基于信號(hào)能量特征的開(kāi)關(guān)柜局部放電監(jiān)測(cè)及故障模式識(shí)別方法研究.pdf

1、對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電氣元件的局部放電（Partial Discharge, PD）開(kāi)展在線監(jiān)測(cè)與識(shí)別能夠有效評(píng)估和判斷其復(fù)雜的內(nèi)絕緣的運(yùn)行狀態(tài)，能夠在故障發(fā)生前采取及時(shí)有效的解決措施，從而有效保障其安全運(yùn)行。傳統(tǒng)的超高頻（Ultra High Frequency, UHF）檢測(cè)法需要獲取完整的信號(hào)波形，通過(guò)分析信號(hào)波形特征實(shí)現(xiàn)放電的診斷，對(duì)硬件系統(tǒng)的采樣率、傳輸帶寬和信號(hào)處理速度提出了苛刻要求，故需在檢測(cè)手段和診斷理論上進(jìn)行突破和創(chuàng)新，而局

2、部放電超高頻信號(hào)的能量特征能有效用于放電故障的分析和診斷。因此，研制一種獲取超高頻局部放電信號(hào)的新型超寬帶、超高頻天線傳感器，采用該天線傳感器結(jié)合分頻段信號(hào)能量提取的前置信號(hào)處理電路及其在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，降低系統(tǒng)對(duì)采樣率、傳輸帶寬和信號(hào)處理速度的需求，并利用聚類算法構(gòu)建基于能量特征的局部放電故障模式識(shí)別新方法，對(duì)于局部放電的監(jiān)測(cè)和診斷有著重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。
　　為此，本文在傳統(tǒng)超高頻檢測(cè)法的基礎(chǔ)上，分析開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電磁波傳播

3、特性，深入研究局部放電超高頻信號(hào)能量特征提取及故障模式識(shí)別的新方法，取得的主要成果有：
　　①根據(jù)高壓開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)尺寸及材料參數(shù)建立了精確計(jì)算模型，分別仿真柜內(nèi)電流互感器等四種主要部件對(duì)電磁波傳播特性的影響，得出其影響規(guī)律；綜合分析六種放電情況下各檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)檢測(cè)的波動(dòng)性、各種放電的總體檢測(cè)性能及絕緣距離等因素，確定了天線傳感器的最佳檢測(cè)點(diǎn)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建和實(shí)測(cè)驗(yàn)證了該檢測(cè)點(diǎn)的效果最佳。
　　②以傳統(tǒng)微帶天線為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)

4、出寬帶分形天線。在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合分形擴(kuò)頻理論，通過(guò)對(duì)天線性能參數(shù)的計(jì)算分析及優(yōu)化仿真，結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化調(diào)整，全面提升了天線的信號(hào)接收性能，研制出了一種新型超寬帶、超高頻分形天線傳感器。該天線傳感器結(jié)構(gòu)尺寸小，安裝方便，接收頻帶為0.4-1GHz，平均增益約為1.7dB，可接收全方位的電磁信號(hào)。在超高頻天線傳感器接收性能方面取得了整體提升，實(shí)現(xiàn)了突破和創(chuàng)新。
　　③首次引入混頻理論和功率包絡(luò)檢波技術(shù)等射頻電路理論，設(shè)計(jì)了提取局部放電

5、超高頻信號(hào)能量的前置信號(hào)處理電路及其在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)自噪水平、帶外抑噪能力、輸入-輸出響應(yīng)特性及增益-頻率特性的測(cè)試，表明該電路穩(wěn)定可靠，能夠有效實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分頻輸出和能量提取，實(shí)現(xiàn)對(duì)超高頻信號(hào)處理方式的創(chuàng)新。
　?、茉O(shè)置了4種典型絕緣缺陷的故障模擬平臺(tái)，分別模擬不同局部放電類型。針對(duì)各個(gè)典型絕緣故障下不同試驗(yàn)電壓的試驗(yàn)結(jié)果和不同絕緣故障的試驗(yàn)結(jié)果，提取三個(gè)分頻段的能量占全頻段能量的百分比，作為模式識(shí)別的指紋特征量。通過(guò)構(gòu)建指紋

6、圖譜，證實(shí)了局部放電超高頻信號(hào)的能量特征具有類聚特性。首次利用馬氏距離聚類算法和分頻理論構(gòu)建了基于信號(hào)能量特征的局部放電模式識(shí)別判據(jù)，并通過(guò)回判算法驗(yàn)證了該識(shí)別判據(jù)的誤判率僅為0.875％。
　　綜上所述，研制的新型超寬帶、超高頻分形天線傳感器性能優(yōu)異，結(jié)合射頻電路理論研制的信號(hào)能量特征提取電路能夠有效降低對(duì)系統(tǒng)采樣率、傳輸帶寬和處理速度的要求，而基于信號(hào)能量特征的局部放電故障模式識(shí)別方法是監(jiān)測(cè)局部放電故障的最新研究熱點(diǎn)和理論突破