基于信號能量特征的開關(guān)柜局部放電監(jiān)測及故障模式識別方法研究.pdf

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

2、部放電超高頻信號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)合分頻段信號能量提取的前置信號處理電路及其在線監(jiān)測系統(tǒng)，降低系統(tǒng)對采樣率、傳輸帶寬和信號處理速度的需求，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別新方法，對于局部放電的監(jiān)測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)超高頻檢測法的基礎(chǔ)上，分析開關(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能量特征提取及故障模式識別的新方法，取得的主要成果有：
　?、俑鶕?jù)高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)尺寸及材料參數(shù)建立了精確計算模型，分別仿真柜內(nèi)電流互感器等四種主要部件對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點信號檢測的波動性、各種放電的總體檢測性能及絕緣距離等因素，確定了天線傳感器的最佳檢測點，并通過實驗平臺的搭建和實測驗證了該檢測點的效果最佳。
　?、谝詡鹘y(tǒng)微帶天線為基礎(chǔ)，設(shè)計

4、出寬帶分形天線。在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合分形擴頻理論，通過對天線性能參數(shù)的計算分析及優(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。在超高頻天線傳感器接收性能方面取得了整體提升，實現(xiàn)了突破和創(chuàng)新。
　?、凼状我牖祛l理論和功率包絡(luò)檢波技術(shù)等射頻電路理論，設(shè)計了提取局部放電

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

6、圖譜，證實了局部放電超高頻信號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)建了基于信號能量特征的局部放電模式識別判據(jù)，并通過回判算法驗證了該識別判據(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能量特征提取電路能夠有效降低對系統(tǒng)采樣率、傳輸帶寬和處理速度的要求，而基于信號能量特征的局部放電故障模式識別方法是監(jiān)測局部放電故障的最新研究熱點和理論突破