绝缘子沿面放电多光谱脉冲演化特性及诊断方法

绝缘子或套管处产生的沿面放电是导致开关柜、环网柜绝缘失效的常见诱因,而传统局部放电在线检测和诊断方法难以准确评估放电发展阶段和危害程度。该文采用单光子固态光电传感技术,对绝缘子沿面放电发展过程中的多光谱脉冲特性及其演化规律进行了试验研究,并提出一种基于多光谱脉冲演化特性的沿面放电严重程度诊断方法。首先,搭建多光谱光电同步检测平台,实现了沿面放电过程中多个光谱波段光信号和电流信号的同步采集;然后,根据全波段光脉冲幅值及其导数变化规律对沿面放电发展过程进行了三阶段划分,并分别对沿面放电三阶段多光谱脉冲的相位统计和非相位统计特征进行分析,明确了特征量随放电发展阶段的演化规律;最后,基于深度神经网络算法建立沿面放电多光谱严重程度评估模型,结果显示该模型诊断准确率达到96.75%,验证了多光谱诊断方法的可靠性。     

电晕放电下的SF6气体特征发射光谱与放电程度识别

电晕放电是局部放电的典型形式,长时间电晕放电会引起电气设备的绝缘老化,甚至导致设备在正常运行电压下发生击穿。SF₆气体的强电负性致使低电压或高气压放电条件下的光谱信号极其微弱,为此,提出一种特征谱带光信号增强的方式,选取可表征局部放电SF₆气体特征光谱,采用窄带滤光片+光电倍增管的方式,增强特征谱段的光信号,以提高信噪比。首先,模拟黄铜、不锈钢、铝等不同电极材料下的针-板电晕放电,结合SF₆气体的电离分解机理,分析表征电晕放电的激发辐射的粒子特征谱带及其成因。其次,根据特征谱带选取窄带滤光片、光电倍增管、透镜等光学器件并搭建光脉冲信号检测平台,增强特征谱段的光信号响应。最后,在对比分析不同放电阶段光信号特点的基础上,提出识别放电严重程度的指标及阈值,并通过高气压电晕放电实验进行有效性验证。本文可为SF₆气体绝缘电气设备的局部放电检测及识别提供参考。     

用于检测变压器局部放电的荧光光纤传感系统研制

基于局部放电产生光效应的物理现象和荧光光纤具有传感一定波长微光信号的特性,研制出一种检测局部放电信号的荧光光纤传感系统.阐述了荧光光纤检测局部放电光信号的原理,给出了传感器主要参数和系统组件,在实验室搭建的模拟变压器油中局部放电试验研究平台上,与超高频法的检测结果相比较表明,两种方法在检测油中针-板绝缘缺陷产生的局部放电时,得到的放电脉冲都集中在工频正负电压峰值附近,且在反映放电脉冲次数和放电发生相位上具有很好的一致性.超高频法检测局部放电信号大小主要反映脉冲幅值高低,即得到的是φ-u-n三维谱图;光测法检测局部放电信号大小主要反映脉冲能量大小,即得到的是φ-p-n三维谱图.由于荧光光纤传感器可方便埋设于变压器绕组绝缘中,对复杂绝缘结构内部的局部放电进行在线监测具有广泛的应用前景.     

基于双光谱辐射特性的绝缘异常放电检测方法研究

基于绝缘异常放电的辐射光谱特征提出一种双光谱放电检测方法.通过实验获得电晕放电、火花放电和电弧放电模式下的光谱分布特征差异,据此研制出基于固态雪崩面阵的双光谱传感器,并应用该传感器对双光谱特征与放电能量的演化关系进行研究,然后总结基于双光谱强度占比的放电危险性量化判据.结果表明:3种放电模式下光辐射存在一定的极性效应,双光谱强度比率与放电强度之间呈现强相关性,且低能放电和高能放电的双光谱占比变化范围几乎不存在交集,这可以作为判断局部放电或电弧放电的有效判据,为设备异常放电的光学监测与诊断提供思路.     

变频电机绝缘的局部放电检测技术

为解决陡上升/下降沿脉冲方波电压下变频电机绝缘局部放电(PD)检测的信号提取问题,对比研究了高频电流传感器和超高频法测试中局部放电和脉冲电源干扰的时域和频域特性。针对2种信号的不同特征,提出了抑制脉冲电源干扰、提高信噪比的方法。研究结论认为,依据IEC标准进行变频电机局部放电检测时,超高频法在局部放电起始放电电压测试和脉冲信号提取中表现出较高信噪比(S/N)性能,可优先选用。相关系数分析方法可作为局部放电脉冲是否淹没在脉冲电源干扰中的有效判据,联合采用相关系数分析和sym2小波提取技术后,宽频电流测试法仍可在需要的场合作为变频电机绝缘局部放电检测的有效补充。     

局部放电信号PRPD谱图输出系统

在高压试验环境下进行局部放电检测,其灵敏度受电磁干扰而降低,局部放电的定量检测、模式识别等分析也无法精准进行,且耗时耗力。为此提出了在实验室内,使用电路进行模拟局部放电脉冲的生成,并控制脉冲的相位与幅值,从而将局部放电的放电特征进行输出的方法,设计并制作了相位分辩的局部放电(phase resolved partial discharge, PRPD)谱图输出系统。采用雪崩三极管的方法生成前沿时间1 ns的脉冲电压,来模拟电力设备内部的特高频局部放电信号。通过微功耗比较器、数字电位器等器件,对雪崩三极管的触发过程进行控制,得到相位与幅值可控的脉冲电压信号。通过上位机与下位机通讯,读取不同类型的局部放电数据文件,对不同类型的局部放电信号进行输出。局部放电的原始PRPD谱图与输出系统所输出的PRPD谱图高度相似,可知该系统可将不同类型的局部放电特性进行输出,并可直接使用局部放电检测装置进行分析与学习,有较高的使用价值。     

变压器电晕放电紫外脉冲检测法

变压器局部放电常用检测方法包括脉冲电流法、油中溶解气体分析(DGA)法、超声波法、无线电干扰电压(RIV)法、光测法、射频检测法及化学方法等.在上述方法分析的基础上,根据电晕放电的紫外光特性提出了用紫外脉冲检测变压器内部放电的新方法.分析了变压器电晕放电与紫外光特性的关系、紫外光在变压器内部的传播特性,论证了电晕放电的紫外脉冲法检测原理,提出了变压器内部电晕放电故障定位方法,设计了紫外脉冲监测方法并进行了实验验证.结果表明,紫外脉冲法可用于变压器电晕放电的在线监测.     

局部放电光脉冲测量法及与电测法的比较

利用所建立的局部放电光学测量装置 ,研究了几种典型放电源的光脉冲信号在不同媒质中的传播衰减特性 ;比较了不同放电类型光脉冲信号与电信号之间的关系。实验结果表明 ,放电产生的光信号与视在放电电荷量及放电能量有关。光脉冲测量法已被用于防爆电机局部放电的测量。     

绝缘子表面放电的多物理信号比值演化特征及其诊断方法研究

为了探索局部放电声、光、电信号特征及演化规律,并利用多物理测量手段进行局部放电诊断,本文基于电流脉冲、地电波、超声及光学测量建立了局部放电多物理同步检测试验平台,并以强、弱垂直分量绝缘子沿面放电为例,通过试验研究了其局部放电多物理信号强度比值的演化特征。在此基础上,建立了一种三角比值空间分析方法,得到了各物理信号随电晕时间的演化特征。结果表明:虽然不同模式放电的三角比值散点分布区域不同,但其超声分量均随时间的推移呈现"U"型的演化路径,其演化速度和演化轨迹在放电初期、电晕稳定期和临近击穿期呈现出较大的差异,可作为局部放电危险程度的评判依据。     

超声波法进行变压器局部放电模式识别的研究

在线识别局部放电模式可以有效地判断局部放电对变压器绝缘的危害程度。文中根据局部放电超声波信号存在的非线性和非平稳特性，提出利用分形理论对局部放电超声波信号的时域脉冲形进行分析，对分形理论及其参数计算方法进行了简单的介绍，在自制的几种典型变压器局部放电模型上进行实验，计算了所得到的局部放电超声波信号的分型参数（分维数和空缺率），得到不同放电形式的分形特征，利用人工神经网络对所得到的分形特征进行模式识别，结果表明利用超声波信号可以有效地判断变压器局部放电模式，为变压器局部放电信号的特征提取和模式识别提供了一种新的研究方法。     

静电放电的简化放电模型

分析了静电电磁兼容问题中的一个重要部分：放电电流及其产生的瞬态电磁场;针对在研究抗静电干扰措施时,复杂的放电模型参数难以获得的问题,提出了一种简化的放电模型,给出的放电电流波形的要求;利用电磁瞬态程序EMTP对该简化模型进行近似计算,并对通过该模型计算出的放电电流进行时域、频域分析。     

介质阻挡放电的放电过程仿真研究

为深入地理解介质阻挡放电(DBD)的放电机理和实现DBD等离子体的大规模工业应用,采用基于连续性方程和泊松方程的DBD模型仿真研究了大气压空气中DBD的放电过程,计算得到放电空间的电子密度、电场强度和电压电流随时间变化的规律,讨论了阻挡介质在DBD放电不同阶段的作用。仿真结果表明,DBD的微放电过程可分为电子崩、流注和放电熄灭3个连续的阶段。在电子崩和流注阶段间,阻挡介质主要起到加速流注形成的作用;而在放电熄灭阶段,阻挡介质主要起到限制放电电流的自由增长,从而阻止放电发展到电弧的作用。     

气泡放电对变压器油流注放电的影响

以流体动力学为基础,建立了脉冲电压作用下含气泡的变压器油流注放电仿真模型。通过改变气泡的位置、大小及数量,研究了含气泡的变压器油的电场强度和空间电荷密度的变化规律。仿真结果表明,当击穿电压达到一定值时,由于气泡内部气体的积聚,气泡内部会形成电场梯度,从而产生内部放电现象。距离高压电极越近的气泡越先被击穿,放电进行的时间也相对更短;气泡的尺寸越大,变压器油流注放电的速度越缓慢;气泡的数量越多,流注放电时的电场越剧烈,放电持续时间越久,对变压器造成的伤害也越大。     

放电气隙对介质阻挡放电电学参量的影响

通过建立介质阻挡放电试验系统,采用Q-V Lissajous图形法研究了激励电压峰值VP-P、放电气隙lg对介质阻挡放电主要参量的影响。试验结果表明:增大VP-P、lg可提高介质阻挡放电的放电功率P;固定lg时,电介质层等效电容Cd随VP-P的增大而增大,放电间隙等效电容Cg随VP-P的增大而减小,VP-P对等效总电容C的影响不大;C、Cd、Cg均随lg增大而减小;电荷传输量Q、气隙等效电场强度Eg随VP-P的增大而升高,随lg的增大而降低。     

多针-平板电极介质阻挡放电特性研究

通过电压-电流波形和电压-电荷李萨育图的测量,研究了空气中多针-平板电极介质阻挡放电特性,比较了这种放电和平板-平板电极介质阻挡放电的区别,并通过接触角测量比较了这两种形式放电对聚四氟乙烯(PTFE)进行表面改性的效果。结果表明:在相同的条件下,与平板-平板电极介质阻挡放电相比,多针-平板电极介质阻挡放电空间能产生更多的活性粒子;用这种放电对PTFE进行表面改性,能在更短的时间内获得和平板-平板电极介质阻挡放电相同的效果。     

低温等离子体放电管放电形式的发光分析

通过实验研究从发光强度空间分布及发光主截面积两方面分析了低温等离子体放电管的放电形式 ,指出复合放电效果优于表面放电及无声放电 ,同时放电管的结构也对放电效果产生很大的影响     

不同电极结构介质阻挡放电特性比较

采用电压-电流波形测量、发光图像拍摄、光谱分析等手段研究大气压空气中刃-板电极、针-板电极和柱-板电极结构介质阻挡放电(DBD)的放电特性,并研究电压幅值、电源频率及气隙距离对放电功率和分子振动温度等放电参量的影响,结合放电理论对不同电极结构DBD的特性进行分析。结果表明：3种电极结构DBD的电压电流波形、Lissajous图形以及光谱谱线体现出不同的特点,相同条件下柱-板电极结构DBD放电强烈,消耗放电功率多,粒子谱线强度高,放电电流可达200 mA。电极布置差异导致电场不均匀系数的不同是放电特性出现差异的主要原因。随着电压幅值、电源频率的增加和气隙距离的减小,3种电极结构放电增强,放电功率和分子振动温度增加。     

两相体介质阻挡放电中的三种放电形式

两相体介质阻挡放电(dielectric barrier discharge in atwo-phase mixture,TPM-DBD)是在大气压下产生低温等离子体的重要方法,因具有很高的能量密度而被广泛应用在污染治理中。为研究介质颗粒的填充方式对TPM-DBD的影响,以γ-Al2O3作为填充介质颗粒,将数码相机与体视显微镜连体拍摄放电显微照片。结果发现,随着电压变化,TPM-DBD由3种依次串联发生的放电构成。电压较低时,首先在颗粒与极板间发生剩余间隙放电;随着电压增加,颗粒沿面放电串联发生;电压继续增加,孔隙放电串联发生。当颗粒间距较大时,在颗粒的远域出现典型的丝状放电,而近域内出现可能为汤森放电的放电"暗区"。外电场的数值计算结果初步说明了上述现象,电场畸变是其主要原因。研究结果为调节TPM-DBD的放电形式,进而高效率应用提供了较好的支持。     

局部放电试验典型放电和干扰图谱分析

局部放电试验是对于35 kV及以上电气设备常见的试验项目,因现场测试环境的复杂,局放的示波器图谱显示往往错综复杂,难以判断。通过对现场测试中经常出现的几种典型放电和干扰图谱进行比较,结合理论详细分析了各种图谱形成的原因及其明显特征,便于在错综复杂的图谱显示中找到规律,为正确识别放电信号提供参考。