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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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沿面放电光脉冲发展特征与临界击穿判据研究

中国电机工程学报 2023年

作者：任明王玥关浩斌王凯余家赫董明电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学)

绝缘沿面放电是引起高压开关柜中滑闪及电弧击穿的主要原因和前期阶段，准确有效地对绝缘异常爬电进行监测、跟踪和预警对保障设备安全运行具有重要意义。本文通过试验研究了强垂直分量绝缘爬电的光脉冲阶段特征，并提出了基于多波段光... 详细信息

绝缘沿面放电是引起高压开关柜中滑闪及电弧击穿的主要原因和前期阶段，准确有效地对绝缘异常爬电进行监测、跟踪和预警对保障设备安全运行具有重要意义。本文通过试验研究了强垂直分量绝缘爬电的光脉冲阶段特征，并提出了基于多波段光谱辐射强度信息的放电发展阶段划分方法和临界击穿判据，从而建立了基于多波段光谱强度比值的放电跟踪预警方法。论文首先搭建了多波段单光子试验系统，采用自制多波段光学传感装置对沿面放电发展全过程跟踪测量，获得了表征放电发展过程光谱比率的统计参量；借助模糊聚类算法和支持向量机，构建了放电发展临界特征空间边界，并对放电严重程度进行量化评估，结果表明，该方法对放电阶段的正判率达到96.9%以上；基于上述研究，本文确立了基于光谱比率的放电危险性主动预警逻辑，并开发了放电光脉冲跟踪预警系统，为开关柜放电和弧光监测的创新应用提供了参考。

关键词：高压开关柜光谱比率临界击穿弧光监测模糊聚类

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气体绝缘微粒放电多光谱脉冲检测及特性分析

中国电机工程学报 2022年第S1期42卷 295-304页

作者：任明余家赫王凯关浩斌王玥董明何金张弛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 天津市电力科学研究院天津市河西区300384

气体绝缘开关设备内部的金属微粒在强电场作用下容易引起局部放电,威胁设备绝缘安全。为研究微粒放电的光学信号特征和光学诊断方法,该文搭建气体绝缘金属微粒放电光–电模拟实验系统,采用局部放电多光谱传感器对微粒引发的多光谱脉冲... 详细信息

气体绝缘开关设备内部的金属微粒在强电场作用下容易引起局部放电,威胁设备绝缘安全。为研究微粒放电的光学信号特征和光学诊断方法,该文搭建气体绝缘金属微粒放电光–电模拟实验系统,采用局部放电多光谱传感器对微粒引发的多光谱脉冲信号进行实验测量和统计分析。研究不同电压和数量下的粒形与线形微粒的放电多光谱相位图谱以及时序波形特征,并进一步获得多光谱脉冲信号统计演化规律和三元分布特征。结果表明,两类微粒放电在可见波段、紫外波段和红外波段的幅值大小关系保持一致,放电图谱均呈“双峰状”分布;多光谱脉冲强度与外施电压和微粒数量呈正相关,其中线形微粒光辐射强度大于粒形微粒,两者在多光谱三元空间中的统计分布和演化路径表现出明显差异。因此,利用多光谱演化路径和三元图谱分布可望实现微粒放电绝缘的危险性评价和粒形辨识。

关键词：气体绝缘微粒放电多光谱局部放电绝缘诊断

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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不同放电能量下酯类绝缘油的产气差异性分析

中国电机工程学报 2023年第15期43卷 6099-6111页

作者：邢亚东董明刘阳胡一卓余家赫席英杰徐阳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

酯类绝缘油作为一种环境友好型绝缘液,在电力变压器中的应用越来越广泛。但不同酯类绝缘油的理化、电气特性具有显著的差异,在相同故障下其产气规律也有一定的区别。该文以天然酯、改性酯以及合成酯为研究对象,研究其在不同放电能量下... 详细信息

酯类绝缘油作为一种环境友好型绝缘液,在电力变压器中的应用越来越广泛。但不同酯类绝缘油的理化、电气特性具有显著的差异,在相同故障下其产气规律也有一定的区别。该文以天然酯、改性酯以及合成酯为研究对象,研究其在不同放电能量下的产气规律与产气差异,并将特征气体含量与放电能量进行关联性分析。结果表明,不同酯类绝缘油的产气规律具有一定差异,天然酯绝缘油易产生更多的H_(2)和C_(2)H_(6),改性酯和合成酯绝缘油易产生较多的C_(2)H_(4)和C_(2)H_(2),绝缘油的分子结构和特征气体的溶解特性差异是影响油中溶解气体的主要原因;随着放电能量的增加,H_(2)、CH_(4)和C_(2)H_(6)占比呈现下降趋势,C_(2)H_(2)、C_(2)H_(4)以及CO占比呈现上升趋势;通过特征气体的单位焦耳产气量、C_(2)H_(2)/H_(2)比值以及CO含量可以定性判断放电故障的严重程度。结果可为酯类绝缘油变压器的状态诊断提供参考。

关键词：酯类绝缘油溶解气体放电能量差异性分析

基于裁剪近端策略优化算法的软机械臂不规则物体抓取

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计算机应用 2024年

作者：余家宸杨晔上海师范大学信息与机电工程学院上海智能教育大数据工程技术研究中心(上海师范大学)

为应对传统深度强化学习算法在处理复杂场景，特别是在不规则物体抓取和软体机械臂应用中算法稳定性和学习率较差的问题，提出一种基于裁剪近端策略优化(CPPO)算法的软体机械臂控制策略。通过引入裁剪函数，该算法优化了近端策略优化(P... 详细信息

为应对传统深度强化学习算法在处理复杂场景，特别是在不规则物体抓取和软体机械臂应用中算法稳定性和学习率较差的问题，提出一种基于裁剪近端策略优化(CPPO)算法的软体机械臂控制策略。通过引入裁剪函数，该算法优化了近端策略优化(PPO)算法的性能，提升了它在高维状态空间的稳定性和学习效率。首先定义了软体机械臂的状态空间和动作空间，并设计了模仿八爪鱼触手的软体机械臂模型；其次利用Matlab的SoRoSim工具箱进行建模，同时定义了结合连续和稀疏函数的环境奖励函数；最后构建了基于Matlab的仿真平台，通过Python脚本和滤波器对不规则物体图像进行预处理，利用Redis缓存高效传输处理后的轮廓数据至仿真平台。与TRPO(Trust Region Policy Optimization)算法和SAC(Soft Actor-Critic)算法的对比实验表明，CPPO算法在软体机械臂抓取不规则物体任务中达到了86.3%的成功率，相比TRPO算法高出了约3.6%，具有更优的性能。这说明CPPO算法可以应用于软体机械臂控制，可在非结构化环境为软体机械臂在复杂抓取任务中的应用提供重要参考。

关键词：深度强化学习(DRL) 近端策略优化算法(PPO) 不规则物体检测软体机械臂机械臂抓取

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

冷绝缘超导电缆终端用环氧玻璃钢材料绝缘劣化机制研究

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中国电机工程学报 2022年第5期42卷 1690-1700页

作者：张志斌任明宋波陈荣发余家赫范文杰董明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

环氧玻璃钢(glass fiber reinforced plastic,GFRP)由于其优异的力学性能及绝缘强度,通常用作超导电缆终端的绝缘材料。但是在生产中不可避免地出现的气隙缺陷大大降低了其在低温下的绝缘寿命与机械性能。该文研究GFRP在低温下的降解过... 详细信息

环氧玻璃钢(glass fiber reinforced plastic,GFRP)由于其优异的力学性能及绝缘强度,通常用作超导电缆终端的绝缘材料。但是在生产中不可避免地出现的气隙缺陷大大降低了其在低温下的绝缘寿命与机械性能。该文研究GFRP在低温下的降解过程,并对其降解机理进行深入探讨。通过比较不同温度下GFRP局部放电行为,可以发现低温下GFRP的局部放电受到抑制;同时,实验结果表明,低温下GFRP的劣化是空间电荷积聚以及力学性能下降共同作用的结果,化学腐蚀以及放电能量的释放对材料劣化影响较小。低温下局部放电带来的局部热积聚增加了材料内部的机械应力,同时空间电荷积聚导致了能量的瞬间释放,在材料力学性能下降的基础上,两者共同作用下材料裂纹快速扩展,加速了材料劣化。

关键词：局部放电材料劣化低温机械性能空间电荷

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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