GIS局部放电在线监测系统及核主分量模式识别研究

论文摘要

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,简称GIS)电气故障最通常的故障特征是在绝缘完全击穿前发生局部放电(PD),通过对GIS局部放电的在线监测,可以及时发现GIS内存在的缺陷,避免重大事故的发生。因此,深入研究GIS局部放电检测及其模式识别的方法,对于保证GIS的安全可靠运行、诊断GIS的绝缘状况和缺陷类型特征以及指导GIS的检修工作有着十分重要的意义。本文建立T型GIS实验模型,并利用时域有限差分(FDTD)法对模型内外进行仿真,研究了距离、角度、脉冲宽度、脉冲幅值对局部放电波形的影响,并研究了GIS内外电磁场分布及其对在线检测的影响。研制了工频触发电路和GIS局部放电超高频在线监测软件,构建了GIS局部放电超高频在线检测系统。系统包括信号采集与处理、频谱与复小波分析、缺陷类型模式识别、放电定位、监测数据查询和绝缘状况初步评估等功能。研制了基于文件系统管理和数据库管理的融合数据管理系统,实现了数据实时、快速存储及综合查询、管理功能,解决了对大量局部放电数据进行有效管理的问题。该系统在实验室和现场的实际应用中取得了良好的效果。采用双谱分析实现两路PD信号时间差定位算法,并采用LabVIEW开发了局部放电定位系统。系统快速同步采集两组局部放电波形,采集完之后进行自动时间差定位,实验室验证取得良好效果。利用微带天线传感器和高速局部放电采集系统获取了4种模拟GIS内部缺陷产生的局部放电样本,构建了GIS局部放电图谱及其灰度图像。提出了一种基于核主分量分析(KPCA)的PD模式识别方法,利用KPCA算法提取PD灰度图象特征,在保持原有样本模式的结构分布的同时提取了非线性的主分量特征,然后利用最小距离分类器进行分类识别。实验室研究表明,其识别率在80%左右,效果良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 GIS 局部放电在线监测的意义
• 1.1.1 GIS 内部主要缺陷分析
• 1.1.2 GIS 局部放电在线监测和模式识别的意义
• 1.2 局部放电在线监测发展现状
• 1.3 局部放电模式识别研究发展现状
• 1.3.1 放电模式
• 1.3.2 局部放电模式特征参数提取
• 1.3.3 局部放电模式识别分类决策
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 GIS 局部放电仿真分析
• 2.1 引言
• 2.2 GIS 内外部电磁波特性分析
• 2.2.1 有限时域差分法求解
• 2.2.2 模型结构构建
• 2.2.3 PD 激励源设置
• 2.2.4 网格剖分和边界条件
• 2.3 FDTD 仿真结果分析
• 2.3.1 距离对UHF 信号的影响
• 2.3.2 相对角度对UHF 信号的影响
• 2.3.3 脉冲宽度对UHF 信号的影响
• 2.3.4 脉冲幅值对UHF 信号的影响
• 2.3.5 GIS 内外电磁场分布
• 2.4 本章小结
• 3 GIS 局部放电UHF 在线监测系统
• 3.1 虚拟仪器技术及其发展现状
• 3.2 系统的硬件构成
• 3.2.1 天线传感器及信号调理单元
• 3.2.2 数据采集系统
• 3.2.3 工频信号触发器
• 3.2.4 抗干扰措施
• 3.3 软件系统
• 3.3.1 软件许可证管理
• 3.3.2 系统参数设置
• 3.3.3 监测功能
• 3.3.4 数据分析和故障预警功能
• 3.3.5 数据存储和查询功能
• 3.4 现场应用
• 3.5 定位子系统
• 3.5.1 局部放放检测定位方法
• 3.5.2 定位算法
• 3.5.3 定位系统
• 3.5.4 定位系统测试
• 3.6 本章小结
• 4 GIS 超高频局部放电试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 缺陷模型及试验设备
• 4.2.1 缺陷模型
• 4.2.2 试验设备
• 4.3 试验方法与步骤
• 4.4 构造GIS 局部放电三维分布谱
• 4.5 本章小结
• 5 放电模式识别
• 5.1 基于核主分量分析的放电模式特征提取
• 5.1.1 主分量分析
• 5.1.2 核方法
• 5.1.3 内积核
• 5.1.4 核主分量分析
• 5.2 最小距离分类器
• 5.2.1 距离度量算法
• 5.2.2 最小距离分类器
• 5.3 试验与分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目及得奖情况