基于小波理論的大型汽輪發(fā)電機局部放電信號分析.pdf

1、無論從經(jīng)濟或者技術(shù)角度看，大型發(fā)電機都是電力系統(tǒng)中的重要元件。非預期的事故停機不但會造成停電損失還可能引發(fā)系統(tǒng)振蕩甚至系統(tǒng)失穩(wěn)，擴大了停電面積。造成事故停機的原因是多種多樣的，有電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、機械系統(tǒng)等，但發(fā)電機定子絕緣老化是其中的一個主要原因。隨著電力市場的發(fā)展，對這類設(shè)備的運行可靠性要求進一步提高。因此如何在設(shè)備運行過程中有效地監(jiān)測絕緣狀況并確定設(shè)備的檢修時間成為當前的一個重要研究課題。以在線監(jiān)測為基礎(chǔ)的狀態(tài)維修是提高設(shè)備運行可

2、靠性和可用率的有效手段。其中，局部放電在線監(jiān)測是設(shè)備絕緣監(jiān)測的重要手段之一。由于現(xiàn)場大量的電磁干擾，噪聲的抑制始終是局放在線監(jiān)測研究中的一個重要課題。同時，如何對濾波后的局放信號進行分析，提取局放信號的有效特征也是研究的難點之一。局放監(jiān)測的目的是為了評估運行中的發(fā)電機絕緣狀態(tài)及絕緣壽命，因此如何利用測得的參數(shù)和提取的特征進行絕緣診斷始終是科研工作者的研究課題。本文利用小波理論和專家系統(tǒng)等工具對這些問題進行了有意義的探索，取得了以下研究成

3、果： 1.本文首先從一個新的角度—小波系數(shù)的概率分布模型，來考慮對小波系數(shù)進行處理的問題。然后，借鑒馬爾可夫模型在語音識別等領(lǐng)域的成功應(yīng)用，將小波域馬爾可夫模型引入局部放電信號處理中，利用EM參數(shù)估計來建立局放信號小波系數(shù)的馬爾可夫模型。在小波變換的基本性質(zhì)—局部性和壓縮性的基礎(chǔ)上，考慮了小波變換更深層次的聚集性和持續(xù)性等特性，并利用其分析局部放電信號的小波變換系數(shù)。編制了基于小波域馬爾可夫模型的局放信號去噪算法，使用貝葉斯估計

4、算法實現(xiàn)了對白噪聲的濾除。用該算法對某電廠發(fā)電機中性點測得的局放數(shù)據(jù)進行處理，取得較好的去噪效果。 2.在信噪比較低的情況下，僅用一種去噪方法難以獲得滿意的去噪效果。本文在基于小波奇異性理論分析的基礎(chǔ)上提出了改進空間屏蔽濾波算法，并將其應(yīng)用于局部放電脈沖的提取。選擇具有反對稱的二次樣條母小波，來突出信號的突變點；采用Teager能量算子來強化奇異點的信號能量；利用二進小波變換的平移不變性，通過對變換后的小波系數(shù)的直接相乘進一步突

5、出信號的奇異點，通過和原小波系數(shù)比較形成空間屏蔽濾波器，通過相鄰兩尺度的屏蔽濾波器進行邏輯“與”運算找到小波變換的模極大值點，形成最終的空間屏蔽濾波器。仿真局放信號的試驗、試驗室放電信號的試驗及發(fā)電機中性點實際測量信號的試驗結(jié)果表明該方法能有效檢出淹沒在噪聲中的局放脈沖信號。和傳統(tǒng)的小波去噪方法相比，具有信噪比高，信號幅值衰減和畸變小的優(yōu)點。 3.在局放信號去噪的基礎(chǔ)上，本文從局放脈沖位置的確定，幅度的確定，脈沖極性的確定以及如

6、何從中性點采集到的局放信號中提取基于相位分析的局放信號幾個方面進行了研究。提出了基于Morlet小波的復值小波變換用于提取局放脈沖的包絡(luò)，并相應(yīng)確定局放脈沖的位置，脈沖寬度和幅度；針對脈沖極性的問題，利用局放信號為指數(shù)衰減的振蕩信號的特征，提出了基于信號解調(diào)的方法來確定信號的極性。由于從發(fā)電機中性點采集到的局放信號是A、B、C三相定子線圈局放信號的疊加，為了對某單相線圈產(chǎn)生的局放信號分析，有必要提取各個單相線圈的局放信號。為此，根據(jù)在時

7、域上不同相別的局放信號分布的不同以及在疊加區(qū)域脈沖極性的不同，提出了相位開窗法，并將其應(yīng)用于提取各相定子線圈的局放脈沖。仿真和實測信號的試驗驗證了上述方法的正確性。 4.通過對絕緣老化機理的分析指出，局部放電是絕緣老化的重要指標，但不是唯一的指標。溫升也是絕緣材料老化的主要參數(shù)，因為絕緣材料的性能與溫度密切相關(guān)，在高溫下，材料的絕緣性能會迅速下降。同時，機械振動也是影響絕緣劣化程度和速度的重要因素。通過分析，指出僅僅依靠局部放電