金属氧化物避雷器泄漏电流分析与监测方法研究

摘要

金属氧化物避雷器是电力系统重要的过电压保护设备，对电力系统及其设备的安全有效运行具有重要的意义。然而，金属氧化物避雷器长期在线工作受到温度、湿度、各类过电压等的影响会逐渐出现老化劣化等现象最终丧失保护作用;特殊情况下，受损的避雷器会出现爆炸现象，给设备以及工作人员的安全带来很大的危害。因此，如何准确、可靠地对运行中的金属氧化物避雷器进行监测是当前防雷智能化领域的研究重点。 本文研究了金属氧化物避雷器在线监测信号的噪声抑制和利用问题，提出基于CEEMDAN的避雷器在线监测信号去噪算法。分析了谐波电压对传统容性电流提取算法的影响，在经典容性电流算法基础上，提出避雷器在线监测信号的谐波校正方法。引入粒子群算法提取避雷器阻性泄漏电流，利用梯度下降法对粒子群局部寻优能力进行优化，提出基于混合粒子群算法的金属氧化物避雷器在线监测方法。具体的研究重点如下: 基于CEEMDAN的避雷器监测信号去噪方法，将含噪电流信号分解成一系列固有模态函数(IMF)，对分解后的IMF进行自相关分析，选出有用信号和含噪分量，对含噪的IMF进行SG(Savitzky-Golay)滤波去噪，将经过滤波的模态函数与剩余的模态分量进行重构得到消噪后的泄漏电流信号。MATLAB仿真结果表明:正常情况和老化情况下的避雷器去噪后的泄漏电流均方根误差(正常:3.2098×10-5，老化:0.0025)比去噪前的(正常:2.4509×10-4，老化:0.0173)均降低了一个数量级，可以在保留有用信号的基础上有效的去处避雷器信号中的噪声，提高避雷器在线监测数据的质量。 传统的容性电流补偿算法并未考虑谐波电压的作用，对监测结果产生很大的误差。根据电压过零时避雷器阻性电流与容性电流的关系求解避雷器晶界电容C，并推导谐波电压下的容性电流补偿系数G，提出了一种金属氧化物避雷器在线监测的谐波电压校正方法。仿真结果表明，通过避雷器在线监测谐波校正方法，避雷器晶界电容C、基波阻性电流分量iR1、3次谐波阻性电流分量iR3误差均≤10％，有效地减小谐波电压给监测结果带来的影响，降低了阻性电流提取的误差，提高了避雷器在线监测结果的准确性。 根据金属氧化物泄漏电流的分量特性，利用粒子群算法良好的寻优拟合能力，结合梯度下降法在局部寻优方面的优势，提出了基于混合粒子群算法(HPSO)的避雷器阻性漏流分量提取算法，发现在阻性泄漏电流提取上结合梯度下降法的混合粒子群算法与粒子群算法(PSO)效果差异明显，HPSO所得的泄漏电流均方根误差(不含谐波:2.6291×10-6;含谐波:2.4917×10-5)比PSO所得结果(不含谐波:1.0385×10-4;含谐波:1.2×10-3)降低了两个数量级;所得反应避雷器老化劣化的特性参数α的误差(不含谐波:0.086％;含谐波1.594％:)小于PSO所得误差(不含谐波:9.895％;含谐波17.963％:)。 通过对金属氧化避雷器在线监测信号的研究提取分析，结合集成经验模态分解、自相关分析、谐波校正、混合粒子群算法等理论方法，提出了金属氧化物避雷器在线监测信号去噪和避雷器阻性电流分量提取算法，较好的缓解了噪声对避雷器在线监测信号的干扰，提高了金属氧化物避雷器在线监测结果的可靠性、准确性，对避雷器的智能化在线安全监测具有一定的理论意义和实际应用价值。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．3论文研究内容

1．4论文组织结构

第二章金属氧化物避雷器老化劣化机理概述

2．1氧化锌压敏电阻基本结构

2．2金属氧化物避雷器阀片双肖特基势垒导电理论

2．3金属氧化物阀片的老化劣化

2．4金属氧化物避雷器等效模型

2．5本章小结

第三章金属氧化物避雷器监测信号中噪声的抑制与利用

3．1经验模态分解理论

3．2自相关函数分析和SG滤波

3．3基于CEEMDAN的避雷器在线监测信号去噪算法

3．4金属氧化物避雷器在线监测信号的去噪实验与分析

3．4．1未老化的避雷器仿真分析

3．4．2老化的避雷器仿真分析

3．5本章小结

第四章金属氧化物避雷器在线监测信号的谐波分析及校正

4．1．1金属氧化物避雷器泄漏电流特性分析

4．1．2容性电流补偿算法

4．1．3谐波电压分析与校正

4．2谐波电压校正算法的MATLAB仿真实验与分析

4．3本章小结

第五章基于混合粒子群算法的金属氧化物避雷器在线监测

5．1一粒子群算法理论

5．2基于混合粒子群算法的避雷器在线监测算法

5．3避雷器在线监测仿真实验

5．3．1混合粒子群算法对监测结果的影响

5．3．2谐波电压对混合粒子群算法的影响

5．4本章小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2创新与特色

6．3展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士学位期间学术成果