高压污秽绝缘子闪络机理及在线监测和风险预警中关键技术研究

摘要

将检测技术应用于高压绝缘子污秽闪络的特征判断，发展基于检测信号的污闪风险预测和综合评价技术对于系统防污能力的进一步提高具有重大意义。随着系统容量的增大和电压等级的不断提高，绝缘子污秽闪络已经成为对电网最具危害的因素之一，统计资料表明，污闪事故的危害程度和造成的损失已经远远超过了雷电冲击和操作过电压等因素，严重威胁着高压电网的可靠性。可以断言，在未来超高压供电等级下，污秽闪络危害性将更大。本文着眼于绝缘子在线监测方法、污闪发生风险预测方法、闪络机理和模型建立、人工污秽试验方法等方面，旨在为建立高效合理的污闪在线监测和预警机制作前期的探索。文中所研究的主要问题有： 1.利用有限元算法和最优化算法进行了模型绝缘子污闪过程中弧压、弧长、泄漏电流、电场分布的计算，有效弥补了传统电荷模拟和电路分析法只能处理外形规则，表面污层分布均匀模型的缺点。 2.在人工污秽试验的基础上，利用方差分析、相关分析、偏相关分析等统计理论详细讨论了污闪发展形成过程中，显著影响泄漏电流的因素，剔除了无效和冗余因素，为建立基于泄漏电流的绝缘子在线监测方法确立了检测信号种类。 3.利用回归分析和逻辑斯蒂回归理论建立了泄漏电流幅值预测模型和大幅值泄漏电流出现几率的预测模型，为检测信号的分析、处理和监测算法中参数的确定提供了依据。 4.针对污闪发展过程中特征信号的具体特征，在借鉴了Bayes分类思想的基础上，设计了一种新型的识别算法，利用该算法可以实现准临闪状态前电弧状态的识别，进而实现该阶段污闪发生风险的计算。 5.利用小波理论找寻了准临闪状态下电弧特征信号的概率分布，并在此基础上引入了极值风险函数来实现该阶段污闪的发生风险预测。详细讨论了该阶段污闪风险和泄漏电流极值的预测算法。 6.在总结对比目前污闪动态模型研究现状的基础上，指明了现有模型的缺陷，通过动态电容的引入和径向电弧延伸的考虑，对现有物理模型进行了改进，并通过状态轨迹图的绘制和仿真结果对比，对改进模型的合理性给出了解释。 7.通过不同条件下污秽过程的建模仿真，讨论了试验变压器所导致的人工试验和电网污闪过程中泄漏电流数据在量级和频谱上的差异，为基于频谱分析的污闪在线监测方法建立和试验数据的修正和预处理提供了依据。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2污闪的机理

1.2.1污秽的沉积

1.2.2污秽受湿

1.2.3干带形成和电弧产生

1.3目前的污闪手段

1.3.1定期清扫

1.3.2调爬增距

1.3.3涂防尘涂料

1.3.4采用新型绝缘子

1.4该领域的研究现状

1.4.1污闪模型研究

1.4.2试验装备及方法研究

1.4.3特征识别方法研究

1.5研究意义

1.6本文的组织结构

第二章 污闪过程的静电场分析

2.1概述

2.2污秽闪络的电场模型及分析

2.3用有限元法来模拟污闪试验

2.3.1模型建立

2.3.2网格划分

2.3.3弧长和泄漏电流关系的仿真

2.3.4临界状态求取

2.3.5形成系数求取

2.3.6弧足处电场强度的分布

2.4仿真结果及对比分析

2.4.1电路分析法计算临界闪络条件

2.4.2恒定电压下电弧发展中电压电流变化

2.4.3临界条件的计算结果

2.4.4形成系数求取结果

2.4.5弧足区域场强分布

2.5一种更加适合临界条件计算的方法

2.5.1一阶最优化算法的原理

2.5.2模型建立和仿真

2.6仿真结果及分析

2.7结论

第三章人工污秽试验数据的统计特征

3.1引言

3.2试验方案

3.3统计分析结果及讨论

3.3.1污秽试验数据方差分析结果

3.3.2相关性分析结果及讨论

3.3.3回归与曲线拟合结果及讨论

3.3.4逻辑回归法处理准临闪状态数据

3.4结果及讨论

第四章 统计模式识别方法用于污秽闪络风险判别

4.1引言

4.2模式识别方法

4.2.1距离分类法

4.2.2基本Bayes和Fisher分类器

4.2.3改造过的Bayes分类器和实现算法

4.3分类结果比较和分析

4.3.1经典分类器结果

4.3.2改进Bayes分类器判断结果

4.4基于模式识别的污闪风险判别

4.5结论

第五章 基于极值风险的闪络预测

5.1引言

5.2小波分析和降噪理论

5.2.1小波变换理论分析

5.2.2小波消噪分析

5.3基于泄漏电流极值风险方程的污闪风险预测

5.3.1小波降噪和信号提取

5.3.2信号概率密度的确定和风险函数定义

5.3.3结果及讨论

5.4结论

第六章污闪模型研究

6.1引言

6.2静态电弧模型

6.2.1静态电弧模型研究现状

6.2.2存在问题

6.3污闪动态模型

6.3.1动态模型现状

6.3.2模型的改进

6.3.3模型合理性分析及验证

6.3.4电弧伏安特性状态轨迹讨论

6.4结论

第七章人工污秽试验和现场污闪的数值差异

7.1引言

7.2考虑饱和及励磁非线性的高压试验变压器模型

7.2.1变压器电磁特性

7.2.3模型建立

7.3仿真结果对比及分析

7.4结论

第八章总结与展望

8.1总结

8.2展望

参考文献

博士期间发表的论文

致谢