光纤电流互感器故障诊断方法研究文献综述

 2022-09-23 20:32:56

  1. 文献综述(或调研报告):

当今社会,电早已走进千家万户,电网是高效快捷的能源输送通道和优化配置平台,是能源电力可持续发展的关键环节,在现代能源供应体系中发挥着重要的枢纽作用,关系国家能源安全。2010年以来,国家电网规模增长近一倍,保障了经济社会发展对能源电力的需求。2017年,公司经营区全社会用电量5。0万亿千瓦时,最高用电负荷8。3亿千瓦,装机13。8亿千瓦。截至2017年底,110(66)千伏及以上输电线路长度98。7万公里、变电(换流)容量43。3千亿伏安。其中,电力系统常常采用传统的电磁式互感器进行测量;然而,传统的电磁式互感器存在着绝缘性不好,精度不高,接口容易松动等一系列的缺陷,伴随着现代材料技术、微电子技术以及通讯技术的飞速发展,为了满足现代人对智能电网的现实需求,光纤互感器以其体积小、质量轻、灵敏度高、绝缘性好、抗干扰能力强、测量精度高、无爆炸风险等一系列突出的优势脱颖而出[1]。

光纤互感器的原理是利用磁光晶体的法拉弟效应,激光束通过光纤,并经起偏器产生偏振光,经自聚焦透镜人射到磁光晶体,在电流产生的外磁场作用下,偏振面旋转一个角度,通过测量该角度可以计算出被测电流的值[2]。原理图如图1。

图1 法拉第效应原理图

当前人们对光纤电子互感器的研究的重心主要放在减小漂移,保持性能稳定和尽可能提高测量精度这些方面上,世界各国科学家也在这些问题上取得了重大成就。然而,从众多科学文献中来看,对于光纤电子互感器如何进行故障诊断以及如何提高故障诊断的准确度和效率这一领域仍然需要进一步的研究和探讨。

故障诊断首先要求人们能够判断发生了故障,进一步进行故障排查判断是何处发生了故障,并且确定发生了哪一种故障,最后要采取相应的措施消除故障,从而优化系统功能,延长系统寿命。

故障诊断的方式不一而足,应用领域也是多种多样。比如,清华大学提出基于大数据挖掘技术的输变电设备故障诊断方法,主要介绍了设备故障模式聚类算法、状态参量相关性分析算法以及基于相关性矩阵的故障诊断方法等基于大数据分析的设备故障诊断关键技术[3];北京的郭冬梅等人提出了高压电力电缆护层电流在线监测及故障诊断技术,就高压电力电缆护层电流的主要故障以及电流在线监测的原理进行分析,然后结合实际对故障监测诊断技术的应用详细探究[4];南京工业大学的孙炎平等人提出了基于E MD-HMM的转盘轴承故障诊断方法,针对转盘轴承故障振动信号非线性、非平稳性的特点,提出了一种将经验模态分解与隐马尔可夫模型相结合的故障诊断方法[5];南昌航空大学的李志农提出了基于变分模态分解的机械故障诊断方法,将VMD引入到机械故障诊断中,提出一种基于VMD的机械故障诊断方法,并与集合经验模态分解(EEMD)方法进行对比分析[6]等等。故障诊断有利于人们了解系统运行概况,早日发现故障,排除故障,保护人身安全以及财产安全。

由于光纤电子互感器内部起着主要作用的是光学元器件以及一些电子元器件,而且这些器件是否可靠直接影响整个系统的性能以及可靠性。研究者从实际出发,针对光纤电子互感器的实际特点,制定出一套行之有效的法案迫在眉睫。

小波分析是当前应用数学和工程学科中一个迅速发展的新领域。小波分析的概念是由法国从事石油信号处理的工程师J。Morlet在1974年首先提出的,通过物理的直观和信号处理的实际经验的需要建立了反演公式,当时未能得到数学家的认可。幸运的是,早在七十年代,A。Calderon表示定理的发现、Hardy空间的原子分解和无条件基的深入研究为小波变换的诞生做了理论上的准备,而且J。O。Stromberg还构造了历史上非常类似于当前的小波基;1986年著名数学家Y。Meyer偶然构造出一个真正的小波基,并与S。Mallat合作建立了构造小波基的统一方法加多尺度分析之后,小波分析才开始蓬勃发展起来。它与Fourier变换、窗口Fourier变换(Gabor变换)相比,这是一个时间和频率的局域变换,因而能有效的从信号中提取信息,通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析(Multiscale Analysis),解决了Fourier变换不能解决的许多困难问题,从而小波变化被誉为'数学显微镜',它是调和分析发展史上里程碑式的进展。

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