高压直流局部放电的模糊识别及去噪策略

论文摘要

高压直流输电距离远、送电容量大、控制灵活,根据我国能源分布与战略决策,正在朝着特高压方向发展。虽然在直流电压作用下,局部放电引起的老化速度低于交流电压下,但直流局部放电与设备内部的缺陷状况密切相关,其测量能够灵敏的反映出绝缘中的薄弱环节。作为一种有效监视电气设备绝缘状况的参数,有必要对直流电压作用下电气设备绝缘的局部放电进行研究。由于不同性质的绝缘缺陷对电气设备的损害程度不同,对维修的要求也不尽相同,因而对放电源类型的识别在局部放电的研究中显的尤为重要。如何有效的将噪声信号从局部放电信号中进行有效的分离,是局部放电研究必须解决的另外一个热点问题。本文进行了大量的直流局部放电试验,对直流电压作用下的局部放电放电类型的识别和去噪策略进行了详细的试验研究,主要内容如下:(1)搭建了直流局部放电检测系统。直流局部放电的放电机理与交流的不尽相同,因而其放电特征不同,本文在交流检测系统的基础上搭建适合于直流局部放电特点的直流局部放电检测系统。制作了三种典型放电(电晕放电、内部放电、沿面放电)的放电模型。(2)进行了大量的直流局部放电试验。在不同外加直流电压作用下,进行了大量的负极性电晕放电、正极性电晕放电、内部放电、负极性沿面放电、正极性沿面放电的试验,记录其放电波形,建立不同类型直流局部放电的数据库。(3)提出了放电幅值及其次数和相邻放电时间间隔及其次数两个可用于直流局部放电模式识别的谱图。在直流局部放电中,放电的相位失去意义,本文将放电幅值、放电脉冲次数以及相邻放电之间的时间间隔作为直流作用下局部放电的基本参数;根据基本参数两两之间相关性的分析,以及不同类型直流局部放电的对比研究,提出放电幅值及其次数和相邻放电时间间隔及其次数两个可用于直流局部放电放电模式识别的谱图。(4)不同类型直流局部放电统计特征参数的提取。根据放电服从统计性规律的特点,在大量直流局部放电试验基础上,本文将放电幅值及其次数和相邻放电时间间隔及其次数两个谱图的偏斜度Sk、陡峭度Ku、以及放电幅值及其次数谱图的双参数威布尔分布的形状参数β等5个统计参数提取为直流局部放电放电类型识别的特征参数。(5)直流局部放电放电类型的模糊识别。在负极性电晕放电、正极性电晕放电、内部放电、负极性沿面放电和正极性沿面放电的5个特征参数对比分析的基础上,根据不同类型放电特征参数的分布规律,提出了直流局部放电类型的模糊识别方法:首先根据放电幅值及其次数的双参数威布尔分布的形状参数β参数,利用模糊技术,将电晕放电从内部放电和沿面放电中识别出来;再利用多特征参数的联合作用将内部放电从沿面放电中模糊识别出来。大量直流局部放电试验放电类型的模糊识别结果表明,该方法可较好的兼顾模式识别的复杂性及识别精度。(6)噪声环境下的直流局部放电试验。在有噪声环境下,进行了大量的负极性电晕放电、正极性电晕放电、内部放电、负极性沿面放电、正极性沿面放电的试验,记录混有噪声和局部放电的信号波形。(7)直流局部放电去噪策略的提出。根据直流局部放电信号极性与外加电压极性一致的特点,提出了基于正、负极性信号互相关性分析的直流局部放电去噪策略。通过对大量混杂有噪声信号的直流局部放电的去噪处理,证实该策略可以有效去除正、负极性同时存在的噪声。本文在直流局部放电试验的基础上,通过不同放电的基本参数相关性分析,提出了放电幅值及其次数和相邻放电时间间隔及其次数两个可用于直流局部放电模式识别的谱图;提取了放电谱图的5个统计参数作为直流局部放电类型识别的特征参数;根据不同类型放电特征参数的分布规律,提出了直流局部放电放电类型的模糊识别方法,大量直流局部放电试验放电类型的模糊识别结果表明,该方法可较好的兼顾模式识别的复杂性及识别精度。在噪声环境直流局部放电特征分析的基础上,根据直流局部放电信号极性与外加电压极性一致的特点,提出了基于正、负极性信号互相关性分析的直流局部放电去噪策略。通过对大量混杂有噪声信号的直流局部放电的去噪处理,证实该策略可以有效去除正、负极性同时存在的噪声。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 直流局部放电研究的背景意义
• 1.1.1 高压直流输电的发展
• 1.1.2 高压直流局部放电的研究意义
• 1.2 直流局部放电的放电过程及机理
• 1.2.1 局部放电的放电类型
• 1.2.2 直流局部放电的物理机理
• 1.3 绝缘局部放电的检测
• 1.3.1 脉冲电流法
• 1.3.2 无线电检测法和超高频法
• 1.3.3 超声检测法
• 1.3.4 化学检测法
• 1.3.5 光测法和红外热像法
• 1.4 局部放电的模式识别
• 1.4.1 局部放电的放电谱图
• 1.4.2 局部放电特征参数的提取
• 1.4.3 局部放电的模式识别方法
• 1.5 局部放电的抗干扰
• 1.5.1 局部放电检测中存在的干扰及噪声
• 1.5.2 局部放电检测中去噪方法
• 1.6 高压直流局部放电的研究现状及存在问题
• 1.6.1 高压直流局部放电的研究进展
• 1.6.2 高压直流局部放电研究中存在的主要问题
• 1.7 本论文完成的主要工作
• 第二章 高压直流局部放电试验及其谱图分析
• 2.1 基于脉冲电流法的直流局部放电检测系统
• 2.1.1 脉冲电流检测法基本原理
• 2.1.2 直流局部放电检测系统
• 2.1.3 直流局部放电的基本参数
• 2.2 直流电晕放电试验
• 2.2.1 电晕放电模型
• 2.2.2 负极性电晕放电
• 2.2.3 负极性电晕放电谱图分析
• 2.2.4 正极性电晕放电
• 2.2.5 正极性电晕放电参数分析
• 2.3 直流内部放电试验
• 2.3.1 内部放电模型
• 2.3.2 直流内部放电试验
• 2.3.3 内部放电基本参数分析
• 2.4 直流沿面放电试验
• 2.4.1 沿面放电模型
• 2.4.2 负极性沿面放电试验
• 2.4.3 负极性沿面放电参数分析
• 2.4.4 正极性沿面放电
• 2.5 直流局部放电放电类型识别的谱图
• 2.5.1 不同类型直流局部放电q-n 的对比
• 2.5.2 不同类型直流局部放电Δt-n 的对比
• 2.5.3 直流局部放电模式识别的谱图
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于统计分析的直流局部放电特征参数提取
• 3.1 局部放电特征提取的统计特征法
• 3.1.1 基于PRPD 的统计算子
• 3.1.2 威布尔参数
• 3.2 基于统计算子的直流局部放电分析
• 3.2.1 q-n 的偏斜度Skq 分析
• 3.2.2 Δt-n 的偏斜度Skt 分析
• 3.2.3 q? n 的陡峭度Kuq 分析
• 3.2.4 Δt-n 的陡峭度Kut 分析
• 3.3 基于双参数威布尔分布的直流局部放电分析
• 3.4 放电重复率分析
• 3.4.1 不同类型放电的放电重复率比较
• 3.4.2 放电重复率与外加电压的关系
• 3.4.3 不同温度下的内部放电试验
• 3.4.4 不同湿度下的沿面放电试验
• 3.5 本章小结
• 第四章 直流局部放放电类型的模糊识别
• 4.1 模糊数学基础
• 4.1.1 隶属度函数及模糊集合
• 4.1.2 模糊逻辑及其运算
• 4.2 直流局部放电放电类型识别策略
• 4.3 不同放电特征参数数据库的建立
• 4.4 电晕放电的模糊识别
• 4.4.1 负极性电晕放电的模糊识别
• 4.4.2 正极性电晕放电的识别
• 4.5 基于单一参数的负极性沿面放电与内部放电的隶属度
• 4.5.1 基于Skq 的负极性沿面放电与内部放电隶属度的计算
• 4.5.2 基于Skt 的负极性沿面放电与内部放电隶属度的计算
• 4.5.3 基于Kuq 的负极性沿面放电与内部放电隶属度的计算
• 4.5.4 基于Kut 的负极性沿面放电与内部放电隶属度的计算
• 4.6 负极性直流局部放电放电类型的模糊识别
• 4.7 基于单一参数的正极性沿面放电与内部放电的隶属度
• 4.7.1 基于Skq 的正极性沿面放电与内部放电隶属度的计算
• 4.7.2 基于Skt 的正极性沿面放电与内部放电隶属度的计算
• 4.7.3 基于Kuq 的正极性沿面放电与内部放电隶属度的计算
• 4.7.4 基于Kut 的正极性沿面放电与内部放电隶属度的计算
• 4.8 正极性直流局部放电放电类型的模糊识别
• 4.9 本章小结
• 第五章 直流局部放电去噪策略的提出
• 5.1 随机信号的相关性分析
• 5.1.1 随机信号的数字特征
• 5.1.2 自相关函数和自协方差
• 5.1.3 互相关函数和互协方差
• 5.2 直流局部放电去噪策略的提出
• 5.2.1 直流局部放电的特点
• 5.2.2 直流局部放电去噪策略的提出
• 5.3 噪声环境中直流局部放电试验
• 5.4 直流局部放电去噪的实现
• 5.4.1 噪声环境中的负极性电晕放电
• 5.4.2 负极性电晕放电的去噪
• 5.4.3 正极性电晕放电的去噪
• 5.4.4 内部放电的去噪实现
• 5.4.5 负极性沿面放电的去噪
• 5.4.6 正极性沿面放电的去噪
• 5.5 放电模型对去噪影响的研究
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢