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《华北电力大学(河北)》 2005年
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电力变压器局部放电的电气定位及诊断

刘云鹏  
【摘要】:局部放电是造成变压器绝缘老化和破坏的主要原因之一,变压器局部放电检测和诊断的研究具有深远的理论意义和广泛的实用价值。本文基于多导体传输线理论建立了放电脉冲在变压器绕组中的传播模型,探索了变压器绕组中局部放电的电气定位方法,研究了局部放电检测的干扰抑制和放电模式的识别。主要工作如下: 根据绕组的不同结构形式,首次建立了放电脉冲在400kV 和500kV 单相变压器高压绕组中传播的多导体传输线模型。提出了利用静电场计算方法求解绕组模型中的电容分布参数,克服了平行板电容计算方法中的导线错位问题和边角效应问题。在电容参数的基础上,求解了模型中的电感、电阻和电导分布参数。采用模电压、模电流变换实现了模型多导体传输线方程的通用性解耦,结合绕组的结构和首末端条件计算了绕组不同位置的传输函数。 提出了测量变压器绕组传输特性的散射参数测量法,与脉冲响应测量法的测量结果比较表明,散射参数测量法具有测量精度高、抗干扰能力强等优点。通过对比变压器单绕组和400kV 单相变压器高压绕组的仿真结果和散射参数实测结果,并采用相关分析法进行定量分析,同一放电位置的相关系数均超过0.81,验证了所建立的多导体传输线模型的正确性。 分析了基于传输函数法的变压器绕组中局部放电定位的基本原理,采用仿真和实测两种方法获得了不同类型变压器绕组的分段电流传输函数。在此基础上,提出了两种电气定位方法:距离函数法和能比曲线法。距离函数法是首先通过仿真模型获得不同放电位置的绕组首末端电流传输函数比,然后求实测与仿真之间的距离函数,最后通过距离函数的大小判断放电位置。单绕组和400kV 单相变压器定位试验验证了该方法。能比曲线法根据在100kHz~4MHz 频率范围内,绕组两端信号能量比与放电点位置间的曲线关系进行定位,400kV 和500kV 变压器高压绕组的定位误差不超过其高度的6.25%。 设计了一种形态学-小波综合滤波器,很好的抑制变压器局部放电检测的周期性干扰和白噪声干扰。其中设计的结构元素自适应的开、闭组合形态滤波器在频域有效地滤除了窄带周期性干扰的离散谱线,而对局部放电信号本身特征谱线影响较小,同时小波变换抑制了局部放电信号中的白噪声干扰。计算机仿真和现场检测结果验证了该方法的有效性,相应的噪声抑制比分别达到了85.21dB和37.66dB。基于数学形态颗粒分析理论,定义了局部放电灰度图象的数学形态谱。采用多尺度形态开运算分别提取了局部放电灰度图象正负半周期的数学形态特征谱线,并进行归一化处理,作为局部放电模式的特征向量。把不同类型放电形态谱输入双隐层人工神经网络分类器实现放电模式识别,6 种典型放电的识别率均在72.5%以上。
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