基于音频信号的12kV环网柜放电状态识别的研究
发布时间：2021-06-08 09:08
12kV环网柜是电力系统中十分重要的一部分,在配电网中起到连接和调控作用,是实现数字化建设中重要一环。在其制造和运行的过程中,会因为种种的缺陷造成局部放电,威胁电网的稳定运行,因此对环网柜进行在线监测尤为必要。监测的方法有很多,主要针对放电的过程中产生的现象,选择某一量值进行监测。传统的监测成本较高,现象不易监测,本文为了全面的反应环网柜的绝缘状态,结合了环网柜的结构特点提出了基于声音的绝缘在线监测。为了模拟环网柜放电情况,方便实验的开展,本实验对环网柜中的绝缘筒,绝缘套管及绝缘瓷瓶放电状况进行模拟。并对比了潮湿环境下,各绝缘器件的放电情况。利用拾音器将采集到的声音传送至声卡中,通过Labview上位机平台完成对声音信号的储存和处理,采集到各绝缘子放电声音及环境中的非放电声音。并引入声音的预处理,包括:双门限法端点检测,自适应滤波及带通滤波。对比梅尔倒谱系数、线性预测倒谱系数及小波包能量分析的特征提取方法,对滤除噪声后的声音信号做特征提取。提出Fisher特征降维,解决数据冗余问题。经过特征提取使样本带有特征标签,方便模型的建立。分析主要的学习模型包括隐马尔可夫模型,高斯混合模型,神经...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
局部放电的过程
第2章环网柜放电分析及声音数据采集9数器测量绝缘体的放电重复率。3）电流脉冲局部放在发生在绝缘体内部时，随着会出现脉冲电流。利用在局部放电进行电气监测时，通常使用脉冲电流法。如图2.2所示为脉冲电流法常用以下三种测试回路。a并联回路b串联回路c桥式回路图2.2测试回路Fig.2.2Testcircuit图中，xC表示被测试品，集中电容来表示；kC为耦合电容，给脉冲电流提供低通的阻抗通道，必须无局部放电，xC不是很大时，必须使kC值不小于kC。Z为低通滤波器，可以防止工频高压作用到被测试品上，但又阻止高压电源中的高频分量对模拟测试回路的干扰，也防止回路局部放电而使脉冲分流作用到电源上。2.1.2局部放电的分类电气设备的局部放电是指发生在局部，绝缘部分被击穿的电气放电现象。根据放电发生的位置有如下分类：（1）气隙放电在绝缘材料的制作过程中，常常会出现有气隙、杂质等的情况，这些因素会造成材料内部与电极之间的放电。杂质的类别、形式都会产生不同的效应，造成不同程度的放电。（2）表面放电沿着气体与固体绝缘介质分界面上发展的放电现象叫做沿面放电。由于绝缘介质与电极表面接触不到位，存在间隙，畸变了磁常同时，固体介质的表面粗糙度，周围环境的干湿度都会影响放电。比较得出，固体表面的闪络电压相对其它类型的放电形式击穿电压较低。（3）电晕放电电晕放电是极不均匀电场中特有的一种自持放电形式。在电极气隙被全部放电击穿之前，随着气隙外加电压的增大，电晕层扩大，放电产生的电流也增大，但总的来
沈阳工业大学硕士学位论文10看，还只是保持着一定的绝缘状态，没有被全部击穿，属于一种局部放电现象。按放电的强度，电晕放电可分为两种情况，分别为电子崩性质的电晕放电和流注性质的电晕放电。同时，电晕放电会产生能量的损耗，常伴随有声、光、热等效应，其产生的高次谐波会对其他的电气设备造成干扰。本课题主要针对局部放电类型中的沿面放电现象进行在线监测，通过声音数据的采集得到环网柜的运行状态数据。2.2声音数据的采集2.2.1环网柜的结构及应用为了提高电气设备供电的可靠性，通常会将电网连接成环状，被称为环网供电。环网的发展使得环网柜应运而生，其主要构成包括复合开关和熔断器，具有空间体积小，价格低的优点。本课题以12kV环网柜进行绝缘状态分析。环网柜用于将两条不同电源线路实现“手拉手”运行。线路负荷的不均衡分布导致线路潮流变化，重新实现线路的功率分配。对于这样一个相对复杂的结构，需要相应节点上嵌入采集装置，实现对环网柜绝缘状态的监测，有针对性地对潜在故障进行监测预防工作。2.2.2采集声音的实验装置本课题使用拾音器完成声音数据的录制，型号为WY-04无源拾音器，拾音器的外部结构如图2.3所示。实验中选择的麦克风可以满足多角度采集声音的效果，能够保证采集到放电声音的完整信息。图2.3WY-04无源拾音器图2.4SoundBlasterXAE-5声卡Fig.2.3WY-04PassivepickupFig.2.4SoundBlasterXAE-5soundcard将采集到的声音送入声卡中，图2.4所示为声卡外形图。使用声卡类型为Creative创新科技公司生产的SoundBlasterXAE-5型号内置声卡。该声卡支持32位384kHz立
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于频带能量特征提取的10 kV固体绝缘柜表面放电音频信号识别[J]. 侯春光,孙小涵,赵长权,曹云东. 电器与能效管理技术. 2020(03)
[2]基于卡尔曼滤波的数据融合算法与应用研究[J]. 徐恩松,陆文华,刘云飞,李宝磊,李洋. 计算机技术与发展. 2020(05)
[3]基于改进粒子滤波算法实现锂离子电池RUL预测[J]. 韦海燕,安晶晶,陈静,王惠民,潘海鸿,陈琳. 汽车工程. 2019(12)
[4]基于小波包和共同空间模型的运动想象脑电信号特征提取算法[J]. 高枫,鲁昊,高诺. 生物医学工程研究. 2019(04)
[5]一种基于超宽带测距的粒子滤波平滑方法[J]. 王鸥,于亮亮,杨明钰,金成明,王飞. 电子设计工程. 2019(24)
[6]地铁车辆经过不同轨道结构时对地面振动的影响研究[J]. 戚柳飞,王安斌,谢蓥松,刘浪,鞠龙华. 噪声与振动控制. 2019(06)
[7]带电检测技术在配电设备状态检修中的应用[J]. 王连杰,孔繁婷,王建全. 技术与市场. 2019(12)
[8]高压开关柜局部放电在线监测技术研究与应用策略[J]. 陈庆荣. 科技与创新. 2019(23)
[9]基于稀疏共空间模式和Fisher判别的单次运动想象脑电信号识别方法[J]. 付荣荣,田永胜,鲍甜恬. 生物医学工程学杂志. 2019(06)
[10]基于滤波器设计的水听器测量信号幅度修正方法[J]. 黄聪,朱伟锋,王晓熔. 中国舰船研究. 2019(06)
博士论文
[1]电容型设备绝缘在线监测与智能化故障诊断研究[D]. 龚李伟.华中科技大学 2008
[2]支持向量机的理论与算法研究[D]. 王国胜.北京邮电大学 2008
硕士论文
[1]GIS局部放电带电检测技术在营口地区的应用[D]. 高桐童.长春工业大学 2019
[2]基于深度学习的开关柜放电声音识别的研究[D]. 高玉东.沈阳工业大学 2019
[3]10kV环网柜机械特性在线监测与绝缘状态诊断的研究[D]. 贾茂源.沈阳工业大学 2019
[4]实时场地校正方法及其在地震预警中的应用[D]. 王辅臣.中国地震局工程力学研究所 2019
[5]基于大气湍流模型的倾斜镜系统信号滤波与控制算法研究[D]. 楼利旋.浙江大学 2018
[6]基于LabVIEW的声音信号的采集与分析系统[D]. 于永芳.青岛大学 2018
[7]基于深度学习的语音识别方法研究[D]. 张非凡.大连理工大学 2018
[8]基于主动声呐水下高速航行体测速技术研究[D]. 郭俊.南京理工大学 2018
[9]基于物联网的开关柜局部放电在线监测系统的设计与研发[D]. 延野.上海交通大学 2017
[10]城网电缆绝缘状态在线监测预警系统及应用研究[D]. 罗晨.重庆大学 2016
本文编号：3218120
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
局部放电的过程
第2章环网柜放电分析及声音数据采集9数器测量绝缘体的放电重复率。3）电流脉冲局部放在发生在绝缘体内部时，随着会出现脉冲电流。利用在局部放电进行电气监测时，通常使用脉冲电流法。如图2.2所示为脉冲电流法常用以下三种测试回路。a并联回路b串联回路c桥式回路图2.2测试回路Fig.2.2Testcircuit图中，xC表示被测试品，集中电容来表示；kC为耦合电容，给脉冲电流提供低通的阻抗通道，必须无局部放电，xC不是很大时，必须使kC值不小于kC。Z为低通滤波器，可以防止工频高压作用到被测试品上，但又阻止高压电源中的高频分量对模拟测试回路的干扰，也防止回路局部放电而使脉冲分流作用到电源上。2.1.2局部放电的分类电气设备的局部放电是指发生在局部，绝缘部分被击穿的电气放电现象。根据放电发生的位置有如下分类：（1）气隙放电在绝缘材料的制作过程中，常常会出现有气隙、杂质等的情况，这些因素会造成材料内部与电极之间的放电。杂质的类别、形式都会产生不同的效应，造成不同程度的放电。（2）表面放电沿着气体与固体绝缘介质分界面上发展的放电现象叫做沿面放电。由于绝缘介质与电极表面接触不到位，存在间隙，畸变了磁常同时，固体介质的表面粗糙度，周围环境的干湿度都会影响放电。比较得出，固体表面的闪络电压相对其它类型的放电形式击穿电压较低。（3）电晕放电电晕放电是极不均匀电场中特有的一种自持放电形式。在电极气隙被全部放电击穿之前，随着气隙外加电压的增大，电晕层扩大，放电产生的电流也增大，但总的来
沈阳工业大学硕士学位论文10看，还只是保持着一定的绝缘状态，没有被全部击穿，属于一种局部放电现象。按放电的强度，电晕放电可分为两种情况，分别为电子崩性质的电晕放电和流注性质的电晕放电。同时，电晕放电会产生能量的损耗，常伴随有声、光、热等效应，其产生的高次谐波会对其他的电气设备造成干扰。本课题主要针对局部放电类型中的沿面放电现象进行在线监测，通过声音数据的采集得到环网柜的运行状态数据。2.2声音数据的采集2.2.1环网柜的结构及应用为了提高电气设备供电的可靠性，通常会将电网连接成环状，被称为环网供电。环网的发展使得环网柜应运而生，其主要构成包括复合开关和熔断器，具有空间体积小，价格低的优点。本课题以12kV环网柜进行绝缘状态分析。环网柜用于将两条不同电源线路实现“手拉手”运行。线路负荷的不均衡分布导致线路潮流变化，重新实现线路的功率分配。对于这样一个相对复杂的结构，需要相应节点上嵌入采集装置，实现对环网柜绝缘状态的监测，有针对性地对潜在故障进行监测预防工作。2.2.2采集声音的实验装置本课题使用拾音器完成声音数据的录制，型号为WY-04无源拾音器，拾音器的外部结构如图2.3所示。实验中选择的麦克风可以满足多角度采集声音的效果，能够保证采集到放电声音的完整信息。图2.3WY-04无源拾音器图2.4SoundBlasterXAE-5声卡Fig.2.3WY-04PassivepickupFig.2.4SoundBlasterXAE-5soundcard将采集到的声音送入声卡中，图2.4所示为声卡外形图。使用声卡类型为Creative创新科技公司生产的SoundBlasterXAE-5型号内置声卡。该声卡支持32位384kHz立
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于频带能量特征提取的10 kV固体绝缘柜表面放电音频信号识别[J]. 侯春光,孙小涵,赵长权,曹云东. 电器与能效管理技术. 2020(03)
[2]基于卡尔曼滤波的数据融合算法与应用研究[J]. 徐恩松,陆文华,刘云飞,李宝磊,李洋. 计算机技术与发展. 2020(05)
[3]基于改进粒子滤波算法实现锂离子电池RUL预测[J]. 韦海燕,安晶晶,陈静,王惠民,潘海鸿,陈琳. 汽车工程. 2019(12)
[4]基于小波包和共同空间模型的运动想象脑电信号特征提取算法[J]. 高枫,鲁昊,高诺. 生物医学工程研究. 2019(04)
[5]一种基于超宽带测距的粒子滤波平滑方法[J]. 王鸥,于亮亮,杨明钰,金成明,王飞. 电子设计工程. 2019(24)
[6]地铁车辆经过不同轨道结构时对地面振动的影响研究[J]. 戚柳飞,王安斌,谢蓥松,刘浪,鞠龙华. 噪声与振动控制. 2019(06)
[7]带电检测技术在配电设备状态检修中的应用[J]. 王连杰,孔繁婷,王建全. 技术与市场. 2019(12)
[8]高压开关柜局部放电在线监测技术研究与应用策略[J]. 陈庆荣. 科技与创新. 2019(23)
[9]基于稀疏共空间模式和Fisher判别的单次运动想象脑电信号识别方法[J]. 付荣荣,田永胜,鲍甜恬. 生物医学工程学杂志. 2019(06)
[10]基于滤波器设计的水听器测量信号幅度修正方法[J]. 黄聪,朱伟锋,王晓熔. 中国舰船研究. 2019(06)
博士论文
[1]电容型设备绝缘在线监测与智能化故障诊断研究[D]. 龚李伟.华中科技大学 2008
[2]支持向量机的理论与算法研究[D]. 王国胜.北京邮电大学 2008
硕士论文
[1]GIS局部放电带电检测技术在营口地区的应用[D]. 高桐童.长春工业大学 2019
[2]基于深度学习的开关柜放电声音识别的研究[D]. 高玉东.沈阳工业大学 2019
[3]10kV环网柜机械特性在线监测与绝缘状态诊断的研究[D]. 贾茂源.沈阳工业大学 2019
[4]实时场地校正方法及其在地震预警中的应用[D]. 王辅臣.中国地震局工程力学研究所 2019
[5]基于大气湍流模型的倾斜镜系统信号滤波与控制算法研究[D]. 楼利旋.浙江大学 2018
[6]基于LabVIEW的声音信号的采集与分析系统[D]. 于永芳.青岛大学 2018
[7]基于深度学习的语音识别方法研究[D]. 张非凡.大连理工大学 2018
[8]基于主动声呐水下高速航行体测速技术研究[D]. 郭俊.南京理工大学 2018
[9]基于物联网的开关柜局部放电在线监测系统的设计与研发[D]. 延野.上海交通大学 2017
[10]城网电缆绝缘状态在线监测预警系统及应用研究[D]. 罗晨.重庆大学 2016
本文编号：3218120
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