基于电磁波信号传播衰减模型的变电站局部放电定位方法

分析了局部放电辐射电磁波的空间传播衰减特性,及电磁波接收天线的灵敏度系数,并以此为理论基础,提出了一种新的基于天线阵列和电磁波衰减模型的局部放电定位方法,实现变电站全站的局部放电源定位。该方法在变电站空间建立三维坐标系,推导出天线接收到电磁波信号的峰值与局放源及天线位置之间的关系,从而构建关于局部放电位置的计算模型。该方法只需要检测信号峰值,而不需要计算信号的时延序列,可以大大简化数据采集和处理系统要求。论文分别对电磁波仿真软件得到局部放电信号,及实验室模拟局部放电测试得到的电磁波信号进行分析处理,利用该方法计算局部放电源位置,验证了方法的准确性和可行性。     

基于超高频电磁波的变电站局部放电空间定位

局部放电的测量和诊断已成为评估高压电力设备运行状态的重要方法之一。但目前的局部放电监测主要以单个设备监测为主,测试仪器程序多,成本高,维护工程大。可利用4个天线组成天线阵列接收超高频(UHF)电磁波,并定义三维坐标系对变电站范围内的放电源进行全站的局放定位。重点研究了基于能量积累法计算信号起始时刻和基于信号时延序列实现放电源准确定位算法的原理,并给出了求解基于时差的以局放源位置为未知数的非线性方程组的Newton算法和网络搜索法。实验室测试和现场测试验证了基于射频天线阵列实现变电站范围内局部放电定位的有效性,提出的定位算法可以自适应求解基于时差序列的非线性方程组,既保证了求解的速度,又能解决方程的收敛问题,满足变电站全站局部放电定位准确度的要求。     

变电站多局部放电源分离的选择双谱算法

抑制现场噪声干扰、有效提取信号特征是局部放电信号检测和分析的关键。给出了利用Fisher可分离度选择具有最强类可分离度的双谱作为信号的特征参数,并利用特征参数训练径向基神经网络来判断信号的类型的算法。通过混有高斯白噪声的电磁波仿真软件得到的模拟不同局部放电源辐射的电磁波信号,利用该算法进行信号分离,验证了该算法的有效性。最后在变电站现场未知局部放电源的情况下,对采集到的局部放电辐射电磁波信号利用该算法进行处理得到信号类型数,并训练用于信号分离的径向基神经网络。基于现场实测信号分离结果,并结合基于时延序列的局部放电源定位结果验证了该算法在变电站现场干扰情况下分离多局部放电源的有效性。     

变电站全站局部放电检测中多源信号分离方法

针对已有的变电站全站局部放电检测方法仅能得到放电源的大致方向,无法区分局部放电类型和来源的问题,基于各种局部放电源所产生的超高频信号在时域与频率的不同特征,对连续采集存储的局部放电电磁波脉冲波形进行TRPD （ time resolved peak display ）时频分析和模糊聚类,分离出不同局部放电源或干扰所产生的放电信号,以实现放电源的准确定位,为后期局放类型的图谱特征识别奠定基础。现场测试证明了该方法的可行性。     

采用特高频检测技术的局部放电源定位方法

局部放电的发生伴随着电磁波的发射,电磁波在特高频段(300MHz~3GHz)的抗干扰能力很强,因此通过接受该频段的电磁波进行局部放电的检测与定位很有研究前景。近年来特高频法(ultra high frequency method,简称UHF)在局部放电的检测与定位工作中得到广泛推广。为改进确定时延的方法,准确定位放电源,采用了特高频法和信号传播时延来实现对局部放电源的定位。该法采用信号初始峰值法、相关法和能量最小值法求取信号传播时延,通过比较讨论3种方法的优劣,确定了一套求取时延的方案。最后用空间搜索法实现对缺陷中局部放电的定位。     

基于平面相交法的敞开式变电站多源局部放电定位方法

目前基于特高频(UHF)天线阵列的敞开式变电站局部放电(以下简称局放)检测与定位方法获得应用,但定位距离误差偏大,且未提供有效的多放电源时的定位方法。为此提出了基于平面相交法的敞开式变电站多源局放定位方法:采用插值互相关法计算天线信号之间的时差,对互相关函数进行插值以提高采集系统采样率较低时的时差精度;引入平面相交法求解时差方程,并统计获得多次局放信号定位结果中概率密度最高的位置,将其作为最终的定位结果。当存在多个放电源时,使用K均值算法对天线阵列的时差向量进行聚类,实现多源UHF信号的分离。之后,建立了变电站局放检测与定位实验系统,对前述算法的定位精度进行了测试。结果表明,对尺寸为4 m×2 m的菱形天线阵,当局放源与距离4 m的天线对的法线夹角45°且距天线阵列中心距离10 m时,定位误差均1 m,多数情况下20 cm;在存在多个放电源时,该方法的定位精度与单个放电源时接近。     

基于高阶累积量的局部放电超高频信号时延估计算法

时延估计是基于时间差的变电站局部放电空间定位算法的基础,也是决定定位准确度的关键。为此,以Tugnait的高阶统计量理论为基础,提出了基于4阶累积量的局部放电超高频(UHF)信号时延估计算法,并给出了具体的时延计算方法。该算法以高阶累积量代替信号本身来进行相关分析,估算得出信号时延,具有对相关特性未知的Gaussian噪声不敏感的优点。仿真实验利用双指数振荡衰减函数,并加入Gaussian噪声和定频干扰,模拟变电站现场局部放电超高频信号,利用该时延估计算法可以准确得到信号时延。最终利用该算法计算变电站实测多路超高频信号的时延,并将该时延序列应用于基于天线阵列的变电站局部放电定位,估算出局部放电源的空间位置,且定位误差<0.3m,验证了该算法的有效性和实用性。     

GIS局部放电特高频信号时延的分数阶希尔伯特估计算法

时延估计是GIS特高频局部放电检测基于时差定位的基础,是决定故障定位精度的关键。文中阐述了分数阶希尔伯特变换用于时延估计的理论基础,提出了基于分数阶希尔伯特变换的GIS特高频局部放电时延估计方法,并给出了时延估计算法的数值实现步骤。针对某220 kV GIS设备特高频局部放电巡检过程中在开关气室发现的异常局部放电信号,现场利用高速示波器采集开关气室两侧盆式绝缘子浇筑孔处泄露的特高频电磁波信号。根据文中提出的时延估计算法计算两路特高频电磁波信号时延,准确计算出放电源的空间位置,距盆式绝缘子浇筑孔1.25 m,该间隔开关气室解体后测量放电源距浇筑孔1.3 m。利用分数阶希尔伯特算法的局部放电放电源定位误差明显低于双谱时延估计算法和插值相关法时延估计算法,从而表明了该算法具有较好的有效性和实用性。     

基于空间电磁波检测的车载式变电站电气设备局部放电定位系统

变电站内的电气设备发生局部放电时会辐射出电磁波信号,针对敞开式变电站全站电气设备局部放电的检测和定位,研究了基于空间电磁波信号的车载式变电站电气设备局部放电定位系统,对系统的组成及定位原理进行了阐述,对时延信号的求取方法进行了研究,通过实验室试验对该系统的定位效果进行了验证,结果表明,该系统能够准确地对变电站设备发生的局部放电进行检测和定位。     

基于RD-MUSIC算法的局放超声阵列检测方法仿真研究

超声阵列检测是一种可靠性较高的局部放电定位方法,而目前对局放超声阵列信号的波达方向研究尚不成熟。基于此,文中提出了一种基于多重信号分类降维(RD-MUSIC)算法的局放超声阵列信号波达方向(DOA)估计方法。首先,将局放超声阵列信号波达方向(方位角和俯仰角)的谱峰空间采用二维并行搜索方式;其次,基于RD-MUSIC算法将局放源分解为方位角和俯仰角的一维顺序搜索方式,将阵列输出信号的协方差矩阵进行处理,进而提高了该一维DOA估计方法对局放源的分辨性能;最后,将RD-MUSIC算法与多重信号分类(MUSIC)算法作仿真对比,结果表明,RD-MUSIC算法测向性能好,运算速度快,其测向误差小于MUSIC算法,进一步提高了定位的准确度。     

基于空间谱估计的多局部放电源分辨和定位

提出基于空间谱估计的变压器局部放电源定位方法.利用电磁矢量传感器检测局部放电特高频(UHF)信号,该传感器是一个六元天线阵,能同时检测入射UHF信号的6个电磁场分量.对传感器输出数据进行窄带滤波,应用信息论的最小描述长度准则或平滑秩序列法估计局部放电源数,并应用空间谱估计理论中的多重信号分类算法实现多局部放电源的分辨和定位。通过仿真和实验研究,证明了单个电磁矢量传感器可以分辨并定向追踪3个局部放电源.     

粒子群优化算法在电气设备特高频局部放电源定位中的应用

带电检测是判断高压电气设备内部绝缘性能的重要手段之一,特高频局部放电检测技术可以实现由绝缘缺陷引起其内部局部放电源放电类型的诊断及定位。采用粒子群优化算法求解不同时间段局部放电源所在位置,建立三维空间模型,采用粒子群优化算法优化定位初值,降低电气设备特高频局部放电定位精度对到达时间差法时延的依懒性。试验证明带电检测过程中对特高频局部放电定位采用粒子群优化算法求解与优化可以将外界环境对到达时间差算法的时延干扰降至最低,提高定位精度与定位速率,适用于高压电气设备内部局部放电的带电检测。     

多尺度形态滤波算法在GIS局部放电检测中的应用

为了抑制GIS局部放电现场检测中的白噪声和各种窄带周期干扰信号,介绍了一种非线性信号处理技术——多尺度形态滤波(multi-scale morphological filter,MMF),提出了一种新的组合形态滤波算法,并应用于GIS局部放电声电联合检测信号处理中。经仿真局放信号处理并且与小波变换处理的结果相比较,在平均误差、均方根偏差以及最大误差等指标上均优于小波的处理结果。通过现场对局部放电引起的超声信号处理结果表明,该算法可以去除超声信号中的噪声干扰,使超声信号直达波起始时刻清晰,结合超高频信号实现对局部放电源准确定位。     

基于TEV传感器与TOA算法的高压开关柜局部放电定位方法的研究

本文提出采用阈值法、能量法、AIC法、Gabor法提取局部放电脉冲波前时刻,基于时间差(TOA)实现局部放电点自动定位算法.采用上述算法首先在实验室进行高压开关柜的局部放电点定位,并对比上述方法的优劣.然后,在变电站现场对一面存在疑似放电的开关柜进行定位,通过查看时域波形波前时刻特征以及自动定位两种方法检测,检测结果表明,放电点位于该开关柜上部间隔的母线处,停电检修的结果印证了现场检测结论,证明了本文提出算法的有效性.     

局部放电电磁波在GIS中的衰减特性

局部放电电磁波信号在气体绝缘开关设备(GIS)中传播时受GIS结构影响而产生衰减变化,使得难以从超高频(UHF)检测信号实现对局部放电源信号的有效评估。为分析GIS不同结构部件对电磁波信号的影响,本文采用时域有限差分(FDTD)法对GIS中局部放电电磁波的衰减特性进行建模分析,研究了电磁波信号在GIS中不同部件传播时幅值、能量等参数的变化特性。对局部放电电磁波信号经过绝缘子前后的变化进行试验研究,验证了仿真分析的有效性。研究结果表明,电磁波信号在同轴波导中传播时信号能量衰减很小,但是由于高次模波的色散效应使得信号幅值发生较大程度的减弱;邻近局部放电源的绝缘子对于电磁波信号的衰减作用比其他绝缘子更大;经过L分支的电磁波信号能量衰减和幅值降低程度均较大,但其横电磁波(TEM)分量衰减很小;电磁波经过T分支的垂直部分比直线部分衰减更为严重。     

基于矩形超高频天线阵列的局放源方向定位的研究

高压设备随着绝缘水平下降会发生局部放电现象(PD),放电信号由波长不等的电磁波构成,可能会传播到设备外面的空气中。文中采用由4个盘锥天线构成的矩形天线阵列来接收空气中辐射的超高频局部放电信号,因矩形天线阵列可在测量时移动,可通过移动实现局放的检测定位。文中重点研究了利用信号首峰确定各路信号其实时刻和基于各个天线接收信号的时间到达的不同(TDOA)的方向定位算法。通过实验验证了基于矩形天线阵列的方向定位算法的正确有效性。     

超宽带射频技术对变压器多局部放电源的定位

电力变压器局部放电故障大多是在很短时间间隔内相继出现多个放电源,因此对于多放电源的有效定位是定位技术成功的关键,为解决多点局部放电源的定位问题,采用基于最短光程原理的超宽带射频定位技术,用4阵元传感器阵列检测局部放电源激发的电磁辐射波,获取3个相对时延作为计算参量,利用时间差算法实现对局部放电源空间几何位置进行搜索定位,在实验室环境下进行了空间多点模拟局部放电源的定位试验,多放电源的定位误差控制在10cm以内。此外,还介绍了最近在现场真实设备上进行局部放电定位的探索研究,为该技术向实用化方向的发展做出了有益的尝试。     

多局部放电源的电/电磁波和声信号时序分析

局部放电既产生瞬态的电/电磁波信号,也辐射声波,为了解决设备内多局部放电源的存在给诊断所带来的困难,通过对局部放电辐射的电脉冲、电磁波和声波检测信号的分析,忽略脉冲信号的幅度特性和持续时间,仅考虑脉冲接收的起始时间点,构成对应的布尔量时间序列,以分别代表局部放电的电/电磁波和声波的布尔量时间序列,为两个坐标轴建立直角双时间坐标系。理论分析认为,任何一个局部放电源的电/电磁波和声波的布尔量时间序列在该坐标系下构成一条45°直线,不同局部放电源因时延的不同形成的直线位置不同。实验研究工频下不同位置的3个局部放电模型的放电时序关系及由它们的电/电磁波和声波布尔量时间序列建立的直角坐标系的结果表明,该法有可能识别多局部放电源,重构各局部放电源的放电时序关系,藉此研究各放电源的相间局部放电谱图及其放电模式变迁,并获得用于局部放电定位的关键参数超声波传输时延。该法物理意义明确、应用简单。     

基于特高频天线阵列的局部放电信号定位方法及影响因素分析

基于移动式特高频(UHF)天线阵列的敞开式变电站局部放电巡检与定位系统获得应用,但天线间距一般较小,使放电源距离定位准确度较低。文中提出了基于时差法的放电源波达方向估计方法,利用两对相交天线UHF信号入射角与方位角、俯仰角的几何关系,推导得到方位角与俯仰角的计算公式;为了分析时差误差对方位角及俯仰角估计误差的影响,建立了基于蒙特卡罗法的波达方向估计误差仿真模型,进而对放电源位置、阵列尺寸及天线阵列布置对方位角与俯仰角估计准确度的影响进行分析;实验测试了方位角与俯仰角的估计准确度,最后将其应用于现场220 kV变电站的局放检测。分析结果表明,随放电源俯仰角增大,方位角估计准确度降低,俯仰角估计准确度升高;阵列尺寸大于1 m×1 m时,可以获得较高的估计准确度;矩形阵列是波达方向估计的最优阵列型式。实验结果表明,对于尺寸为4 m×2 m的矩形与菱形天线阵,方位角估计误差均4°,对于尺寸为0.7 m×0.7 m方阵,俯仰角大于20°时其估计误差10°。     

XLPE电缆及其中间接头中局部放电电磁波传播特性的数值分析

局部放电(PD)检测和定位对电力电缆绝缘状态监测具有十分重要的意义,有必要建立一个精确的电缆模型对局部放电电磁脉冲的传播特性进行分析。考虑到电缆结构的复杂性,难以得到高精度的等效电路模型,因此采用数值电磁方法,通过构建良好的电缆模型,在时域中分析电缆及其中间接头的局部放电电磁波的传播特性,并对其传播特性进行仿真,计算局部放电源沿不同方向传播产生的电场,将计算得到的电缆中的PD信号波形与接头模型中的信号波形进行对比。结果表明,局部放电产生的电磁波在电缆和电缆中间接头中的传播规律存在很大差异,因此,在电缆局部放电检测与定位时要考虑电缆中间接头的影响。