局部放電基礎(chǔ)研究與應(yīng)用-3課件

1、發(fā)電機(jī)、變壓器放電故障診斷的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用2022/8/205.3 電機(jī)線棒模型放電模式識(shí)別(1) 四種類型2022/8/20 5.3 線棒放電模式識(shí)別(2) 樣本2022/8/20 5.3.1 線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (1) 距離歸類2022/8/20 5.3.1線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (2) 距離歸類2022/8/20 5.3.1 線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (3) 距離歸類2022/8/20 5.3.1 線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (4) 距離歸類2022/8/20 5.3.1 線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (7) 距離歸類2022/8/20 5.3.1 線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (8) 距

2、離歸類2022/8/20 5.3.1 線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (9) 距離歸類2022/8/20 5.3.1 線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (10) 距離歸類2022/8/20 5.3.2 線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (1) 前饋網(wǎng)絡(luò)2022/8/20 5.3.2 線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (2) 前饋網(wǎng)絡(luò)2022/8/20 5.3.2 線棒放電識(shí)別(二維譜圖) (3) 前饋網(wǎng)絡(luò)2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (1) 網(wǎng)絡(luò)組2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (2) 網(wǎng)絡(luò)組2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (3) 表列數(shù)據(jù)20

3、22/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (4) 表列數(shù)據(jù)2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (5) 表列數(shù)據(jù)2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (6) 表列數(shù)據(jù)n 放電程度識(shí)別 前饋網(wǎng)絡(luò)4個(gè)程度識(shí)別子網(wǎng)絡(luò) 與類型數(shù)相同PF、CA、ES程度子塊 5個(gè)輸出結(jié)點(diǎn)SL子塊 4個(gè)輸出結(jié)點(diǎn) 放電程度識(shí)別結(jié)果 待檢樣本被劃分為各種程度的百分率： 5種放電程度時(shí)應(yīng)各占20 % 4種放電程度時(shí)應(yīng)各占25 %2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (7) 表列數(shù)據(jù)2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (8) 表列數(shù)據(jù)2

4、022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (10) 曲面擬合2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (11) 分形特征2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (12) 分形特征2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(三維譜圖) (13) 矩特征2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(二維散點(diǎn)圖) (14) 分形特征2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(二維散點(diǎn)圖) (15) 分形特征2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(二維散點(diǎn)圖) (16) 分形特征2022/8/20 5.3.3 線棒放電識(shí)別(二維散點(diǎn)圖) (17

5、) 分形特征2022/8/20 5.4 變壓器油中放電模式識(shí)別 (1) 放電樣本2022/8/20 5.4 油中放電模式識(shí)別 (2) 網(wǎng)絡(luò)組2022/8/20 5.4 油中放電模式識(shí)別 (3) 網(wǎng)絡(luò)組 ANN - A ANN - O ANN - A1 ANN - A2 ANN - A3 ANN - O1 ANN - O5 ANN - O4 ANN - O2 ANN - O3 ANN - MW M SW M SW M SW M SW M SW M SW M SW M S待檢樣本2022/8/20 5.4 油中放電模式識(shí)別 (4) 第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)2022/8/20 5.4 油中放電模式識(shí)別 (5) 第

6、二級(jí)網(wǎng)絡(luò)2022/8/20 5.4 油中放電模式識(shí)別 (6) 第三級(jí)網(wǎng)絡(luò)2022/8/20 5.4 油中放電模式識(shí)別 (7) 功能擴(kuò)充2022/8/20 5.4 油中放電模式識(shí)別 (8) 功能擴(kuò)充2022/8/20 使用局部放電微機(jī)化聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)裝置 設(shè)計(jì) 5 種油中典型局部放電模型 采集模型放電的聲發(fā)射信號(hào) 分析放電的聲發(fā)射信號(hào) 可以依據(jù)信號(hào) 時(shí)域波形和頻域特性 區(qū)分放電類型6 放電聲信號(hào)檢測(cè)及模式識(shí)別2022/8/20 局部放電微機(jī)化聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)裝置 信號(hào)檢測(cè)單元 預(yù)處理單元 采樣單元 工控機(jī) 配套軟件 信號(hào)檢測(cè)單元 聲發(fā)射傳感器 壓電晶體 帶寬 20 kHz 1 MHz 前置放大器增

7、益 40 dB 6.1 放電聲信號(hào)檢測(cè) (1)2022/8/20 預(yù)處理單元 濾波器 低通、高通濾波電路級(jí)聯(lián)，帶寬可調(diào) 跟隨器：阻抗匹配 衰減器、 放大器：增益 40 dB 緩沖驅(qū)動(dòng)電路 ： 信號(hào)送至輸入阻抗為50 的數(shù)據(jù)采集卡 6.1 放電聲信號(hào)檢測(cè) (2)2022/8/20 采樣單元 數(shù)據(jù)采集卡 4 通道 轉(zhuǎn)換位數(shù)：12位 采樣長度：32k 的整數(shù)倍 / 通道 最大512 k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn) 采樣率：0.5 MHz 10 MHz 外觸發(fā)電路 使數(shù)據(jù)采集與外施工頻試驗(yàn)電壓同步 6.1 放電聲信號(hào)檢測(cè) (3)2022/8/20 工控機(jī)及軟件 軟件 裝置采集參數(shù)，采樣過程 聲信號(hào) 儲(chǔ)存在工控機(jī) 處理軟件

8、 數(shù)字信號(hào)處理 FFT 頻域窄帶濾波 時(shí)域多通帶濾波 小波降噪 等 6.1 放電聲信號(hào)檢測(cè) (4)2022/8/20 模型試驗(yàn) 雙層鋼板屏蔽實(shí)驗(yàn)室 模型 a 氣隙放電 b 油隙放電 c 油紙沿面放電 d 金屬雜質(zhì)放電 e 套管表面放電 檢測(cè)模型局部放電的的聲發(fā)射信號(hào) 6.1 放電聲信號(hào)檢測(cè) (5)2022/8/20 典型 聲發(fā)射 信號(hào)波形 氣隙放電 (a) 油隙放電 (b) 油紙沿面放電 (c) 金屬雜質(zhì)放電 (d) 套管表面放電 (e) 6.2 聲信號(hào) (1)2022/8/20 聲信號(hào)持續(xù)時(shí)間 氣隙放電：微秒數(shù)量級(jí) 其他模型放電：毫秒數(shù)量級(jí) 容易區(qū)分 特征參數(shù) 體現(xiàn)放電聲信號(hào)波形特點(diǎn) 8 種

9、特征參數(shù)提取方法 6.2 聲信號(hào) (2)2022/8/20 在時(shí)域 對(duì)信號(hào)波形數(shù)據(jù)直接進(jìn)行壓縮 比較簡單 以壓縮后的數(shù)據(jù)作為特征量 特征量個(gè)數(shù)：1000 6.3.1 時(shí)域數(shù)據(jù)壓縮 2022/8/20 取得信號(hào)波形頻譜 對(duì)頻譜圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮 相對(duì)比較簡單 以壓縮后的數(shù)據(jù)作為特征量 特征量個(gè)數(shù)：1000 6.3.2 頻域數(shù)據(jù)壓縮 2022/8/20 6.3.3 自相關(guān)函數(shù)法 (1) 脈沖波形時(shí)域數(shù)據(jù)序列 自相關(guān)函數(shù)值 波形特征量 取一定點(diǎn)數(shù)自相關(guān)函數(shù)值 構(gòu)成特征向量 采集放電聲信號(hào)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)序列 x (n), n = 0, 1, , N1 2022/8/20 6.3.3 自相關(guān)函數(shù)法 (2) 聲

10、信號(hào)x (n), n = 0, 1, , N1 相關(guān)函數(shù) 得到對(duì)零點(diǎn)對(duì)稱的 2N1 個(gè)自相關(guān)函數(shù)值 其中N 個(gè)數(shù)據(jù)可作為特征量 取 1000 個(gè)自相關(guān)函數(shù)值 特征量 2022/8/20 6.3.4 協(xié)方差法 聲信號(hào)x (n), n = 0, 1, , N1 信號(hào)波形協(xié)方差 得到兩邊對(duì)稱的 2N1 個(gè)協(xié)方差值 其中 N 個(gè)數(shù)據(jù)可作為特征量 取 1000 個(gè)協(xié)方差值 特征量 2022/8/20 若傅立葉變換長度為128 功率譜數(shù)據(jù)為129個(gè) 取此129個(gè)數(shù)據(jù)作為特征量 6.3.5 經(jīng)典功率譜估計(jì) 直接法 信號(hào)x (n) N點(diǎn)觀察數(shù)據(jù) xN (t) 傅立葉變換 XN (ej) 功率譜估計(jì)值 2022

11、/8/20 6.3.6 時(shí)域頻域特征 時(shí)域波形特征 峰值、前沿、后沿 脈寬 脈沖波形幅度從 50 % 到 50 % 的寬度 峰值因數(shù) 波形峰值除以均方根值 波形因數(shù) 波形平均值除以均方根值 頻域特征 頻譜峰值、 峰值對(duì)應(yīng)頻率 特征量個(gè)數(shù)：8 2022/8/20 6.3.7 時(shí)頻譜圖 (1)2022/8/20 6.3.7 時(shí)頻譜圖 (2)2022/8/20 6.3.7 時(shí)頻譜圖 (3) 若信號(hào) x (t) 的傅立葉變換為 X (j) 信號(hào) x (t) 的 WVD 變換 可證明 Wx (t, ) = WX (, t) 2022/8/20 6.3.7 時(shí)頻譜圖 (4) 最大值 最小值處 的 幅值 時(shí)

12、間 頻率 6個(gè)參數(shù) 特征量 W VD譜圖2022/8/20 6.3.8 AR參數(shù)模型 (1)2022/8/20 6.3.8 AR參數(shù)模型 (2) 自回歸模型：全極點(diǎn)模型 Auto Regressive Mode1：AR 移動(dòng)平均模型：全零點(diǎn)模型 Moving-average Mode1：MA 自回歸-移動(dòng)平均模型零-極點(diǎn)模型 ARMA 2022/8/20 6.3.8 AR參數(shù)模型 (3) AR 模型求解 自相關(guān)函數(shù)法 計(jì)算最簡單，經(jīng)常被使用 Burg算法 信號(hào)估計(jì)較好，計(jì)算不太復(fù)雜 AR模型的階數(shù)為 5 階 用Burg算法 特征量個(gè)數(shù)： 5 2022/8/20 6.4 基于聲信號(hào)波形特征的放電

13、模式識(shí)別 (1)初始模式檢測(cè)信號(hào)干擾抑制特征提取放電模式等待判斷對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)樣板模式待檢模式識(shí)別結(jié)果2022/8/20 6.4 基于聲信號(hào)特征的識(shí)別 (2)2022/8/20 6.4 基于聲信號(hào)特征的識(shí)別 (3) 信號(hào)持續(xù)時(shí)間 易區(qū)分氣隙放電與其他放電模式 相關(guān)函數(shù)法 (1000)、時(shí)頻譜圖法 (6)、 AR參數(shù)模型法 (5) 提取的特征 能較好地反映放電模式間的差異 模式識(shí)別率在 90 % 以上 結(jié)合特征量的數(shù)目 時(shí)頻譜圖法、AR參數(shù)模型法更具優(yōu)越性 2022/8/20 7 結(jié)束語 (1) 發(fā)電機(jī)、變壓器的放電檢測(cè)與故障診斷 基礎(chǔ)研究的關(guān)鍵內(nèi)容 納秒 / 微秒級(jí)放電脈沖電流波形 秒級(jí)放電統(tǒng)計(jì)特性 放電的聲發(fā)射信號(hào)