复杂多径传播条件下变压器局部放电定位方法研究

局放超声波信号在电力变压器内会产生复杂的多径传播现象,极大地影响检测设备对局部放电源位置的诊断。为提高电力变压器现场局部放电源定位的准确性和抗干扰性,该文提出复杂多径传播条件下变压器局部放电定位方法。该方法首先通过分析局放信号在变压器内折射、绕射传播路径,构建抗多径效应的局放定位模型,再通过凸优化方法进行求解,得到变压器内部局部放电源坐标。该方法的优势在于求解局部放电源空间位置坐标的过程中免去对各类误差精确概率模型的假设,更切合变压器局放定位现场实际。在MATLAB声场有限元仿真、35kV真型电力变压器、110kV现场电力变压器和特高压换流变压器上开展变压器内部局放定位仿真和实验,实验结果表明局放定位精度达到0.1m。     

基于改进公垂线法的变压器局放超声定位研究

方向角和俯仰角确定后,定位误差与传感器到变压器内部局放源之间的距离成正相关性。提出了一种改进的测向公垂线中点法,该方法通过模拟实验求得各传感器感应到的超声信号情况随局放源与传感器之间距离的变化曲线,测得传感器感应到的超声幅值,从而推算局放源与传感器之间的空间距离,并认为局放源在测向线公垂线上,而且局放源距测向线的距离与局放源到传感器之间的距离成正比。模拟变压器局放实验证实了该方法可以在测向线公垂线中点法的基础上进一步提高定位精度。     

基于GCC-MSSA的变压器局放超声内部定位方法

变压器绕组因绝缘故障引发的局部放电危害着电力系统的安全运行，而目前针对局部放电的超声波外置检测方法受噪声干扰、传播介质等因素影响较大，故本文在变压器绕组中内置8个传感器内部检测局放产生的超声波信号。由于检测到的信号直接测量法不能反应实际的时延信息，以及传统智能算法定位精度低稳定性差，本文提出了一种广义互相关法(GCC)和混合策略麻雀算法(MSSA)相结合的超声定位方法。在COMSOL中搭建变压器绕组模型并仿真局放现象，通过GCC算法提取出精确的时延信息。根据时差信息建立超声定位的最优化约束方程，用MSSA算法求解得到局放源的位置信息。仿真结果显示，MSSA算法相较于其他传统智能算法定位误差更小。最后使用一种新型EFPI超声传感器进行变压器绕组局放实验，结果显示本文提出的方法定位平均误差为4 cm,比仿真的局放点大2.9 cm,具有工程应用实际价值。     

基于路径时间差的变压器局部放电超声定位方法研究

通过仿真详细阐述了超声波信号在变压器内的传播特性与传播路径。结合仿真结果,建立了变压器的数值节点模型,研究了超声信号非直达波路径与直达波路径的寻路算法。将两条路径的时间差作为特征参量与实测波形的时间差进行比对,采用粒子群优化算法迭代得到放电源的位置。在35 kV实验变压器上进行了定位实验,验证了算法的准确性。     

基于改进多平台定位原理的变压器局放超声定位研究

针对传统的变压器局放定位方法误差大的问题,提出了基于改进多平台定位原理的定位方法。测向线在定位计算中的权重值与测向平台和局放源之间的距离成反比,建立空间某一点到各条测向线距离与权重值乘积之和的函数,函数最小值对应的点即为局放源的空间位置。通过模拟实验测得阵列中不同传感器接收到的超声信号峰值的平均值随局放源与测向平台之间距离的变化曲线,在求得超声信号峰值平均值的前提下,根据对应的变化曲线即可求得测向平台与局放源之间的距离,在此基础上采用改进多平台定位方法即可求得局放源的空间坐标。     

基于波分时分复用技术的变压器局部放电光纤超声定位技术研究

相比于压电陶瓷,光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)对于变压器局部放电产生超声信号的检测灵敏度高、抗干扰性能好,然而,现有研究尚未考虑通过多点FBG复用以扩大FBG用于变压器局放检测范围的相关方法。为此,该文提出了一种基于波分时分复用技术的多点FBG变压器局放超声定位技术。通过波分复用技术,实现了FBG传感器位置的识别;通过时分复用技术,解决了仅靠单个FBG难以满足变压器内局放超声信号全范围检测的难题。本文建立了基于多点FBG超声传感系统的变压器油中局放检测试验平台,对不同FBG测点对油中局放超声信号的检测结果进行了对比,并基于多点FBG对变压器油中同一局放源进行了超声定位试验。试验结果表明:对于油中局放超声信号的检测,不同FBG测点的检测频带相近,传感器一致性好;多点FBG能够实现变压器油中局放超声信号的准分布式测量,且基于多点FBG的测量结果能够通过网格搜索算法实现局放源的定位。     

基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法

气体绝缘开关设备（GIS）中发生局部放电（以下简称局放）时,为查找绝缘缺陷,需对局放源进行准确定位。超高频（UHF）时差定位法由于原理简单、实现方便、定位精度高等优点获得了广泛应用,但当局放信号的初始脉冲较小而难以确定信号的起始脉冲时间时,UHF时差法将难以有效运用从而导致较大误差。为提高时差定位法的准确性,对局放电磁波在GIS中的传播路径特性进行研究,分析结果表明,局部放电产生的电磁波在GIS中的传播路径与局放源的位置、检测点的位置密切相关,据此提出了基于传播路径的脉冲时差定位法。实验结果表明,当局放源位于GIS外壳附近、电磁波信号初始脉冲很小、难以辨识时,用该方法可以准确定位。     

基于改进三平台测向原理的变压器局放超声定位研究

由局放定位原理分析得出方位角和俯仰角误差会导致定位误差随着局放源与测向平台之间距离的增加而被放大,而局放源与测向平台之间的距离可根据实验室模拟变压器局放实验求得的超声信号峰值的平均值随局放源与测向平台之间距离的变化曲线求得,在此基础上提出一种基于改进三平台测向原理的变压器局放超声定位方法。利用3条测向线可以确定3个辅助定位点(即由误差放大原理在两两测向线公垂线上求得,其到测向线的距离与局放源到测向平台之间的距离成正比),根据统计学中取平均值可以在最大程度上减小随机误差对测量结果影响的原理,取3个辅助定位点确定的平面圆的圆心为局放源的位置。实验结果证实了文中所提方法可以提高局放源的定位成功率和精度,具有较大的实际应用价值。     

基于多平台测向及全局搜索的局部放电超声阵列定位方法

局部放电定位检测是电气设备绝缘机理研究与质量监控的关键项目,是状态维修的重要基础,局放超声阵列定位方法可有效提高定位成功率及定位精度。传统方法中"测向交叉"原理会出现"异面不相交"和"误差累计"情况,降低了定位精度,据此,论文提出了一种基于多平台测向及全局搜索的阵列定位新方法。该方法首先以空间中到各条测向线距离和的最小值对应的点为局放源,再根据多次测向方位角、俯仰角结果及传感器位置,推导局放源坐标方程。然后采用云优化算法进行全局搜索,实现局放源的空间定位,有效地提高了局放超声阵列定位精度。最后搭建了局放超声阵列定位实验系统,开展了大量实验研究,实验结果验证了方法的正确性与优越性。     

基于阵列时延库的变压器局放超声阵列定位研究

针对电力变压器局部放电超声阵列检测法存在定位精度的问题,建立了一种阵列时延库,该时延库建立的基本思想是以阵列传感器中心阵元为原点,将变压器模型在三维空间以1 cm间距等分成若干网格,在每一个网格交点处假设放电源并求出放电源点到阵列传感器各阵元的时延组建成库,通过基于遗传算法的空间搜索,匹配阵列时延库中与真实阵列时延相似度最高的放电源点作为局放源位置,大量实验研究表明该方法的误差在4 cm之内,定位效果理想,证明了该方法的可行性。     

考虑阵列误差的变压器双局放源测向与定位实验研究

超声阵列检测是变压器局部放电众多检测方法中一种较为有效的方法,其基本原理是阵列传感器和阵列信号处理技术相结合的一门新的检测方法。在实际工程应用中由于阵列传感器之间的互耦误差和阵元幅相误差的存在,往往会导致空间谱估计性能降低,引起定位不成功或准确率下降,针对双局放源检测时,定位准确率明显下降。据此,文中考虑了阵列误差对双局放源超声阵列检测的影响,提出了一种阵列误差自校正算法,并依据此算法对传统的MUSIC(多重信号分类)算法进行改进,将改进后的算法应用于双局放源超声阵列检测实验中。结果表明,考虑阵列误差后的MUSIC算法对双局放源的测向误差小于8°,满足工程实际需要。     

基于L型阵列传感器的局放超声定位实验研究

电气设备局部放电超声阵列定位方法是将超声阵列传感器与阵列信号处理技术应用于局部放电超声定位的一种新方法,具有较高的可靠性,能准确实现局放源的空间定位。实验设计研制了超声阵列传感器阵元与阵列传感器装配体,组合得到L型超声阵列传感器,并搭建了一套局放超声定位系统。结合现有的局放超声阵列定位方法,开展了大量的单、双局放源的定位实验研究。结果表明,L型阵列传感器可有效实现对局放超声信号的检测及局放源的空间定位,满足工程需要。     

基于双UHF传感器中垂面交点的局放源定位方法

为定位高压电气设备内部局放源位置,布置2只特高频(ultra-high frequency,UHF)传感器,接收待测高压电气设备内部局放产生的UHF信号,对UHF信号进行滤波、放大,获取UHF信号的完整波形;比较局放源到达2只UHF传感器的信号时间差,当信号时间差为0时,表明局放源位于2只UHF传感器连线的中垂面上;在三维空间中分别确定相互垂直的三个中垂面,三个中垂面的交点即为局放源位置。本方法适用于高压开关柜、电力电缆、GIS设备、变压器等高压电气设备内部局放源的定位和外部干扰源的查找,变电站现场实测表明该方法有效。     

变压器的UHF法局放故障定位初探

分析变压器中主要结构部件对UHF电磁波传播影响后提出了基于最短光程原理定位变压器局放故障的思路。用模拟局放源和金属障碍物、变压器绕组试验研究UHF信号传播路径长度与传播时间关系的结果表明:存在金属障碍物时电磁波传播时延大于理论值,具体误差与信号传播路径上障碍物的遮挡范围有关;绕组的油道结构对信号虽有一定衰减,但对传播时延基本无影响,信号可穿透绕组以近直线传播。     

变压器局放超声传播FEM仿真分析

为了分析超声信号在变压器内部复杂环境中的传播规律,建立了三维变压器局放模型。采用有限元方法,对超声信号在变压器内部传播、衰减过程进行了仿真计算。仿真结果表明,超声信号在经过箱壁、绕组、铁芯时,产生折反射,幅值衰减较为严重,通过合理设置多个信号观测点,根据其信号初始峰值大小和到达时间,可判断放电源的大致位置和信号传播的路径。     

采用改进型圆形超声阵列传感器的油中局放定位

局放超声阵列定位方法是阵列传感器技术与阵列信号处理技术发展的最新成果之一。为此,采用改进型圆形超声阵列传感器对局放源进行测向定位。首先研制了改进型圆形超声阵列传感器,并搭建了油中局放定位实验平台;接着采用相位模式激励算法、MUSIC算法以及多平台交叉定位相结合的方法对圆形阵列信号进行测向定位,最后运用快速独立分量分析(fast independent component analysis,FastICA)算法对超声阵列信号进行去噪后再进行测向定位。结果表明:采用改进型圆形阵列传感器的定位准确度优于传统圆形阵列和方阵;比较去噪前后的定位效果发现去噪后的定位误差为3.8cm,优于去噪前的11.3cm。多次实验验证了该方法的有效性。     

基于超高频和超声阵列信号的变压器局放定位方法研究

变压器局部放电的检测与准确定位对于及时发现变压器内部的潜伏性绝缘缺陷、预防事故的发生具有重要意义。分析了现有的局放定位方法,指出超声法具有广泛的应用前景。针对超声法检测灵敏度不高等问题,介绍了一种基于超高频和超声阵列信号的变压器局放定位方法。该方法以超高频信号的接收时刻为基准进行测距,并基于快速子空间算法(FDOA)对超声阵列信号进行波达方向估计,得到局放源的方位信息,进而对其定位。在试验室中搭建了一套完整的试验平台,使用该方法对变压器局部放电进行定位试验,结果表明误差均在10 cm以内。验证了所提方法的有效性与实用性。     

基于测向线公垂线中点的局部放电相控超声几何定位算法研究

局部放电的定位检测是电气设备质量监控与状态检修的关键项目,良好的阵列定位原理及算法是保证定位精度的前提条件。传统局放超声阵列定位算法将所得的两条测向线投影交点的法线与两条测向线的交点视为放电源,这种近似处理方法原理简单、计算方便。但是,由于超声信号在变压器中的折反射和各类测向误差的影响,两条测向线是不可能交汇于局放源这一点,因此实际两条测向线为异面直线,近似处理为相交,会导致由于测向不准带来的定位精度下降,而且会出现多个不唯一解的情况,无法满足工程实际需要。因此笔者提出了一种基于测向线公垂线中点的局部放电相控超声几何定位算法,该方法将两条测向线公垂线的中点作为局放源位置,使得局放定位结果唯一、稳定,同时也提高了定位精度。实验结果验证了文中方法的正确性和优越性。     

计及局放信号传播特性的多源局放定位算法

为减小电缆局放定位过程中噪声干扰及反射干扰的影响,并实现多个局放源的定位,提出了一种基于局放匹配对识别及利用多组局放匹配对进行多源局放定位的算法,来提高在上述干扰工况中的定位精度。该算法利用局放信号的幅值突变特点以及在电缆中的传播特性来识别局放匹配对,再基于局放匹配对识别结果进行多源局放的定位,进而结合DBSCAN信号聚类方法来修正局放定位结果以实现对多源局放的精确定位。仿真结果表明,该多源局放定位算法能够在不同信噪比工况下,有效识别局放匹配对并精确估计出局放源的个数和位置,同时,由于利用了多组局放匹配对进行定位,其精确性比利用单组局放匹配对定位的精确性更高。     

大型变压器局部放电多目标定位实验

为了解决大型变压器内部局部放电源难以准确定位的问题,进行了以变压器内部同时存在多个放电源的定位为对象,通过传感器阵列接收放电源辐射的超声波信号,应用阵列信号处理技术中的空间谱估计理论,分析阵列传感器所接收信号的特征信息,实现局部放电的多目标定位的研究。研制了4阵元均匀等间隔线阵,建立了局部放电定位实验系统,针对单放电源和二个放电源的不同情况,对放电源空间位置进行了定位模拟实验。实验结果表明,该法具有良好的定位准确度,能有效地估计出变压器内多个放电点的空间位置,可实现电力变压器内部多局部放电源的定位,为变压器内多局放源的定位建立了实验研究基础。