局部放电超高频窄带信号监测技术

根据局部放电超高频窄带信号的特征,分别介绍了利用Nyquist采样技术、混频技术和窄带抽样技术实现局部放电超高频窄带信号监测的三种方法.且以低通采样和带通采样理论分析并对比了这三种方法的工作原理.在实验室利用数字仿真技术代替部分硬件实现了三种方法能够同时获取同一超高频信号经过不同带通滤波器后的窄带信号.仿真实验结果分析表明混频技术可降低超高频窄带信号采样频率并保留其峰值和相位特征;而窄带抽样技术则能够恢复信号的超高频窄带分量,且保存了局部放电信号在此窄频带内较完整的信息.这为研制具有不同功能的局部放电超高频信号在线监测与诊断系统提供了试验依据.     

基于超高频法的典型GIS局部放电检测

GIS局部放电检测是GIS绝缘状态监测的一种科学有效的方法。笔者构建了GIS实验模型以及基于超高频法的局部放电在线检测系统,对GIS中典型的几种局部放电特征进行了研究,采用基于相位的分析模式详细分析了不同放电类型在不同电压条件下的放电特征,并结合常规局部放电测试仪,对UHF信号的放电量进行估计,为进一步进行放电类型的智能模式识别及研究超高频信号与放电量关系提供了试验依据,以提高UHF局部放电检测的工程实用性。     

直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性

为研究直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性,组建了一套直流电压下局部放电试验系统以及由局放超高频检测和超宽带检测组成的测量系统,其中脉冲电流超宽带检测的作用是确保超高频检测获取的信号来自于试品自身的局部放电。试验设计了6种油纸绝缘局放模型以模拟换流变压器的典型缺陷,并引入毫瓦分贝(DBM)频谱分析对超高频信号进行了统一化处理,以比较不同缺陷模型对应的超高频信号。直流下试验结果表明:局部放电电流脉冲具有极快的上升沿,能激励起大于300MHz的超高频电磁波,它可以通过超高频传感器加以耦合接收。各种缺陷模型局部放电的DBM频谱分布各异,超高频段能量幅值最大处也不一样。因此若想以高信噪比实现直流下局部放电超高频信号的在线监测,需要使用中心频率可调的窄带滤波器。这些特性为直流输电系统中使用油纸绝缘的电工设备进行局部放电超高频信号在线监测提供了试验依据。     

GIS中电磁波传播特性的试验研究

GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频（UHF）电磁波信号,局部放电信号可通过超高频传感器进行检测。为研究UHF信号在GIS中的传播特性,在GIS内设置了导体尖端和悬浮电位放电模型,内置式传感器的信号与用示波器在盆式绝缘子浇注孔测试到的UHF信号进行比较。试验结果表明,UHF信号在GIS内有一定的衰减,外置式传感器测得的信号比内置式的衰减大。     

GIS局部放电监测系统设计与实验研究

为研究利用超高频法进行GIS局部放电在线监测,研制了局部放电在线监测系统。系统由现场主机完成局部放电检波信号的实时采集与单次放电超高频信号采集,并提取放电信号的幅值和相位信息。远程主机实现放电分析的功能,通过在GIS模型设置不同放电源,进行在线监测实验。结果表明系统可以有效地检测GIS局部放电信号,并进行放电分析,可据此进行放电类型的识别,系统的软硬件设计方案切实可行。     

三相共箱式GIS局部放电超高频信号特征的研究

GIS在制造和装配过程中难免会留下一些潜伏缺陷,导致在运行中引起GIS内部局部放电。研制了一种超高频宽带振子天线——套筒天线传感器,并对其性能进行了仿真计算,结果表明可以用作局部放电检测的超高频传感器。为研究三相共箱式GIS中存在缺陷引起的局部放电超高频信号的特征,建立了6种典型缺陷模型来模拟局部放电故障,采用自建的局放检测系统测量得到了各种缺陷下GIS局部放电的宽频带特征,为三相共箱式GIS局部放电缺陷的监测和诊断奠定了良好的基础。     

GIS局部放电外置超高频检测系统

研制了宽带和窄带两种超高频外置天线传感器,两种传感器增益均大于1,驻波比在其有效带宽范围内均小于2,均能用于GIS局部放电超高频检测。设计了高性能放大器和半分布参数超高频滤波器,工作频带为300～1000MHz,完全覆盖了两种传感器的工作频带。性能测试表明,传感器和滤波放大器性能优良,频率匹配,能满足超高频信号检测预处理的要求。通过对绝缘子表面金属污染缺陷产生的局部放电信号进行检测研究表明,超高频检测系统能够检测到超高频段微弱的局部放电信号,并能抑制低频段干扰,为后续模式识别的研究打下了基础。     

GIS局部放电检测用外置传感器性能仿真分析及其设计

超高频局部放电检测法是通过超高频传感器传感GIS内部局部放电所产生的0.3~3 GHz的超高频电磁波,从而实现局部放电的检测和定位,并实现抗干扰。利用高频有限元仿真软件Ansoft HFSS对用于GIS局部放电的常用外置传感器进行仿真,分析了传感器设计参数对其性能的影响,在此基础上设计出工作频带为354~443 MHz的矩形微带贴片窄带传感器和0.5~3 GHz的双臂平面等角螺旋传感器。     

应用混频技术提取超高频PD信号及其仿真

介绍了混频技术的原理及其在超高频局部放电信号提取中的应用。计算机仿真验证了在超高频局部放电信号提取中应用混频技术可降低信号超高频窄带分量频率并保留了其峰值和相位特征 ,表明应用混频技术提取超高频局部放电信号是可行的。     

交流耐压条件下的GIS局部放电检测

GIS局部放电脉冲含有较为丰富的超高频信号成分，利用GIS局部放电产生的高频辐射特性可以有效地检测GIS局部放电。介绍了现场交流耐压试验中的GIS局部放电测量，为推广现场环境下的GIS局部放电检测积累了经验。     

真型多状态GIS局部放电UHF信号源研究*

针对电网公司广泛装配的特高频(UHF)局部放电检测系统无法进行有效性校验问题,以GIS典型缺陷类型下的UHF信号谱图为基础,对不同缺陷类型下不同放电强度的UHF谱图信号分别进行特征提取和优化,并根据该特征对UHF谱图信号进行0~50 V范围内的编码优化,据此设计出了能够模拟多种典型绝缘缺陷下不同放电程度的真型多状态GIS局部放电信号源,并进行了实验测试,测试效果良好。     

基于尺度-能量熵特征对的特高频局部放电辨识方法

对气体绝缘组合电器(GIS)进行局部放电(PD)检测,可以发现GIS内部早期绝缘缺陷和隐患,并预防绝缘事故发生。文中采用复小波分解(CWT)对GIS内部特高频(UHF)PD信号进行多尺度分解,分析了CWT能量熵(CWT-EE)随CWT尺度的变化规律,发现UHF PD信号信息主要分布在能量熵变化梯度较大的尺度下。为此,文中提取CWT-EE及其对应尺度,构建尺度-能量熵(SP-EE)特征对,既保留了PD信号能量特征信息,又保留了UHF PD信号小波尺度信息。最后,采用支持向量机(SVM)进行UHF PD类型辨识,结果表明:SP-EE特征对不但可以有效识别GIS内部4种典型绝缘缺陷,而且能够有效降低UHF PD信号分解层数和PD特征维数。     

GIS局部放电特高频在线检测和定位

特高频(UHF)电磁波信号传感用于气体绝缘组合电器(GIS)的局部放电在线检测能够获得很好的抗干扰效果.研究了在GIS体外进行局部放电特高频传感的技术,开发了一种拥有可移动传感器的GIS局部放电在线检测定位仪器,并建立了相应的检测和定位方法.实际测量显示:文中提出的GIS局部放电体外传感方式能够获得满意的检测灵敏度、抗干扰效果和定位精度,所采用的移动式传感器具有一些重要的优点.     

基于虚拟仪器的GIS局部放电声电联合检测系统

笔者设计了一套基于虚拟仪器的GIS局部放电声电联合检测系统,通过不同速率的数据采集模块对GIS局部放电过程中所产生的超高频、高频电流以及超声波信号进行多通道同步联合检测。系统基于LabVIEW虚拟仪器平台开发,可连续捕捉与采集存储局部放电脉冲波形信号、实时计算放电脉冲相位。利用采集的局放信号进行时频分析和模糊聚类实现了多源局放的有效分离和类型判断,同时基于多路局部放电超高频信号与超声波信号本身或两者之间的时差可实现局部放电源的定位。该系统已在多个220 kV及500 kV GIS变电站的局部放电现场检测中得以应用,检测结果验证了系统的性能。     

Pattern analysis of partial discharges in SF6 GIS

The measurement of partial discharge(PD) of several faults in gas-insulated system (GIS) is discussed. Phase-resolved PD patterns have been measured using three different PD detection measuring systems: according to the IEC 270 recommendations, a VHF/UHF measuring system with narrow band filtering, and the UHF measuring system with wide band filtering. PD patterns are compared using computer-based discrimination tools. The influence of the selected center frequency on the PD patterns is discussed for the narrow band VHF/UHF measuring system. The influence of the number and type of GIS components between the discharging defect and the capacitive coupler on the shape of the PD patterns is analyzed. For several GIS components the signal reduction is studied. It was found that the shape of PD patterns is independent on the used PD detection circuit and the propagation path of the PD signals. As a result, discrimination and classification of PD distributions of several studied defects are possible using digital tools     

用于复小波变换的EWC阈值法抑制周期性窄带干扰

由于气体绝缘组合电器(GIS)的局部放电(PD)特高频检测虽然能够避开大多数窄带干扰,但是,还有部分窄带干扰会进入检测系统,从而湮没PD信号,因此在现场检测时必须加以抑制。根据PD信号与周期性窄带干扰小波变换后的不同特点,剖析了抑制周期性窄带干扰的常用方法--小波系数直接置零法的局限性,提出了可以用于抑制周期性窄带干扰的有效小波系数(EWC)阈值法,并以所构造的db4复小波对仿真信号与实测GIS特高频PD信号进行了对比去噪研究。研究结果表明:基于EWC阈值法的复小波变换能够有效地抑制GIS特高频PD信号中的周期性窄带干扰。     

GIS中电磁波传播特性的仿真研究

为研究UHF信号在GIS中的传播特性,采用时域有限差分法进行了仿真建模和计算。GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频(UHF)电磁波信号,UHF法是通过对局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测,获得局部放电信号的有关信息以实现对设备的绝缘状态诊断和评估。UHF法抗干扰能力较强、灵敏度高。仿真结果表明,UHF信号在GIS内传播时呈现明显的时延特性,有利于局放源的定位;UHF信号的强弱和检测点与局放源的夹角Φ有关,Φ=0°和180°时信号的能量最大;局放脉冲越陡,在GIS腔体中激励的高次模波分量越大。     

基于超高频检测技术研究GIS中的局部放电

根据气体绝缘的金属封闭式组合电器(GIS)的波导结构及局部放电脉冲所激发的电磁波的宽频带特征,建立了外部天线超高频局部放电检测系统。利用该系统对252kVGIS母线段中相同气压、不同电压超高频下固定微粒局部放电模型进行检测,并借助联合时频分析方法对信号进行处理。结果表明,外部天线超高频局部放电检测系统可以实现GIS局部放电检测,固定微粒局部放电频谱特征明显。     

GIS局部放电超高频检测法有关问题的仿真研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)中的局部放电在腔体中产生超高频(ultra high frequency,UHF)电磁波信号。为研究GIS局部放电源与UHF信号的关系,利用时域有限差分法计算局部放电产生的UHF信号;通过改变放电源和探头的参数,研究了局部放电产生的UHF信号的特性。仿真分析结果表明:UHF信号的幅值与局部放电脉冲幅值成线性关系;UHF信号与放电源的径向位置、放电通道长度、放电脉冲波形以及放电源与探头的夹角有关。单纯 UHF信号很难解释局部放电量的大小,但UHF信号可在一定程度上反映出GIS的绝缘状态。