變壓器局部放電源的半定松弛逐次逼近定位方法研究.pdf

1、局部放電（Partial Discharge, PD）是電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生絕緣缺陷時在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生的一種放電現(xiàn)象。電力變壓器的多數(shù)故障是由內(nèi)部絕緣缺陷產(chǎn)生的PD，在運(yùn)行電壓下的不斷加劇和發(fā)展，最終造成設(shè)備整體絕緣性能喪失而引發(fā)故障。這類似于“腫瘤”的發(fā)展過程與最終危害一樣，PD在本領(lǐng)域有“絕緣腫瘤”之稱。所謂“絕緣腫瘤”，具體地講就是由于設(shè)備內(nèi)部初期絕緣缺陷產(chǎn)生PD，可能導(dǎo)致局部高能電磁脈沖對裝備內(nèi)部絕緣材料的加速損傷，若不及早發(fā)現(xiàn)并加

2、以“治理”，它會由弱變強(qiáng)、由局部到整體，最終可能導(dǎo)致絕緣材料完全喪失絕緣能力，致使裝備發(fā)生絕緣擊穿性損壞，進(jìn)而引發(fā)電網(wǎng)停電事故。因此，對電力變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的PD源進(jìn)行快速、準(zhǔn)確定位監(jiān)測，不僅是保證設(shè)備安全運(yùn)行的有效方法之一，也是根據(jù)絕緣故障部位對設(shè)備安全運(yùn)行帶來的危險程度來制定有針對性的檢修策略的重要依據(jù)之一。
　　特高頻（Ultra High Frequency, UHF）檢測技術(shù)具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于電力

3、變壓器內(nèi)部PD源的定位，一直是本領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。但如何根據(jù)UHF PD實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠的故障定位是電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測急需解決的一個難題。其主要原因?yàn)殡娏ψ儔浩黧w積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電磁環(huán)境惡劣，且其絕緣結(jié)構(gòu)中缺陷類型、位置和數(shù)量具有多樣性所致。此外，在PD源定位計算的過程中，除了背景噪聲、傳感器的響應(yīng)時間、PD電流脈沖的上升時間等眾多影響因素導(dǎo)致難以準(zhǔn)確獲取PD信號時延之外，以電磁波傳播速度為等值波速建立的時間差方程組也在一定程度上影

4、響了定位的準(zhǔn)確性，從而出現(xiàn)所謂“誤差多級放大”的情況，進(jìn)一步降低了PD定位精度，甚至無法定位。同時，目前的定位算法還面臨著對時延誤差敏感、易局部收斂或發(fā)散、運(yùn)算速度慢等難點(diǎn)。
　　以上的不足，在一定程度上嚴(yán)重制約了基于UHF技術(shù)進(jìn)行變壓器PD源定位的應(yīng)用。為此，針對到達(dá)時間差（Time Difference of Arrival, TDOA）定位法中對時延精確獲取依賴性較大和因時延獲取精度不高而帶來定位誤差較大的難題，引入“先粗后

5、細(xì)”的理念，提出逐次逼近定位 PD源的方法，以期解決針對變壓器PD難以準(zhǔn)確、快速定位的難題。本文開展的主要工作和所取得的創(chuàng)新性成果如下：
　?、偬岢鲆环N基于“相關(guān)—移位—疊加”方法的四階累積量時延估計改進(jìn)算法。對來自同一放電源的多個樣本數(shù)據(jù)先進(jìn)行“相關(guān)-移位-疊加”數(shù)學(xué)變換后得到具有統(tǒng)計意義的PD信號波形，再利用四階累積量準(zhǔn)確地求取時間差。該方法不僅能有效消除所獲PD信號的水平晃動和隨機(jī)干擾，還可以有效地抑制高斯噪聲提高信噪比，提

6、高了時延測量準(zhǔn)確性。
　?、卺槍δ壳癟DOA定位PD源存在對時延誤差敏感、易局部收斂或發(fā)散以及運(yùn)算速度慢等難點(diǎn)問題，提出一種可用于時間差定位方程組求解的半定松弛方法。將難以求解的時間差定位方程組通過等價變換和秩1松弛轉(zhuǎn)化為一個半定規(guī)劃問題，使得松弛后的問題易于求解且具有唯一的全局最優(yōu)解。研究結(jié)果表明，半定松弛解法可降低對時延誤差的敏感性，有效地對TDOA定位方程組進(jìn)行求解，并確保得到的結(jié)果是全局最優(yōu)解從而獲得更高的定位精度，且較傳

7、統(tǒng)定位算法具有較高的定位效率。
　?、蹫榱私档蜁r間差定位法中對準(zhǔn)確獲取時延的依賴性，提出了一種基于多樣本尋優(yōu)PD源的逐次逼近定位方法，以消除定位誤差過大帶來的PD源難以準(zhǔn)確判斷的問題。實(shí)測結(jié)果表明，提出的逐次逼近定位方法可有效地解決因時間差測量不準(zhǔn)確而引起的定位結(jié)果較差的難題，誤差滿足變壓器PD定位要在數(shù)米范圍內(nèi)達(dá)到數(shù)厘米的定位精度要求。
　?、芡ㄟ^采用半定松弛算法與逐次逼近定位技術(shù)對多樣本數(shù)據(jù)計算后，得到的定位精度有了明顯