气体绝缘电器局部放电联合检测的特征优化与故障诊断技术

发布时间：2018-04-18 13:17

本文选题：局部放电 + 统计特征　；参考：《重庆大学》2014年博士论文

【摘要】：气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,简称GIS)因其运行安全、可靠性高、占地面积小及电磁环境友好等突出优点，正逐渐普及于城市供电系统中。然而，GIS设备在生产、运输、装配、运行和维修等过程都会不可避免的产生各种潜伏性绝缘缺陷，，当这些绝缘缺陷发展到一定程度，若得不到及时治理，会在运行电压的作用下逐步加剧并最终诱发GIS设备绝缘故障，甚至威胁整个电网的安全。研究发现，因绝缘缺陷导致击穿故障之前，往往会先产生不同形式和程度的局部放电（Partial Discharge，简称PD），而PD形式又与绝缘缺陷类型和故障严重程度有着极为密切的内在联系。因此，通过对GIS内部PD进行科学合理的在线检测，并采用与之相适应的识别方法进行故障诊断，是保障GIS设备安全可靠运行的重要途径。但是，目前针对GIS PD在线监测的手段比较单一，所得到的反映GIS内部绝缘状态的PD信息也不够全面。鉴于此，本文提出采用脉冲电流法、超高频（UltraHigh Frequency，简称UHF）法和荧光光纤检测法对GIS内部典型绝缘缺陷PD进行联合同步检测，通过得到GIS内部金属突出物、金属污染物、绝缘气隙及自由金属微粒等4种典型绝缘缺陷下的复合PD信息，提取出反映不同绝缘缺陷特征的PD统计特征量，并据此构建出一种适用于GIS设备PD识别的支持向量数据描述（Support Vector Data Description，简称SVDD）故障诊断方法。为此，本文所做的主要研究工作有： ①结合电磁波、天线辐射理论及光电子辐射原理，推导UHF信号能量与视在放电量的平方呈线性相关，荧光光纤信号的一次积分值与视在放电量之间的关联关系。通过实验，对不同气压SF6中UHF信号与视在放电量的关联关系做出修正，研究气压的影响特性及修正公式，并实测检验修正公式的有效性。同时，针对不同尺寸绝缘缺陷对PD光信号能量的影响，研究光信号能量受绝缘缺陷尺寸大小的影响特性与修正公式，并通过电场分析影响机理。实测检验荧光光纤检测法对微小绝缘缺陷引起的PD具有较高的灵敏度。 ②结合脉冲电流法、UHF法和荧光光纤法，构建出用于检测GIS内部典型绝缘缺陷PD的联合检测系统。通过大量实验，获取了反映GIS典型绝缘缺陷特征的PD复合信息，构造出各类PD信号的φ-u-n三维谱图及φ-u、φ-n二维谱图，并提取出13个表征4种典型绝缘缺陷产生PD信息的统计特征量。在此基础上，采用核主成分分析方法，提取表征4种典型绝缘缺陷产生PD综合特点的特征子集TKPCA，并借鉴最大相关最小冗余算法对原始统计特征进行择优降维，结合能够表征PD源特征的视在放电量q、UHF信号能量E以及荧光光纤信号一次积分A，共同构造出辨识4种典型绝缘缺陷的最优特征子集TBEST。研究表明，该方法不仅有效保留了每类PD信号的特征，同时还显著降低了特征信息的冗余度。 ③在PD类型识别中，引入SVDD方法，并借鉴支持向量机(support vectormachine，简SVM)最大化“间隔”思想，提出一种优化半径的OR-SVDD(OptimalRadius SVDD，简称OR-SVDD)方法来解决SVM辨识PD类型存在的漏分或错分问题，弥补了SVDD分类裕度不足的缺点，实现了多类缺陷的有效分类。 ④针对SVM和SVDD算法中核函数参数σ与惩罚因子C的选择存在盲目性的问题，结合局部遗传算法和模拟退火算法对SVDD分类器中的核函数参数σ和惩罚因子C进行优化，解决了以往依靠经验设定参数的问题，使σ与C这两个对分类性能影响最大的参数的设置具有科学依据，并提升了算法分类性能和识别效率。 ⑤针对实际故障诊断中存在的预定义故障重叠问题，使用主成分分析方法来优化Fisher判别分析（Fisher Discriminant Analysis，简称FDA），结合前文所构建的SVDD故障识别方法，提出一种使重叠的两类预定义故障在原始空间尽量分离后，再在Fisher投影空间实现最大分离的PF-SVDD方法。研究表明：该方法可将存在故障重叠情况时的60%低识别率提高到接近80%，显著增加了该诊断方法实用性。
[Abstract]:Gas insulated switchgear ( GIS ) is becoming increasingly popular in urban power supply system because of its safety , high reliability , small floor area and friendly electromagnetic environment . However , in the process of production , transportation , assembly , operation and maintenance , it is becoming increasingly popular in urban power supply system .

In this paper , the PD information reflecting the characteristics of different insulation defects is extracted by means of pulse current method , ultra - high frequency ( UHF ) method and fluorescent fiber detection method , and a support vector Data Description ( SVDD ) fault diagnosis method suitable for PD recognition of GIS equipment is constructed .

Based on the theory of electromagnetic wave , antenna radiation and photoelectron radiation , the correlation between the energy of UHF signal and the square of apparent discharge quantity is deduced , and the correlation between the one - time integral value of the fluorescent fiber signal and the apparent discharge quantity is deduced .

A combined detection system for detecting typical insulation defects in GIS is constructed by combining pulse current method , UHF method and fluorescent fiber method .

( 3 ) In PD type identification , the SVDD method is introduced , and an OR - SVDD ( OR - SVDD ) method with optimal radius is proposed to solve the problem of missing or wrong in the SVM identification PD type , which makes up the defect of insufficient SVDD classification margin and realizes the effective classification of multi - class defects .

( 4 ) Aiming at the blindness of the selection of kernel function parameter 蟽 and penalty factor C in SVM and SVDD algorithm , combining local genetic algorithm and simulated annealing algorithm to optimize kernel function parameter 蟽 and penalty factor C in SVDD classifier , this paper solves the problem of relying on experience setting parameters .

In this paper , we propose a PF - SVDD method by using principal component analysis method to optimize Fisher discriminant analysis ( FDA ) based on the pre - defined fault overlap problem existing in real fault diagnosis , and propose a PF - SVDD method which makes the overlapping two types of predefined faults be separated as far as possible after the original space is separated as much as possible . The results show that the method can raise the low recognition rate of 60 % when the fault overlap condition is close to 80 % , which can increase the practicability of the diagnosis method .

【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM595

【参考文献】