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基于混沌特性的变压器局部放电特征提取及绝缘劣化的诊断

作　者: 郑升讯
导　师: 廖瑞金
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 油纸绝缘局部放电特征提取混沌 Lyapunov指数
分类号: TM401.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

局部放电对油纸绝缘带来多方面影响,首先产生高能粒子切断分子链导致介质破坏,其次引发局部温升使介质损耗增加,最后生成的活性气体对介质表层氧化、腐蚀。绝缘破坏与局部放电之间形成的恶性循环,最终有可能导致绝缘击穿。同时,局部放电也是监测和评价绝缘状态最为直接的参考量之一,实际经验表明绝缘材料的缺陷劣化程度和局部放电特性之间有着紧密的联系。因此,对局部放电的监测以及对局部放电特征量的提取和状态评估有利于及时发现油纸绝缘的潜伏性缺陷,并确定油纸绝缘局部缺陷的劣化程度,从而有助于保障电力设备的稳定安全运行。本文首先设计了一种模拟变压器绕组匝间绝缘的油纸绝缘模型,并搭建了多样品击穿平台,以实现在室温下同时对多组油纸绝缘模型进行击穿实验。通过双参数Weibull对不同电压下的击穿时间进行分析,得到样品的寿命模型参数,然后根据寿命模型估算出局部放电应施加的劣化电压,并采用恒定电压法连续采集油纸绝缘从放电开始到击穿整个劣化过程中的超高频局部放电信号。运用混沌理论提取油纸绝缘劣化过程中的局部放电特征参量并分析其变化规律,最后把所提取的混沌特征参量作为输入,采用BP人工神经网络对缺陷的劣化程度进行了识别。论文主要得出以下结论:①通过在不同外施电压下对油纸绝缘绕组模型进行击穿实验,结果表明其击穿时间很好地符合双参数Weibull分布,可以用双参数Weibull分布对击穿数据进行处理,并在此基础上计算得到油纸绝缘绕组模型的反幂寿命模型为L=8.8×1015U-12.94。②通过对超高频局部放电时间序列进行混沌特征分析,构造了时间序列的奇怪吸引子,并提取吸引子的最大Lyapunov指数、关联维数和K熵三个混沌特征参量,发现了文中油纸绝缘模型局部放电过程中存在混沌现象,可以用混沌理论来分析来油纸绝缘局部放电特性。③提出局部放电的混沌特征参量可作为评估油纸绝缘局部劣化程度的特征参量。通过对油纸绝缘局部放电劣化过程中的时间序列进行混沌特性分析,发现随局部缺陷劣化的发展,最大Lyapunov指数有增长趋势,但存在一定波动;关联维数没有单调变化的趋势,但存在有复杂的非线性变化;K熵在开始时迅速减小而后期增大。④通过比较不同外施电压下的油纸绝缘局部放电混沌特征参量,发现了随着施加电压的提高,最大Lyapunov指数减小、关联维数的波动性增加,K熵值增大。⑤将局部放电劣化划分为5个阶段,应用BP人工神经网络模型,以局部放电的混沌参量作为输入,对油纸绝缘缺陷发展程度进行了评估,发现BP网络可以在一定误差范围内诊断出油纸绝缘局部劣化状态,其中L-M算法是较为合理的油纸绝缘局部缺陷劣化状况诊断的BP网络算法,对5个劣化阶段的识别率最低为70%,一般在80%及以上。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 变压器油纸绝缘局部放电检测的研究意义  10-11
  1.2 局部放电的检测方法  11-13
  1.3 绝缘介质的电劣化  13-14
  1.4 局部放电特征参量在绝缘劣化研究中的进展  14-16
  1.5 混沌理论的发展及研究现状  16-17
  1.6 本文研究的主要内容  17-18
2 油纸绝缘局部放电劣化实验  18-34
  2.1 引言  18
  2.2 绕组匝间绝缘缺陷的试验模型  18-20
  2.3 油纸绝缘电寿命实验  20-29
    2.3.1 加速寿命实验的定义及基本实验方法  21
    2.3.2 油纸绝缘电劣化寿命模型  21-22
    2.3.3 Weibull 分布在寿命分析中的应用  22-23
    2.3.4 电寿命实验设计  23-25
    2.3.5 电寿命实验步骤  25
    2.3.6 电击穿实验结果及分析  25-28
    2.3.7 油纸绝缘电寿命模型参数的选择  28-29
  2.4 局部放电劣化实验  29-33
  2.5 油纸绝缘局部放电实验结果  33
  2.6 小结  33-34
3 局部放电劣化混沌特征参量提取  34-52
  3.1 引言  34
  3.2 混沌的定义及主要特征  34-35
    3.2.1 混沌的定义  34-35
    3.2.2 混沌的主要特征  35
  3.3 混沌相空间重构理论及方法  35-36
    3.3.1 相空间重构  35-36
    3.3.2 相空间重构时延和嵌入维数的选择  36
  3.4 混沌特征参量的定义  36-37
    3.4.1 Lyapunov 指数  36
    3.4.2 分形维数  36-37
    3.4.3 Kolmogorov 熵  37
  3.5 局部放电混沌特征参量的提取  37-46
    3.5.1 局部放电时间序列具有混沌特性  38-39
    3.5.2 局部放电时间序列Lyapunov 指数的计算  39-44
    3.5.3 局部放电时间序列关联维数的计算  44-46
    3.5.4 局部放电时间序列K 熵的计算  46
  3.6 局部放电混沌特征参量的计算结果与分析  46-49
  3.7 小结  49-52
4 基于 BP 神经网络的局部放电导致油纸绝缘劣化诊断  52-64
  4.1 引言  52
  4.2 人工神经网络理论基础  52-54
    4.2.1 人工神经元模型  52-54
    4.2.2 人工神经网络的学习方式  54
  4.3 BP 神经网络  54-57
    4.3.1 BP 神经网络的结构  55
    4.3.2 BP 神经网络的改进算法  55-57
  4.4 油纸绝缘局部放电劣化识别的BP 神经网络的建立  57-58
    4.4.1 开发工具的选择  57
    4.4.2 BP 网络输入层和输出层的确定  57
    4.4.3 样本数据的预处理  57-58
    4.4.4 激活函数的选择  58
    4.4.5 隐含层及隐含层神经元数的确定  58
  4.5 基于BP 神经网络油纸绝缘缺陷劣化状况的诊断及分析  58-63
    4.5.1 网络训练及测试样本  58-59
    4.5.2 BP 标准算法的诊断及分析  59-61
    4.5.3 改进BP 网络算法的诊断及分析  61-63
  4.6 小结  63-64
5 结论与展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-72
附录  72
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  72
  B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目  72

基于混沌特性的变压器局部放电特征提取及绝缘劣化的诊断

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