基于小波理論的大型汽輪發(fā)電機(jī)局部放電信號分析.pdf

1、無論從經(jīng)濟(jì)或者技術(shù)角度看，大型發(fā)電機(jī)都是電力系統(tǒng)中的重要元件。非預(yù)期的事故停機(jī)不但會造成停電損失還可能引發(fā)系統(tǒng)振蕩甚至系統(tǒng)失穩(wěn)，擴(kuò)大了停電面積。造成事故停機(jī)的原因是多種多樣的，有電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)等，但發(fā)電機(jī)定子絕緣老化是其中的一個主要原因。隨著電力市場的發(fā)展，對這類設(shè)備的運(yùn)行可靠性要求進(jìn)一步提高。因此如何在設(shè)備運(yùn)行過程中有效地監(jiān)測絕緣狀況并確定設(shè)備的檢修時間成為當(dāng)前的一個重要研究課題。以在線監(jiān)測為基礎(chǔ)的狀態(tài)維修是提高設(shè)備運(yùn)行可

2、靠性和可用率的有效手段。其中，局部放電在線監(jiān)測是設(shè)備絕緣監(jiān)測的重要手段之一。由于現(xiàn)場大量的電磁干擾，噪聲的抑制始終是局放在線監(jiān)測研究中的一個重要課題。同時，如何對濾波后的局放信號進(jìn)行分析，提取局放信號的有效特征也是研究的難點(diǎn)之一。局放監(jiān)測的目的是為了評估運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)絕緣狀態(tài)及絕緣壽命，因此如何利用測得的參數(shù)和提取的特征進(jìn)行絕緣診斷始終是科研工作者的研究課題。本文利用小波理論和專家系統(tǒng)等工具對這些問題進(jìn)行了有意義的探索，取得了以下研究成

3、果： 1.本文首先從一個新的角度—小波系數(shù)的概率分布模型，來考慮對小波系數(shù)進(jìn)行處理的問題。然后，借鑒馬爾可夫模型在語音識別等領(lǐng)域的成功應(yīng)用，將小波域馬爾可夫模型引入局部放電信號處理中，利用EM參數(shù)估計(jì)來建立局放信號小波系數(shù)的馬爾可夫模型。在小波變換的基本性質(zhì)—局部性和壓縮性的基礎(chǔ)上，考慮了小波變換更深層次的聚集性和持續(xù)性等特性，并利用其分析局部放電信號的小波變換系數(shù)。編制了基于小波域馬爾可夫模型的局放信號去噪算法，使用貝葉斯估計(jì)

4、算法實(shí)現(xiàn)了對白噪聲的濾除。用該算法對某電廠發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)測得的局放數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，取得較好的去噪效果。 2.在信噪比較低的情況下，僅用一種去噪方法難以獲得滿意的去噪效果。本文在基于小波奇異性理論分析的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)空間屏蔽濾波算法，并將其應(yīng)用于局部放電脈沖的提取。選擇具有反對稱的二次樣條母小波，來突出信號的突變點(diǎn)；采用Teager能量算子來強(qiáng)化奇異點(diǎn)的信號能量；利用二進(jìn)小波變換的平移不變性，通過對變換后的小波系數(shù)的直接相乘進(jìn)一步突

5、出信號的奇異點(diǎn)，通過和原小波系數(shù)比較形成空間屏蔽濾波器，通過相鄰兩尺度的屏蔽濾波器進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算找到小波變換的模極大值點(diǎn)，形成最終的空間屏蔽濾波器。仿真局放信號的試驗(yàn)、試驗(yàn)室放電信號的試驗(yàn)及發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)實(shí)際測量信號的試驗(yàn)結(jié)果表明該方法能有效檢出淹沒在噪聲中的局放脈沖信號。和傳統(tǒng)的小波去噪方法相比，具有信噪比高，信號幅值衰減和畸變小的優(yōu)點(diǎn)。 3.在局放信號去噪的基礎(chǔ)上，本文從局放脈沖位置的確定，幅度的確定，脈沖極性的確定以及如

6、何從中性點(diǎn)采集到的局放信號中提取基于相位分析的局放信號幾個方面進(jìn)行了研究。提出了基于Morlet小波的復(fù)值小波變換用于提取局放脈沖的包絡(luò)，并相應(yīng)確定局放脈沖的位置，脈沖寬度和幅度；針對脈沖極性的問題，利用局放信號為指數(shù)衰減的振蕩信號的特征，提出了基于信號解調(diào)的方法來確定信號的極性。由于從發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采集到的局放信號是A、B、C三相定子線圈局放信號的疊加，為了對某單相線圈產(chǎn)生的局放信號分析，有必要提取各個單相線圈的局放信號。為此，根據(jù)在時

7、域上不同相別的局放信號分布的不同以及在疊加區(qū)域脈沖極性的不同，提出了相位開窗法，并將其應(yīng)用于提取各相定子線圈的局放脈沖。仿真和實(shí)測信號的試驗(yàn)驗(yàn)證了上述方法的正確性。 4.通過對絕緣老化機(jī)理的分析指出，局部放電是絕緣老化的重要指標(biāo)，但不是唯一的指標(biāo)。溫升也是絕緣材料老化的主要參數(shù)，因?yàn)榻^緣材料的性能與溫度密切相關(guān)，在高溫下，材料的絕緣性能會迅速下降。同時，機(jī)械振動也是影響絕緣劣化程度和速度的重要因素。通過分析，指出僅僅依靠局部放電