论文摘要
输电线路绝缘子长期暴露在空气中,各种工业排放的灰尘及粉状物都会在输电线路绝缘子的表面形成积污,并且随着时间的推移,积污将会愈来愈严重,在适当的气象条件下,如雾天、毛毛雨、结露等潮湿天气时,绝缘子表面污垢受潮湿润,导致绝缘子的电气绝缘强度下降,容易引发输电线路污秽闪络,严重威胁着电力系统的安全与稳定运行。本课题查阅了国内外相关领域大量文献资料的此基础上,开展了输电线路绝缘子污秽放电在线监测方法的研究。输电线路污秽绝缘子的放电强度的变化实际上反映了绝缘子外绝缘状态的改变,绝缘子由正常绝缘状态发展到污闪的过程,对应的污秽放电大致经历了电晕放电、局部放电以及电弧放电等三个阶段,绝缘子污秽放电愈严重,表明其电气绝缘强度或外绝缘强度愈低。本课题以声发射技术为基础,研究了绝缘子污秽放电声发射信号与不同污秽放电阶段的关系,提取事污秽放电声发射信号的特征量,识别污秽绝缘子电晕放电、局部放电和电弧放电,实现对污秽绝缘子电气绝缘强度或外绝缘强度的预警。围绕课题研究的目的,本文从理论和试验研究两方面开展了如下研究工作,即针对目前输电线路绝缘子污闪事故不断发生的实际,在研究绝缘子污秽放电特性的基础上,本文开展了基于声发射技术的绝缘子污秽放电声发射特性、声发射信号特征量与污秽放电阶段之间关系以及在线监测方法与装置的研究工作,为解决绝缘子污闪问题提供了新的思路和技术手段。分析了输电线路绝缘子污秽形成的机理,绝缘子污秽放电的声发射现象,以声学的相关理论为基础,研究了绝缘子污秽放电声发射声源的特性,即绝缘子污秽放电的声源特点、声场的分布以及传播特性等,为声传感器的设计、安装位置、污秽放电不同阶段的划分和判据等提供理论依据；研究了绝缘子电晕放电、局部放电和电弧放电三种放电模式声发射信号的特征,即污秽绝缘子放电声发射信号的幅值、平均功率、以及频率,以这些特征信息为基础,可有效地、正确地、可靠地反映出绝缘子污秽放电不同阶段的特征,为准确划分污秽绝缘子电气绝缘强度的变化或外绝缘状态提供了依据。从试验研究的角度,对不同材质、不同型号的绝缘子进行了不同盐密／灰密条件下的污秽放电试验,验证基于声发射技术的绝缘子污秽放电监测方法的可行性和准确性。通过试验研究,研究绝缘子污秽放电过程中,即电晕放电、局部放电以及电弧放电阶段,不同放电强度与其声发射信号特征量之间的关系。在试验研究的基础上,对运行中的污秽绝缘子放电强度或外绝缘状态变化过程中所产生的声发射信号特征量进行分析,确定污秽绝缘子不同放电强度与其声发射信号特征量之间的关系。由于电弧放电是污秽绝缘子临闪前的重要特征,所以电弧放电的特征量是重点研究内容之一。研究了绝缘子污秽放电声发射信号的幅值、平均功率与频率特征量以及提取方法,由于频率特征量具有不受检测距离影响的的特点,所以,重点研究了声发射信号频率特征量及提取方法。运用经验模态分解方法对绝缘子污秽放电声发射信号进行分解,结合快速傅里叶变换,提取了绝缘子污秽放电不同放电阶段模式的声发射信号的频率特征量.结合幅值、能量等特征量,实现了对污秽绝缘子的电晕放电、局部放电及电弧放电模式的识别。为进一步提高绝缘子污秽放电阶段识别的正确性和可靠性,研究了基于核主成分分析和随机森林的绝缘子污秽放电模式识别的算法。根据绝缘子污秽放电试验所获得的放电声发射信号,提取足够的样本数据,由样本数据计算获得放电声发射信号的幅值、能量及频率等主要特征量。以最小二乘支持向量机为基本分类器,建立了核主成分分析和随机森林的绝缘子污秽放电类型识别模型,通过试验验证了该模型的可靠性以及准确性,能正确识别污秽绝缘子电气绝缘强度或外绝缘状态。研制了抛物型聚焦声传感器及绝缘子污秽放电在线监测装置样机,利用该样机对绝缘子污秽放电强度进行实际测试,实现对污秽绝缘子污秽放电模式的自动识别,即当绝缘子发生严重局部放电时发出注意信息,发生电弧放电时发出预警信息。所研制的基于声发射技术的绝缘子外绝缘强度在线监测装置已投入试运行。