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高压测试及诊断技术

本方向旨在将现代可靠性工程、传感技术、信号分析技术、网络通信技术及人工智能技术与传统的工程电介质理论和电气技术相结合,为提高电力设备的可靠性和电网的安全运行服务。与国外情况相比,我校在绝缘材料老化特性分析、纳秒电脉冲信号测量及传播特性分析、故障特征提取、诊断手段、剩余寿命预测、维修决策支持以及数字记录仪冲击测量误差校正、配电网接地故障定位、光电测量技术等方面处于国际先进水平。

1)在电力设备故障诊断方面继续进行系统深入的研究工作。通过承担国家自然科学基金项目“电力电容器局部放电模式识别研究”,北京市自然科学基金项目“绕组型电力设备局部放电量化标准的研究”,法国电力公司合作项目“Classification of acoustic PD measurements in power transformers using artificial neural networks”,以及国家自然科学基金重点项目“大型发电机与变压器放电性等故障的在线监测与故障诊断技术”的后续研究,清华大学985学科建设的资助,根据电力设备中可能出现的放电类型,设计了典型电极试验模型,进行了大量放电试验,比较系统、全面地得到了纳秒级放电脉冲电流的波形和秒级放电统计数据;研究了提取放电谱图指纹的特征参数的各种方法,包括:表列数据,曲面拟合参数,分形特征,数字图象矩特征等。以此为基础建立的电机和变压器绝缘放电的模式库,为实现电力设备放电性故障的诊断识别奠定了基础。有些诊断方法已成功应用到电力设备监测系统中。研究了依据Weibull分布参数的双故障诊断方法。建立了局部放电脉冲在变压器绕组中传播的频域仿真计算模型,充分考虑了变压器内各频变参数对局部放电信号的影响,研究了不同频率范围内局部放电在变压器绕组中的传播规律,局部放电的电气定位方法,变压器绕组变形的特征量及判据。研究成果获得2003年教育部科技成果进步二等奖。

提出了电力变压器绝缘监测的加信诊断法。通过在电力变压器的三相上分别加上一定波形的激励信号,根据检测系统上响应的变化来进行绝缘诊断,排除了电力变压器局部放电测量时激励的不确定性,信号检测的准确度将大大提高;又由于是在频域上研究三相分别激励下系统传递函数的变化,因而灵敏度将大大提高。这使电力变压器绝缘缺陷的定量分析和定位由不可能变为可能,实现电力变压器绝缘在线监测的理论和方法上的突破。

2)在电气设备在线监测系统的研制方面取得重要进展。在国家自然科学基金重点项目“大型发电机与变压器放电性等故障的在线监测与故障诊断技术”研究成果的基础上,掌握了现场局部放电测试环境下一些干扰源的类型、传播途径以及对局部放电测量影响程度等方面的具体情况,发展了基于信号平均处理技术的平均化降噪算法和基于小波变换技术的小波降噪算法,大大提高了局部放电测量的检测灵敏度以及电力设备绝缘内部微弱局部放电信号的识别水平。提出了基于特高频法与高频法对比测量的联合降噪方法,能够充分利用特高频法优异的抗干扰能力,有效地抑制高频法中各种脉冲型干扰,大大提高了电力设备在线监测系统对放电性故障的检测灵敏度和诊断的可靠性。通过承担国内(广州电力公司,常州供电公司等)和国际(新加坡电网公司,香港中华电力公司)合作项目,开发了高压电力设备局部放电综合检测系统,其性能指标达到了国际先进水平。已先后在新加坡电网公司、香港中华电力公司、美国Edison电力公司、马来西亚电力公司、北京电力公司、徐州电力公司、上海电力公司、广州电力公司等单位进行了现场检测,为电力现场及时发现多次设备故障隐患,为保障电力系统安全运行做出了贡献。目前该检测系统已成为新加坡电网公司检查设备放电型故障的主要检测装置。与福建电力公司合作开发的水电机组状态监测分析诊断系统也已投入运行,效果良好,获得了2003年国家电力公司科技进步三等奖。

3)在大型电力设备可靠性分析方法和寿命评估理论方面进行了深入的研究工作。通过总结历年来发电机和变压器等大型电力设备各种故障和事故统计结果,对发电机和变压器各分系统进行了典型故障模式、故障原因和危害程度的分析,建立了各个分系统的诊断故障树。并在此基础上,构造了发电机和变压器故障诊断决策树,决策树的每一叶都对应着一种具体的故障模式,建立组合神经网络系统模型,实现了对故障的多分辨识别。在分析结果的基础上结合其他电气试验数据和设备的运行情况实现对发电机和变压器故障的综合诊断,有利于合理安排试验计划,提高诊断效率。“电力变压器故障树的建立与分析”获得2004年安徽省科学技术二等奖。

4)高电压测试技术研究领域得到了拓展。在国家自然科学基金的资助下,在国际上首次提出了配电网接地故障定位的加信传递函数法,创新性地把传递函数引入到配电线路的接地故障分析中。该方法选择线路加信端的模量分解中的地模量电流与电压之比值构造传递函数来获得故障信息的,是一种单端加信测量分析的方法。对传递函数的分析主要是在频域进行的,计算和分析都表明传递函数在配电网接地故障定位中能够获得故障位置和线路分支的信息。在配电网接地故障定位的传递函数法的基础上,通过对传递函数频谱特征的进一步分析,将线路的故障特征和分支信息在频谱特征值中的反映归纳和总结,获得关于故障分支信息的分支特征向量和反映故障特征的故障距离特征向量,利用这两组向量提供的信息就可以实现多分支配电网接地故障的定位,最终总结为配电网接地故障定位的特征向量方法。

5)进一步发展了光电测试技术研究方向。承担了《有源式电子式电流互感器研制》等多项研究课题,已有三个型号( 110kV 支柱式、100kV 悬挂式、220kV悬挂式) 电子式电流互感器通过了国家检测中心的所有测试项目, 其中220kV悬挂式电子式电流互感器已于2003年投入实际试运行,并获得成功。参与起草制定了我国第一部电子式互感器方面的标准。

 “十五”期间本研究方向的代表性成果有:

[1]  朱德恒,谈克雄,李福祺,高文胜,大型发电机和变压器放电性等故障的在线监测与诊断技术,获教育部科技进步二等奖,2003

[2]  李福祺,水电机组状态监测分析诊断系统开发研究,国家电力公司科技进步三等奖,2003

[3]  高文胜,刘娜,电力变压器故障树的建立与分析,安徽省科技技术二等奖,2004

[4]  Kai Gao,Kexiong Tan,Fuqi LiPD pattern recognition with six kinds of characteristic vectors using BP networkIEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation, 2002, 9 (3): 381-389

[5]  Lin Du,Jiang Lei,Li Fuqi,Zhu Deheng, Tan Kexiong,On line partial discharge monitoring and diagnostic system for power transformerTsinghua Science and Technology 200510 (5)598-604

[6]  姜磊,朱德恒,李福祺,谈克雄等,基于ANN 的变压器绝缘模型放电模式识别的研究,中国电机工程学报,200121 (1)21-24

[7]    凯,谈克雄,李福祺,发电机线棒模型局部放电的矩特征及模式识别,电工技术学报,200116 (4)61-64

[8]  吴振升,杨学昌,伊贵业,配电网三相不换位线路接地故障定位的传递函数法,中国电机工程学报, 2001,21(12):7~11

[9]  高文胜,王  猛,谈克雄,吴成琦,油纸绝缘中局部放电的典型波形及其频谱特性,中国电机工程学报,200222 (2)1-5

[10] 高文胜,桂峻峰,谈克雄,焦翠坪,局部放电信号在电力变压器绕组传播过程中的畸变,中国电机工程学报,200222 (4)31-36

[11]   凯,谈克雄,李福祺,基于散点集分形特征的局部放电模式识别研究,中国电机工程学报,200222 (5)22-26

[12]   娜,高文胜,谈克雄基于聚类分析的组合神经网络在变压器故障诊断中的应用电工技术学报,200318 (2)83-86

[13]   娜,高文胜,谈克雄,大型电力变压器故障树的构建及分析,中国电力,200336 (11)33-36

桂峻峰,高文胜,谈克雄用结构参数法研究变压器绕组变形判据,清华大学学报(自然科学版)200444 (1)93-96