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绝缘子沿面放电多光谱脉冲演化特性及诊断方法

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电工技术学报 2023年第3期38卷 806-817页

作者：任明夏昌杰余家赫李信哲董明电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 西安710049

绝缘子或套管处产生的沿面放电是导致开关柜、环网柜绝缘失效的常见诱因,而传统局部放电在线检测和诊断方法难以准确评估放电发展阶段和危害程度。该文采用单光子固态光电传感技术,对绝缘子沿面放电发展过程中的多光谱脉冲特性及其演化... 详细信息

绝缘子或套管处产生的沿面放电是导致开关柜、环网柜绝缘失效的常见诱因,而传统局部放电在线检测和诊断方法难以准确评估放电发展阶段和危害程度。该文采用单光子固态光电传感技术,对绝缘子沿面放电发展过程中的多光谱脉冲特性及其演化规律进行了试验研究,并提出一种基于多光谱脉冲演化特性的沿面放电严重程度诊断方法。首先,搭建多光谱光电同步检测平台,实现了沿面放电过程中多个光谱波段光信号和电流信号的同步采集;然后,根据全波段光脉冲幅值及其导数变化规律对沿面放电发展过程进行了三阶段划分,并分别对沿面放电三阶段多光谱脉冲的相位统计和非相位统计特征进行分析,明确了特征量随放电发展阶段的演化规律;最后,基于深度神经网络算法建立沿面放电多光谱严重程度评估模型,结果显示该模型诊断准确率达到96.75%,验证了多光谱诊断方法的可靠性。

关键词：沿面放电光测法多光谱诊断深度神经网络严重程度评估模型

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局部放电探测光导结构参数的仿真优化

高电压技术 2023年第12期49卷 5061-5072页

作者：陈跃任明王凯关浩斌夏昌杰王刚西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 高功率微波技术重点实验室西安710024

局部放电光学检测能力依赖于光学耦合前端的光学性能。光导体作为局部放电弱光信号探测的一种重要耦合部件,在光子收集和传递、增加光学探测器的视场角度等方面具有重要作用,提升其光子收集能力对于局部放电光学传感灵敏度具有重要意义... 详细信息

局部放电光学检测能力依赖于光学耦合前端的光学性能。光导体作为局部放电弱光信号探测的一种重要耦合部件,在光子收集和传递、增加光学探测器的视场角度等方面具有重要作用,提升其光子收集能力对于局部放电光学传感灵敏度具有重要意义。为此,以光导受光面的辐照度均值及探测视场角度作为其性能评估指标,根据光导材料的光学参数对光导体几何光路进行了设计和计算,明确了光导几何结构参数的优化设计思路,并采用蒙特卡罗模拟方法对光导受光面的辐照度均值进行计算,对不同几何形状光导体头部的光损耗及视场大小进行了比较分析,得到了较为一般性的光导设计结论。结果表明:10°楔型或10°二楔型的头部几何形状比传统圆柱更利于光信号的低损耗传播,平均辐照度值分别提高了25.08%及5.1%~7%,视场角度分别扩大了约20°及10°,减小了探测盲区,并间接提高了光电探测器的灵敏度。最后,阐述了光线平行度、光导材料的色散与折射率等参数对光导设计及探测效果的影响。该研究对局部放电光信号耦合器件的几何设计和参数优化具有指导意义。

关键词：光导体局部放电的光学检测辐照度视场角度蒙特卡罗光线追迹几何光学

基于单光子探测的局部放电多光谱诊断方法研究

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中国电机工程学报 2022年第17期42卷 6511-6520页

作者：李信哲任明李琛陈荣发余家赫夏昌杰西安交通大学电气工程学院陕西省西安市711049

灵敏的信号感知和准确的故障诊断是局部放电光测法应用的关键,该文首先以单光子级固态光电器件为基础,研制多个独立光谱通道的微型传感装置,然后基于该装置对SF6中的典型局部放电进行多光谱同步测量,对光脉冲波形、序列、相基统计图谱... 详细信息

灵敏的信号感知和准确的故障诊断是局部放电光测法应用的关键,该文首先以单光子级固态光电器件为基础,研制多个独立光谱通道的微型传感装置,然后基于该装置对SF6中的典型局部放电进行多光谱同步测量,对光脉冲波形、序列、相基统计图谱等多方面进行分析,并提出基于三元图的多光谱数据分析方法,论证多光谱局部放电光学诊断技术的优势,提出该装置在GIS中可能的融合方法。结果表明,微型多光谱传感器能够有效探测不同波段下的局部放电光脉冲;多光谱脉冲的强度和比例与局部放电类型具有强相关性,并在统计图谱和三元图谱上表现出较明显的统计规律。相比传统局部放电诊断方法,多光谱检测能够提供更高维度的放电信息,为缺陷识别和危险性评估提供更丰富、更准确的判别依据,并且基本不受放电位置的影响。

关键词：局部放电气体绝缘超敏光学检测光学传感器多光谱检测

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局部放电多光谱比值特征分析方法

中国电机工程学报 2023年第2期43卷 809-818页

作者：任明夏昌杰陈荣发李信哲董明王思云电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049

局部放电光谱蕴含放电类型和放电能量等信息,通过对多个光谱波段的放电光脉冲进行同步检测,可为放电状态的精准判断提供新的可能。该文首先结合微型固态传感器工作特性和局部放电光谱分布,设计拥有7个独立光谱通道的单光子级多光谱局部... 详细信息

局部放电光谱蕴含放电类型和放电能量等信息,通过对多个光谱波段的放电光脉冲进行同步检测,可为放电状态的精准判断提供新的可能。该文首先结合微型固态传感器工作特性和局部放电光谱分布,设计拥有7个独立光谱通道的单光子级多光谱局部放电同步检测系统;在此基础上,通过3种典型缺陷的局部放电试验,提出3种多光谱比值特征,并分析其随放电发展过程的演化规律;最后,采用k-means聚类算法和深度神经网络算法提出基于多光谱比值特征的局部放电模式识别模型。结果表明,3种典型缺陷下局部放电多光谱比值特征具有指纹性,在不依赖传统相位统计图谱(phase-resolved partial discharge,PRPD)特征的情况下,多光谱比值特征分析方法对放电类型的模式识别准确度达到90%以上。该方法提供了一种新的不依赖于工频电压相位的局部放电诊断方法,可为直流系统的放电诊断和电压相位缺失下的交流系统放电诊断提供一定参考。

关键词：局部放电光测法多光谱比值特征模式识别

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聚合物材料局部放电电荷后续行为研究

高电压技术 2022年第6期48卷 2215-2225页

作者：张志斌任明宋波夏昌杰范文杰庄添鑫西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

局部放电是加速聚合物绝缘老化及失效的重要因素,局部放电产生的电荷会在电场作用下发生输运行为,这种局部放电电荷后续行为表现为局部放电后续电流。局放后续电流会造成介质附加损耗和绝缘损伤,影响聚合物材料的使用寿命,然而其产生机... 详细信息

局部放电是加速聚合物绝缘老化及失效的重要因素,局部放电产生的电荷会在电场作用下发生输运行为,这种局部放电电荷后续行为表现为局部放电后续电流。局放后续电流会造成介质附加损耗和绝缘损伤,影响聚合物材料的使用寿命,然而其产生机理尚不完全清楚。为此以环氧树脂为例,在研究局部放电后续电流测量原理的基础上,建立了一种总积分电流中消除外施电压引起的位移电流和电导电流以及局放平均放电电流,从而得到局部放电后续电流的测量方法。在实验室内搭建了局放后续电流测量系统,测量环氧树脂在沿面及气隙放电形式下的局放后续电流,并计算其放电电荷量与后续电流电荷量。试验结果表明,基于该测量系统,在两种放电条件下均能测量到明显的局部放电后续电流,其本质是局部放电后续电荷在电场作用下,在介质内部进行输运而产生的电流。同时提出了考虑外施电场及空间电荷场驱动的局放后续电流模型,该模型有助于解释交流电场下局部放电过程中复杂的电荷动力学过程。此外,评估了该电流对聚合物材料老化的影响,对聚合物局部放电老化机制的研究具有重要意义。

关键词：局部放电聚合物绝缘电流测量电荷输运老化机制

多手段测量下的油纸绝缘针板电极局部放电的演化规律分析

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高电压技术 2022年第3期48卷 914-927页

作者：范文杰张志斌夏昌杰董明高旭泽汪可西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 内蒙古电力(集团)有限责任公司呼和浩特010020 中国电力科学研究院有限公司北京100192

为明确变压器内部针板电极局部放电发展过程中相关物理参量的变化规律,建立其与故障发展的映射关系,提升变压器运维水平,建立了油纸绝缘中针板电极放电发展研究平台,利用高频电流线圈、Si PM、超声传感器和超高频传感器同步测量局部放... 详细信息

为明确变压器内部针板电极局部放电发展过程中相关物理参量的变化规律,建立其与故障发展的映射关系,提升变压器运维水平,建立了油纸绝缘中针板电极放电发展研究平台,利用高频电流线圈、Si PM、超声传感器和超高频传感器同步测量局部放电发展各个阶段下局部放电产生的物理参量。研究结果表明:针板电极的局部放电阶段可以划分为发展阶段、停滞阶段和预击穿阶段,发展阶段内脉冲电流信号放电量、超高频信号脉冲重复频率等统计参量有明显增加,进入停滞阶段时除脉冲电流信号幅值外,其他表征参数均有明显减小,直到进入预击穿阶段又再次增加。相关结论为建立变压器“主动式”的前置保护防线提供了参考。

关键词：油纸绝缘针板电极多手段测量发展规律阶段划分

基于朗伯散射原理的电晕放电光学定位方法研究

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中国电机工程学报 2022年第19期42卷 7277-7286页

作者：任明李琛王彬李信哲夏昌杰陈荣发余家赫西安交通大学电气工程学院陕西省西安市711049

对电力设备和线路外绝缘异常电晕放电的有效检测,是故障预防和运行维护的重要手段。日盲紫外成像是目前外绝缘电晕检测的常用手段,然而其检测仪器成本高、体积重量大、机载性能差,使得其难以在机载平台上大规模应用。该文提出一种基于... 详细信息

对电力设备和线路外绝缘异常电晕放电的有效检测,是故障预防和运行维护的重要手段。日盲紫外成像是目前外绝缘电晕检测的常用手段,然而其检测仪器成本高、体积重量大、机载性能差,使得其难以在机载平台上大规模应用。该文提出一种基于朗伯散射原理的电晕放电溯源方法。首先,对光电传感器的辐照角响应特性进行分析,然后提出基于朗伯散射体原理和三维辐照平面的电晕放电溯源方法,并给出开放空间中放电源定向解析方法。为了验证该方法的可行性并对定位误差来源进行分析,该文设计具有多法向结构的三维光电传感阵列,通过光路仿真对其定位效果进行综合分析,结果显示定向平均误差角为3.7°。最后,依据仿真研制电晕定位装置样机,对其关键参数和定位性能进行实测,结果表明多组放电位置下的定位平均误差为4.59°,最大误差小于7°,定位距离偏差在0.4m以内,验证了基于朗伯散射原理的放电溯源方法的有效性。

关键词：紫外日盲放电定位电晕放电朗伯散射体多法向阵列

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基于三元图谱的真空断路器机电故障诊断研究

中国电机工程学报 2022年第S1期42卷 332-342页

作者：任明陈荣发夏昌杰余家赫李琛董明张乐萌潘卫国电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049 中国通号(长沙)轨道交通控制技术有限公司湖南省长沙市410000

机电故障是真空断路器开断异常、拒动或误动的主要原因,准确有效地掌握真空断路器机电状态对保障电网安全至关重要。该文以合闸线圈电流和行程信号为主要在线监测量,通过故障模拟试验,系统地分析了监测量在不同故障类型及严重程度下特... 详细信息

机电故障是真空断路器开断异常、拒动或误动的主要原因,准确有效地掌握真空断路器机电状态对保障电网安全至关重要。该文以合闸线圈电流和行程信号为主要在线监测量,通过故障模拟试验,系统地分析了监测量在不同故障类型及严重程度下特征量的演变规律,提出一种基于三元图谱的实用化故障诊断模型。借助主成分分析(principal componentanalysis,PCA)方法,提取出具有正交贡献的三类主成分特征,并以此构建三元特征图谱,直观展示了不同故障下曲线的演变路径;在此基础上,采用局部加权回归给出故障边界方程,实现了故障的类型识别;最后,通过k-means聚类中心和欧式距离计算,提出了故障发展程度量化分析方法。试验结果表明,对于同型号设备,该方法在缺失刚分、刚合点的条件下,判断准确率达到97%以上,为真空断路器的在线诊断和故障预警提供了一种更为高效、直观和实用化的方法。

关键词：真空断路器三元图谱主成分分析局部加权回归 k-means聚类

基于PCA-kmeans和图谱特征的绝缘子表面污秽程度评估方法

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电瓷避雷器 2023年第5期 193-200页

作者：赵云龙刘占双李岩潘超贾明辉任明夏昌杰国网青海省电力公司检修公司西宁810021 西安交通大学电气工程学院西安710049

绝缘子污秽闪络是威胁输电线路外绝缘防护的主要故障,为了寻求一种可靠的非接触式绝缘子污秽状态在线检测方法,本研究以高光谱成像技术为基础,通过人工污秽试验制备了5个污秽等级下不同类型的污秽绝缘子样品,随后通过高光谱成像平台分... 详细信息

绝缘子污秽闪络是威胁输电线路外绝缘防护的主要故障,为了寻求一种可靠的非接触式绝缘子污秽状态在线检测方法,本研究以高光谱成像技术为基础,通过人工污秽试验制备了5个污秽等级下不同类型的污秽绝缘子样品,随后通过高光谱成像平台分别获取了不同污秽状态下绝缘子样品的图谱特征并进行了分析,在此基础上结合主成分分析法和k-means空间聚类实现了绝缘子表面污秽等级的评估,并结合主成分计算结果和伪彩处理可以实现绝缘子表面污秽分布的可视化。结果表明该方法可以准确地实现污秽状态的分类和识别,识别准确度均在93%以上,其中复合绝缘子的污秽等级识别率最高到达了96.5%。本研究为绝缘子污秽状态的可视化在线监测提供了一种新的技术手段,同时为后续高光谱成像技术的现场污秽检测应用提供了研究基础。

关键词：污秽绝缘子高光谱成像污秽程度评估可视化展示