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利用电缆hfct的系统暂态扰动信号采样与辨识研究

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利用电缆HFCT的系统暂态扰动信号采样与辨识研究

作者：高恩福昆明理工大学

学位级别：硕士

随着智能电网和新能源发电的高速发展,大量电力电子设备、智能控制装置及大功率非线性负荷不断投入使用,使得电力系统中的暂态扰动常态化、复杂化。这些暂态扰动对新型电力系统中投运的大量敏感型设备形成较大冲击,甚至引发连锁事故,影... 详细信息

随着智能电网和新能源发电的高速发展,大量电力电子设备、智能控制装置及大功率非线性负荷不断投入使用,使得电力系统中的暂态扰动常态化、复杂化。这些暂态扰动对新型电力系统中投运的大量敏感型设备形成较大冲击,甚至引发连锁事故,影响电力系统的安全稳定运行。然而,由于暂态扰动分散广、信号不易捕捉,同时其源头多、暂态特征随机多变,目前对暂态扰动的相关研究尚不成熟。本文围绕暂态扰动信号的采样方法、特征提取及分类辨识三个方面开展深入研究,以为后续进一步的定量分析及控制提供依据。针对暂态扰动信号的采样问题,本文提出了一种新颖的采样方法,用于解决分散分布于电力系统各处的暂态扰动不易被变电站监测设备捕捉的缺陷。该方法充分利用电缆附件处装设的高频电流传感器(high frequency current transformer,hfct)作为高速信号采集装置。hfct具有宽频带、高采样、高灵敏度的优点,能够更全面地检测系统中存在的各类暂态扰动信号。同时,hfct安装方便、靠近电力设备,为暂态扰动信号分析提供了便利的信号获取来源。该方法解决了变电站内电能质量监测仪和故障录波仪等设备中采样率较低、检测范围有限的不足,且充分延拓了hfct的利用价值。本文利用真实的hfct样品进行暂态扰动信号采样实验,论证了hfct采集暂态扰动信号的可行性和有效性,并对比验证了该方法的优越性,具有很强的实用性和推广价值。针对暂态扰动的特征提取方法,本文通过深入分析暂态扰动信号经hfct滤波后高频突出、信号微弱的具体特征,提出一种基于多重时频特征矩阵的特征提取方法。该方法首先利用参数优化的变分模态分解,将高频微弱波形信号解构为不同中心频率的多重分量,从中提取出波形特征矩阵;然后对不同频率分量做进一步Wigner-Ville分布时频分析,得到时频图谱并提取各分量的时频图谱特征矩阵;最后,融合波形特征矩阵与时频图谱特征矩阵构造出多重时频特征矩阵。基于实验数据的分析结果表明,所提出的特征提取方法有效解决了变分模态分解中参数难以选取的问题,提升了分解精度和自适应能力。同时消除了Wigner-Ville分布中交叉干扰项的影响,提高了Wigner-Ville分布的时频分辨率。本文提出的多重时频特征矩阵能充分挖掘高频微弱暂态扰动信号的局部细节,使其相互之间具备较高的区分度,有利于对其进一步分类辨识。在暂态扰动分类辨识方面,本文基于所提出的多重时频特征矩阵,利用长短期记忆网络(long short term memory network,LSTM)实现暂态扰动的有效辨识。该方法以LSTM作为分类器,将提取的多重时频特征矩阵输入LSTM网络中进行训练和学习,从而实现暂态扰动信号的分类辨识。实验数据测试表明,该方法在SNR等级较低的高噪声环境下仍然具备较高的识别率,抗噪性能较强,适用于hfct的实际应用环境;同时该方法的识别率不受扰动距离的主要影响,只要能感应到扰动发生即可启动识别程序并正确辨识。本文为系统暂态扰动辨识提供了新的监测方案,并通过了实验测试验证,具备一定的实际应用潜力。

关键词：暂态扰动 hfct 高速采样多重时频特征分类辨识

基于hfct传感器的高压XLPE电缆局部放电带电检测方法和结果分析

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电力大数据 2022年第11期25卷 69-76页

作者：屈靖江崔宾陈帅于成高乐李红旭国网北京市电力公司电缆分公司北京100022 北京京电电网维护集团有限公司管道分公司北京100029 北京卓越电力建设有限公司北京100029

本文介绍了基于hfct传感器的高压XLPE电缆及附件局部放电检测方法在现场的应用和检测数据分析过程。现场应用表明hfct传感器适合于现场局部放电的带电检测,具有检测信号灵敏度高,使用方便的特点。通过分析不同类型接地系统中传感器测量... 详细信息

本文介绍了基于hfct传感器的高压XLPE电缆及附件局部放电检测方法在现场的应用和检测数据分析过程。现场应用表明hfct传感器适合于现场局部放电的带电检测,具有检测信号灵敏度高,使用方便的特点。通过分析不同类型接地系统中传感器测量位置对测量结果的影响及中低频信号传输模型的特点,选取极性鉴别法对hfct传感器测量信号进行处理。在对现场检测信号分析判别时,应考虑终端随机性脉冲干扰对检测数据的影响,根据不同类型局放信号的时频域特征对检测数据类型进行分类,并采用极性鉴别等抗干扰技术确定局部放电信号是否属于电缆接头内部产生或者沿电缆线芯导体传输的干扰信号。对于电缆局放缺陷,则应根据电缆预防性试验数据、家族缺陷等进行综合分析,判断信号产生源头。

关键词：局部放电带电检测抗干扰 hfct

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基于电场特征的动车组电缆终端气隙缺陷检测

西南交通大学学报 2023年

作者：唐于京高国强徐玉琦辛东立刘凯陈奎吴广宁西南交通大学电气工程学院

针对动车组电缆终端绝缘现有检测手段复杂，易受到现场噪声干扰，检测效率不高的问题。本研究提出了一种基于电场强度的电缆终端绝缘状态检测新方法。首先制备了不同长度的预制气隙缺陷动车组电缆终端，其次获取了预制气隙缺陷电缆终端... 详细信息

针对动车组电缆终端绝缘现有检测手段复杂，易受到现场噪声干扰，检测效率不高的问题。本研究提出了一种基于电场强度的电缆终端绝缘状态检测新方法。首先制备了不同长度的预制气隙缺陷动车组电缆终端，其次获取了预制气隙缺陷电缆终端样本高频脉冲电流信号；最后利用电场传感器测量了不同缺陷长度的电缆终端电场强度值。研究结果表明，通过缺陷电缆终端高频脉冲电流峰值信号以及电场强度特征，可将电缆终端缺陷发展划分为S1、S2、S3三个阶段；研究发现缺陷越大，电缆终端沿面电场强度四分位差、平均值、方差和离散系数越大，当界面缺陷由20%l增加到100%l时，电场强度四分位差斜率由0.126增加到0.671，电场强度方差指前因子和偏移量绝对值分别增加了约81.3%和80.66%。

关键词：动车组电缆终端 hfct 检测电场强度

冲击电压下GIS局部放电检测方法的对比研究

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绝缘材料 2017年第12期50卷 64-71,77页

作者：周洁睿任明李金忠西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 中国电力科学研究院北京100192

以试验为基础,对包含IEC脉冲电流法、高频电流传感器(hfct)、超高频法(UHF)、声测法(AE)及光电探测法在内的局部放电检测手段在冲击电压下的应用方法进行试验研究,分析了不同方法的灵敏性和适用性。结果表明:使用IEC脉冲电流法或hfct法... 详细信息

以试验为基础,对包含IEC脉冲电流法、高频电流传感器(hfct)、超高频法(UHF)、声测法(AE)及光电探测法在内的局部放电检测手段在冲击电压下的应用方法进行试验研究,分析了不同方法的灵敏性和适用性。结果表明:使用IEC脉冲电流法或hfct法测量冲击电压下的局部放电会受到较大容性位移电流的影响,采用平衡电容和时域差分的方法可有效限制容性位移电流;冲击电压源火花球隙点火时产生的电磁干扰和超声干扰会对UHF及AE法的测量结果产生较大影响,采用频率或时域的预处理手段可在一定程度上限制此类干扰;光学探测方法具有较高的抗干扰能力及较好的局部放电响应能力,但易受到放电源位置的影响产生测量盲区;IEC脉冲电流法、hfct法及光学测量法均具有较高的脉冲分辨率,但使用前两种方法时,冲击电压波头处的局部放电信号容易湮没在噪声中,而光学测量的信噪比相对较高;AE法由于响应中心频率与施加冲击电压中心频率相近,因此在脉冲分辨率上存在不足。

关键词：冲击电压局部放电 hfct 超高频检测光学检测超声检测

XLPE电缆交叉互联系统中高频局放检测位置对幅值特征的影响

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重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第11期37卷 318-325页

作者：苟欣宋伟许勇吴照国李文静重庆医科大学附属第一医院重庆400042 国网重庆市电力公司超高压分公司重庆400039 国网重庆市电力公司市区供电分公司重庆400015 国网重庆市电力公司电力科学研究院重庆400030 重庆市字水中学重庆400023

针对高压电缆交叉互联系统中高频局放检测位置影响检测结果的问题,设计并搭建了采用典型截面的百米级110 kV交联聚乙烯电缆线路的交叉互联系统局放检测试验平台;采用高频电流传感器对交叉互联箱的接地线、同轴电缆、换位排和接头接地引... 详细信息

针对高压电缆交叉互联系统中高频局放检测位置影响检测结果的问题,设计并搭建了采用典型截面的百米级110 kV交联聚乙烯电缆线路的交叉互联系统局放检测试验平台;采用高频电流传感器对交叉互联箱的接地线、同轴电缆、换位排和接头接地引出线等4个不同检测点的局放信号进行检测,分析局放信号幅值的变化规律。研究结果显示:检测位置的不同会导致测得的局放信号幅值特征相差较大,通过选取合适的检测位置,结合局放信号幅值比较及局放谱图分析,可以有效实现局放源的识别与判定。在现场实测时,建议hfct的最优安装位置为中间接头接地引出线和交叉互联箱换位排处,同时换位排处应采用电容臂进行短接。

关键词： XLPE电缆高频局放交叉互联 hfct 检测位置

110kV电缆中间接头及本体典型缺陷局部放电特征分析

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绝缘材料 2014年第5期47卷 60-67页

作者：廖雁群惠宝军夏荣徐阳广东电网公司珠海供电局广东珠海519000 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 中国电力科学研究院武汉430074

针对110 kV XLPE电缆中间接头及本体制作了6种人工典型缺陷,并利用高频电流互感器耦合局部放电信号。对各类缺陷放电脉冲进行时域、频域特征分析,研究同一缺陷相同电压下不同放电时刻单脉冲波形和频谱规律,并对不同受损程度的电缆本体... 详细信息

针对110 kV XLPE电缆中间接头及本体制作了6种人工典型缺陷,并利用高频电流互感器耦合局部放电信号。对各类缺陷放电脉冲进行时域、频域特征分析,研究同一缺陷相同电压下不同放电时刻单脉冲波形和频谱规律,并对不同受损程度的电缆本体缺陷局部放电参数的变化进行分析。结果表明:当本体电缆波纹铝破损但未伤及主绝缘时,局部放电无法发现该类缺陷;当主绝缘破损时,在较低电压下便可检测到局部放电,但耐压试验依然可以通过,且随着主绝缘破损深度的增加,局部放电起始电压呈线性递减。

关键词：高压电缆中间接头典型缺陷 hfct 局部放电频谱分析

一种综合多种检测手段的变压器局部放电在线监测分析方法

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电气应用 2014年第9期33卷 62-65页

作者：张伟刘凡彭倩王京保刘伟国网四川省电力公司电力科学研究院保定天威新域科技发展有限公司

论述了目前变压器局部放电在线监测的现状及其发展形势，介绍了变压器局部放电的产生原因及其危害。并对现有的局部放电在线监测方法进行了阐述和分析。提出了一种综合多种手段的变压器局部放电在线监测分析方法，基于此方法，模拟几种... 详细信息

论述了目前变压器局部放电在线监测的现状及其发展形势，介绍了变压器局部放电的产生原因及其危害。并对现有的局部放电在线监测方法进行了阐述和分析。提出了一种综合多种手段的变压器局部放电在线监测分析方法，基于此方法，模拟几种典型的放电故障，利用局部放电特征向量和Ф-q—n特征参数及局部放电指纹图谱对相应的放电类型进行了模式识别和智能判断放电类型。

关键词：变压器局部放电 UHF hfct

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电缆局部放电检测与定位系统的研究

电缆局部放电检测与定位系统的研究

作者：江蕴喆北京交通大学

学位级别：硕士

随着新技术的快速发展,电力电缆线路已经广泛应用于人民的生活生产方面。然而在其生产或者运行过程中,由于一些绝缘缺陷问题,常常伴随着局部放电的产生,在长时间高电压运行下会导致绝缘缺陷问题更加严重,最终导致绝缘击穿,影响电缆的正... 详细信息

随着新技术的快速发展,电力电缆线路已经广泛应用于人民的生活生产方面。然而在其生产或者运行过程中,由于一些绝缘缺陷问题,常常伴随着局部放电的产生,在长时间高电压运行下会导致绝缘缺陷问题更加严重,最终导致绝缘击穿,影响电缆的正常运行,带来巨大的经济损失。因此,通过对正常运行的电缆进行局部放电在线检测与定位,及时发现绝缘隐患并准确定位故障位置,并且及时更换故障段,对于电网的稳定运行有着重大意义。本文基于之前各种电缆故障在线检测方法的优缺点,利用hfct传感器(高频电流传感器)和超声波传感器搭建检测系统,对电缆局部放电在线检测以及定位进行研究。首先,本文从电缆的局部放电理论出发,介绍了局部放电的形成原理以及典型的绝缘缺陷,阐述了电晕放电、沿面放电、悬浮放电和内部放电的形成原因和放电特征,为实验提供了理论基础。同时研究hfct传感器和超声波传感器的工作原理以及检测的频率频带范围,针对传感器性能和使用方式的不同,在不同情况下对传感器进行选择。其次,在MATLAB仿真平台上搭建了电缆的电路模型,模拟了局部放电信号在电缆中的传播过程,通过改变电缆模型的长度和分布参数对仿真结果进行分析,探究了电缆中局部放电信号的传播特性。利用时延估计法对电缆模型进行了局部放电定位仿真实验,验证了定位方法的可行性,该仿真从理论上对于局部放电的实际检测实验有着重大意义。最后,在实验室的条件下,设计电缆局部放电缺陷模型并搭建实验测量系统。根据电缆实际放电缺陷模拟制作了电晕放电、沿面放电、悬浮放电和内部放电四种放电方式的实验模型,分别利用hfct传感器和超声波传感器对不同放电的放电特征进行检测分析。然后利用幅值法和延时估计法结合的方法对实际电缆的局部放电信号进行精确定位。结果表明,电缆局部放电检测装置在实验室环境下能有效识别不同放电模型并准确定位,因此该装置基本满足设计要求。

关键词：电力电缆局部放电 hfct 超声波在线检测时延估计法

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牵引供电高压电缆局部放电在线监测研究

牵引供电高压电缆局部放电在线监测研究

作者：王泽朝石家庄铁道大学

学位级别：硕士

普速铁路的供电线路是从牵引变电所直接到接触网,采用的传输方式是敷设架空线路。而高速铁路对供电技术性及安全性相对普速铁路更高,其电缆传输方式通常采用地埋方式,这样往往难以发现电缆的安全隐患,而局部放电是电缆绝缘状况劣化的一... 详细信息

普速铁路的供电线路是从牵引变电所直接到接触网,采用的传输方式是敷设架空线路。而高速铁路对供电技术性及安全性相对普速铁路更高,其电缆传输方式通常采用地埋方式,这样往往难以发现电缆的安全隐患,而局部放电是电缆绝缘状况劣化的一个重要的表现形式,电缆的绝缘性能劣化会导致牵引电网出现重大安全隐患,为了及时发现绝缘劣化严重的电缆,保证牵引供电的安全运行,本文选择局部放电法对牵引供电高压电缆在线监测展开研究。首先探讨了局部放电产生的原因,讨论了电缆局部放电机理,运用三电容模型,从原理上对放电过程进行了分析;说明了几种常见的局部放电缺陷类型,分析了不同缺陷下的放电特征;应用ATP软件搭建牵引高压电缆局部放电仿真模型,并在电缆内部引入局部放电故障模块,证明了随着绝缘劣化程度的加深,电缆局部放电的幅值也相应增大的结果。利用电缆实物,在高压实验室搭建物理仿真模型,验证了ATP软件仿真结果的正确性,并为电缆局部放电模式识别提供样本。其次针对电缆运行工况下噪声的类型及特点,选取EMD算法和小波分析法对白噪声和周期性窄带干扰噪声的消除进行了研究。结合两种算法的优点,采用基于EMD的小波阈值滤波法,仿真数据与实验采集到局放信号的滤波实验表明,该方法具有较好的滤波效果。电缆绝缘状态在线监测包含对局部放电类型的识别。模式识别的输入对象是从电缆局部放电信号中提取的特征量,本文根据电缆局部放电信号的特点,提取了陡峭度、偏斜度、互相关因数和放电相位这四个特征参量,分别应用改进的BP神经网络算法和RBF神经网络算法对三种缺陷进行识别。结果表明:RBF识别算法可有有效解决BP网络局部最优、收敛速度慢等缺点,整体辨识率较高。最后,以罗氏线圈原理为基础,绕制了高频电流互感器(hfct)用于局放信号的采集,设计了放大滤波电路对采集到的信号进行调理,确保信号能够满足采集卡的输入要求;利用LABVIEW编写了牵引供电高压电缆在线监测软件,完成了高铁电缆绝缘状态在线监测的软硬件研发。初步试验表明,系统实现了预期目标,对牵引供电高压电缆状态评估和在线监测进行了有益的尝试。

关键词：牵引供电高压电缆局部放电监测改进EMD滤波 hfct