小波变换技术在电容设备在线监测中的应用研究

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四川大学

硕士学位论文

小波变换技术在电容设备在线监测中的应用研究

姓名：党晓强

申请学位级别：硕士

专业：电机与电器

指导教师：刘念

20030501

四川大学硕士学位论文

小波变换技术在电容设备在线监测中的应用研究

电机与电器专业

研究生党晓强指导教师刘念

并联电容器和高压电容型设备是电力系统中应用普遍的电气设备，这里统称为电力电容器。电力电容器的安全稳定运行对整个电力系统的正常运行意义重大。论文内容针对电力系统中在线电力电容器的各种频发故障，希望能够找出高效便捷可行的在线监测技术，并做了大量相关工作。

针对并联电容器和高压电容型设备作用电压等级不同，论文对这两种类型分开讨论。论文对并联电容器的在线监测从局部放电入手进行分析和仿真，对高压电容型设备从提高ｔｇｃｒ的在线监测精度及局部放电现象入手进行分析和仿真。小波变换在时域和频域同时具有良好的表征信号局部特征的能力，基于小波理论的信号分解，特征提取，消噪等技术成熟。论文研究了对于电力电容器在线信号采集后的小波处理，通过仿真结果说明思路的可行性与可取性。

论文首先概述电力电容器运行中存在的故障，介绍了电力电容器检测技术的研究现状和全文所做的工作。

接下来两章分别从现象和理论上对在线电力电容器的局部放电和介质损耗ｔｇａ进行了详尽分析。结论为电力电容器在线发生故障，伴随有放电现象发生，认为局部放电现象是电容型设备故障的初征兆。论文论证了从局部放电入手进行在线监测的可取性和可行性。测量介质损耗角垃占可以准确反映高压电容型设备的绝缘变化情况，如何有效提高ｔｇ＃值在线监测的测量准确程度还有待进一步解决。

第四章介绍了后面两章仿真所用到的小波变换知识，包括小波变换原理、小波分解和小波消噪三部分，以及仿真环境Ｍａｔｌａｂ。

第五章从理论上设计了电力电容器在线监测局部放电的装置和处理流程。具体针对并联电容器，对模拟的采集信号在Ｍａｔｌａｂ５．３环境下做仿真，

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提取出淹没在噪声中的局部放电信号。

第六章同样在Ｍａｔｌａｂ５．３环境下，基于小波消噪技术，对提高ｔｇ＃值的测量计算精度做了仿真。其中的正弦波参数法采用Ｍａｔｌａｂ５＇３里的数学语言进行了编程，小波消噪部分在Ｍａｔｌａｂ５．３小波工具箱的ＧＵＩ环境下完成的。仿真结果比较理想。

第七章是对全文的总结和余留后续问题的展望。’

论文主要工作和有新意的内容在于对电力电容器故障的理解，对它内外放电的机理分析，对监测装置的设计，对如何提高ｔ９８值测量计算精度的再认识，，小波变换的引入以及具有针对性的在Ｍａｔｌａｂ５，３下的仿真分析，包括对仿真工具的熟悉与使用。

关键词：电容设备小波分析在线监测局部放电介质损耗角ｔ９８

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ｓｔａｇｅｏｆｃａｐａｃｉｔｏｒ’ｓｆａｕｌｔｓ．ＴｈｅｐａｐｅｒａｌｓｏｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｗａｙｓｆｒｏｍＰＤｆｏｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｎ－ｌｉｎｅＰＣｉｓａｖａｉｌａｂｌｅａｎｄｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ．１１１ｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｏｎ—ｌｉｎｅＨＶｃａｐａｃｉｔｉｖｅｔｙｐｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ’ｔ９６ｃａｌｌｇｅｔａｃｃｕｒａｔｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｉｍｅ，ａｎｄｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｄｅｇｒｅｅｏｆｏｎ－ｌｉｎｅｔ９６ｉｓｓｔｉｌｌｎｏｔｓｏｌｖｅｂｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗａｙｓａｔｐｒｅｓｅｎｔ．

Ｉｎｃｈａｐｔｅｒ４，ｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｆｗａｖｅｌｅｔ—ｔｒａｎｓｆｏｒｍｗｈｉｃｈｕｓｅｄｉｎｌａｔｅｒｔｗｏｃｈａｐｔｅｒｓａｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｉｔｉｎｃｌｕｄｅｓｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｔｈｅｏｒｙ，ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｄｅ?ｎｏｉｓｅｔｈｅｏｒｙｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｌｅｔ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍ．１１１ｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＭａｔｌａｂｉＳａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｈｅｒｅ．

Ｉｎｃｈａｐｔｅｒ５，Ａｄｅｖｉｃｅｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙａｕｔｈｏｒｆｏｒｏｎ－ｌｉｎｅｐｏｗｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ’ＳＰＤｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＡｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｔｈｅＰＤｓｉｇｎａｌｓｆｒｏｍｓｔｒｏｎｇｎｏｉｓｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｉｎＭａｒｌａｂ５．３’Ｓｗａｖｅｌｅｔ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍｔｏｏｌｂｏｘ，ｓａｔｉｓｆｉｅｄｒｅｓｕｌｔｉｓｇｏｔｔｅｎ．

Ｉｎｃｈａｐｔｅｒ６．ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｄｅ－ｎｏｉｓｅｔｈｅｏｒｙｏｆｗａｖｅｌｅｔ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍｆｏｒｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ’Ｓａｃｃｕｒａｃｙｄｅｇｒｅｅｏｆｏｎ－ｌｉｎｅＨＶｃａｐａｃｉｔｉｖｅｔｙｐｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ’ｔｇ万ｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄ，ａｌｓｏｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＭａｔｌａｂ５．３。ｓａｔｉｓｆｉｅｄｒｅｓｕｌｔｉｓｇｏｔｔｅｎ．

Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ’Ｓｗｏｒｋｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｃｈａｐｔｅｒ７，ａｎｄｑｕｅｓｔｉｏｎｓｌｅｆｔｆｏｒａｈｅａｄｗｏｒｋｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｈｅｒｅａｌｓｏ．

ＴｈｅｈａｒｄｗｏｒｋａｎｄｃｒｅａｔｉｖｅｉｄｅａｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａＳｆｏｌｌｏｗｓ：ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｎｆａｕｌｔｓｏｆＰＣ’ＳＰＤ，ａｎａｌｙｓｉｓｏｆＰＤｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅＰＣ，ｄｅｓｉｇｎｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｏｆｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅａｃｃｕｒａｔｅｏｆｔ９６’Ｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｗａｖｅｌｅｔ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｆｏｒｓｉｇｎａｌ’ＳｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｈｏｗｔｏｗｒｉｔｅｐｒｏｇｒａｍｓａｎｄｄｏｓｉｍｕｌａｔｉＯＩｌＳｏｆｗａｖｅｌｅｔ－ｔｒａｎｓｆｏ肋ｉｎＭａｆｌａｂ５．３ｈｅｒｅｅｔｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰｏｗｅｒＣａｐａｃｉｔｏｒ（ＰＣ），ＷａｖｅｌｅｔＴｒａｎｓｆｏｒｍ，ＯｎｌｉｎｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，Ｐａｒｔｉａｌｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ＰＤ），Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｓｓｔａｎｇｅｎｔ（ｔ９８）

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