GIS内多绝缘缺陷产生混合局部放电信号的分离研究

【摘要】：气体绝缘组合电器(Gas Isolated Switchgear,简称GIS)以低故障率和长检修周期保障现代电网的安全稳定运行。局部放电(Partial Discharge,简称PD)是GIS内潜在绝缘缺陷故障的早期表现形式,外置超高频(Ultra-high Frequency,简称UHF)PD信号辨识已经发展成为GIS内绝缘缺陷故障辨识最直接最有效的手段。GIS内的特殊空间结构和复杂的电气元器件布局以及多态PD随机性的产生机理可能导致GIS内多绝缘缺陷状态。本文摈弃GIS内只有单一绝缘缺陷诱发PD信号的认知,首次从多绝缘缺陷研究GIS内的绝缘缺陷故障。 多绝缘缺陷必然诱发UHF混合PD信号,直接通过混合PD信号获取GIS内绝缘缺陷信息(绝缘缺陷个数和类型)是极具挑战的前沿性课题。盲源分离(Blind Source Separation,简称BSS)理论以不直接关心源信号的信息特征及混合过程,仅通过对检测混合信号分离就能获取源信号信息。这个间接获取源信号信息的“黑匣子”特点与通过外置UHF混合PD信号直接获取GIS内绝缘缺陷信息具有相同目的,因此,本文首次提出采用BSS理论对GIS内多绝缘缺陷诱发的外置UHF混合PD信号进行分离研究。 对受干扰PD信号直接降噪,会因过度降噪或降噪不够以及降噪方法的选择不当,达不到理想的降噪效果,以造成PD信号波形不应有的畸变乃至特征信息丢失。针对PD信号直接降噪的这种盲目性,本文首次提出对PD信号的受干扰程度先进行定量评估后再决定降噪以及降噪深度选择的思想,并提出采用基于二阶统计量的信噪比估计理论以及构建适合PD信号的信噪比估计规则,对实测UHF PD信号的受干扰程度进行定量评价。 在GIS内多绝缘缺陷状态下,各类绝缘缺陷对应的物理源位置以及PD信号传播通道具有不确定性,难以用确定的数学模型描述GIS内PD信号的混合过程。作为混合PD信号分离的理论分析基础,提出采用简化的线性瞬时混合模型和线性卷积混合模型分别定性描述GIS内PD信号的混合过程,并针对不同混合模型提出对应的混合信号分离算法。在实验室GIS模型内构造四类典型绝缘缺陷对应的物理模型,实测四类UHF单一PD信号,两两组合,构造四组模拟混合PD信号;同样,在试验GIS模型内构造四组对应的多绝缘缺陷,获取实测UHF混合PD信号。分别对模拟和实测混合PD信号进行分离和对比分析研究。 对线性瞬时混合模型,提出采用基于二阶统计量的盲辨识分离算法(SOBI)及其改进的权值调整分离算法(WASOBI),对模拟和实测混合PD信号进行分离;利用评价参数分别对混合PD信号的分离效果进行定量评价,比较算法改进前后分离性能优劣;同时,定量比较分离评价参数,以确定影响混合PD信号分离的关键因素:构成GIS内多绝缘缺陷的绝缘缺陷类型、绝缘缺陷间相对距离及混合过程。 对线性卷积混合模型,针对实测混合PD信号的长时非平稳特征,借助加窗傅里叶变换将混合PD信号转换为在短时条件下平稳的频域混合PD信号,并采用解相关算法进行分离;利用频域分离信号包络线间的相关性对分离信号进行准确重构,再通过傅里叶反变换获得分离的时域单一PD信号;采用模拟和实测混合PD信号分别进行分离和对比分析,研究实测混合信号的卷积混合模型构成特征以及验证GIS内单一PD信号的卷积混合模型假设,为GIS内多绝缘缺陷的深入研究奠定理论基础。