研究

研究了多高压电极的放电特性现象。结果表明，由于各高压电极间受电场相互屏蔽作用的影响，使电晕放电通道的光学图形发生了向电极外侧偏移，同时各高压电极间距处在一定范围内可提高电晕放电起始电压。还利用分割电极的方法测量了平面电极上的电流密度，其极大值点可相应向外侧偏移，在负极性放电时在一定条件下能产生正流注放电。     

基于经验模式分解的电晕放电辐射信号阈值降噪处理方法

随着输电电压等级的提高,电晕放电已成为影响高压、特高压输电线路安全稳定运行的重要因素。鉴于此,提出了基于经验模式分解（empirical mode decomposition,EMD）的电晕放电辐射信号阈值降噪处理方法,首先利用EMD算法对采集到的电晕放电辐射信号做分解处理,得到不同的基本模态分量,然后利用阈值函数和给定阈值对各分量做降噪处理,并对处理后的分量重构,得到降噪后的信号。研究结果表明：与小波降噪和EMD时空降噪相比,基于EMD的阈值降噪方法不存在基函数选取和分解层数选取等问题,其降噪过程是完全由信号特征决定的自适应降噪,同时该方法保留了小波降噪中对各分量进行阈值处理来降噪的优点,并且在对信号的降噪过程中去除了可能存在于信号中的趋势项干扰,因而该方法更有利于对电晕放电辐射信号的降噪处理。     

尖端导体电晕放电辐射场的计算与实验

为研究输电线电磁辐射问题,以尖端导体电晕放电为研究对象,利用偶极子模型和传输线模型尖端导体电晕放电辐射场进行理论计算,得出了电磁辐射信号特征;在实验室进行直流高压下尖端电晕放电模拟和实验研究,验证了理论分析的正确性。研究结果表明,电流注入导体产生的辐射场要比空气电晕区产生的辐射场强的多,在对尖端导体电晕放电辐射场的远距离探测时,空气电晕区产生的辐射场可以忽略不计;尖端导体电晕放电辐射场主要是垂直极化场,由电晕电流在导体两端来回反射引起的;信号的时域波形呈衰减振荡形式,信号的峰值随外加电压的升高而增大,正电压下信号的强度明显比负电压下信号的强度大;信号首脉冲的方向随外加电压的极性不同而相反;信号的持续时间在几百ns数量级,而且随着导体长度的增加,信号的持续时间有增大的趋势。该研究结果对于输电线电晕抑制及周围电磁环境评价具有重要意义。     

多针对板电晕放电伏安特性研究

实验研究了多针对板电晕放电的放电极性、尖板间距D的变化对伏安特性的影响,近似算得其伏安关系式I=CU(U-US)并确定了正、负电晕放电中的C值,由C与D的关系得出随D的减小,放电功率和电流密度增加的结论,在一定条件下实验结果与推导得到的伏安关系式吻合。最后结合实验和有关文献中的结果讨论了多针对板电晕放电特性。