高频与脉冲电应力下局部放电检测方法的研究

摘要

随着电力电子技术和器件在高压领域的发展与进步，高频高压智能设备如换流阀阳极饱和电抗器、高频电力电子变压器等得到广泛应用。但由于设备长期受到强高频与脉冲电应力作用，其复杂苛刻工况，目前已设计或投入运行设备绝缘过早失效已成为普遍且突出的问题。局部放电检测是考察与评估绝缘状态有效的手段之一，但面临高脉冲重复率、陡上升/下降沿电压波形，常规局放检测方法已经失效，因此，迫切需求一种适用于高频与脉冲电应力下局部放电检测方法，并以此来研究局部放电行为与影响因素，为高频高压智能设备绝缘设计与状态评估奠定测试方法的基础。
　　文中通过高频电流传感器、耦合电容器、示波器等搭建高频局部放电试验平台，给出了一套系统的适用于高频与脉冲电应力下的局部放电检系统，具体包括:利用高频电流传感器测量局部放电脉冲电流信号，通过并联耦合电容器的差分处理提高测量结果信噪比，然后经基于经验模态分解(EMD)的小波阈值去噪方法对信号进行阈值降噪、分解重构、极性判别提取有效局部放电量、放电次数、相位等特征量。
　　局部放电量是局放检测中最重要的参量之一，文中基于卷积模型与方波响应实验获取传感器频率响应特性，利用基于增量的Wiener反卷积模型对测量结果进行波形还原，解决了传感器高频响应失真与局部放电量校正问题，并以此得到了单一局部放电脉冲电流信号的放电量。
　　此外，基于上述硬件构架与软件设计思路，文中基于Labview开发了一套局部放电检测系统，对局放数据进行实时采集与处理，从而便于批量便捷分析与提取局部放电特征量。
　　为模拟换流阀阳极饱和电抗器与高频电力电子变压器的实际运行工况，文中设计了典型电极与类饱和电抗器电极，依据实验数据与理论分析工作，探究了高频与脉冲电应力下局部放电行为及其频率、电压幅值等对其影响程度，并通过空间电荷的驻留积累效应对实验现象与绝缘过早破坏现象进行讨论分析，指出高电压上升率与快速翻转是造成绝缘破坏的首要因素。为验证其上述实验中频率对局部放电与材料绝缘破坏影响的相关性，文中使用SEM电镜扫面方法观测其聚酰亚胺绝缘表面击穿点位置附近微观劣化程度，并指出温度与频率对绝缘劣化程度造成的不同影响，且与工频工况下绝缘劣化程度有很大不同。
　　本文中的实验数据以及仿真工作，对高频智能设备的绝缘状态评估与全寿命周期管理有重要的理论价值和现实意义，对大量已建直流输电系统的安全稳定性以及现有设备的运检、更新工作提供一定的指导价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 高频与脉冲电应力下电气设备的绝缘技术发展现状

1．1．1 高频电力电子变压器的绝缘技术发展现状

1．1．2 换流阀阳极饱和电抗器的绝缘技术发展现状

1．2 高频与脉冲电压下绝缘局部放电检测的研究现状

1．2．1 高压与脉冲局部放电测量方法的研究现状

1．2．2 局部放电去噪与剔除干扰方法的研究现状

1．2．3 局部放电量的校正研究现状

1．2．4 高频与脉冲电应力下局部放电特性的研究现状

1．3 本文的主要内容

第二章 高频与脉冲电应力下局部放电的测量与去噪

2．1 高频与脉冲电压下局部放电检测系统

2．2 局部放电测量的步骤与基本方法

2．3 高频与脉冲电压下局部放电信号去噪技术

2．3．1 常用信号去噪技术对比

2．3．2 基于经验模态分解的小波阈值去噪

第三章 局部放电量的校正与校正

3．1 高频电流传感器的基本原理

3．2 局部放电量校正技术路线

3．2．1 Wiener滤波器的构造

3．2．2 增量Wiener反卷积还原

3．3 反卷积仿真与实验

第四章 局部放电软件平台的搭建

4．1 软件简介

4．2 数据采集与处理模块的设计

4．3 统计与分析模块的设计

第五章 高频与脉冲电应力下局部放电特性

5．1 实验流程与试品

5．2 工频、高频与脉冲电应力下局部放电特性的比较

5．3 高频电应力下局部放电特性与影响因素

5．3．1 频率对局部放电特征量的影响

5．3．2 电压上升时间对局部放电特征量的影响

5．4 脉冲电压应力下局部放电特性与影响因素

5．5 高频与脉冲电压下局部放电机理的讨论

5．5．1 局部放电基本机理

5．5．2 高频电应力下局部放电机理

5．5．3 脉冲电应力下局部放电机理

5．6 局部放电对绝缘表面形貌破坏

5．6．1 扫描电镜SEM实验流程

5．6．2 扫描电镜SEM实验结果与分析

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文