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第４期张晓星等：基于多重分形维数的ＧＩＳ局部放电模式识别５９９
作者根据ＧＩＳ设备绝缘缺陷放电形式和特点，分别设计了４种ＧＩＳ模拟装置内局部放电物理模型：（１）金属突出物缺陷；（２）自由金属微粒缺陷；（３）绝缘子表面固定金属微粒缺陷；（４）气隙缺陷。
图２（ａ）是高压电极上金属突出物缺陷的物理模型，本文采用在内导体表面径向安装一根银针来模拟这种放电类型，经过大量观察和试验，选取径向高度为５～１５ｍｍ的银针；图２（ｂ）是自由金属微粒缺陷物理模型。考虑到只有较轻、较小的微粒在电场作用下更容易起跳，因此选用０．５Ｉｎｎ×１ｉＹｌｎ３的矩形锡箔微粒；图２（Ｃ）是绝缘子金属污染物物理模型。作者用１０ｒａｉｎ×２ｍｍ的锡箔纸粘于绝缘子上面模拟此缺陷；图２（ｄ）是气隙缺陷物理模型。ＧＩＳ内部绝缘子和内导体问的交界处会出现一定的间隙，增加了交界处的电场强度，产生局部放电，造成ＧＩＳ绝缘破坏。本文选用Ａｒ＝１ｍｍ的气隙来模拟该缺陷类型。
（ａ）高压电极上金属突出物缺陷
（ａ）Ｍｅｔａｌｌｉｃｏｕｔｓｈｏｏｔｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔｏｎ
ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
内森１石导八
霹盔翟誓盈翟溢蓉卜—卜＿．）
Ｉ！攀二！虫奎微粒弋影
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（ｂ）自由金属微粒缺陷
（ｂ）Ｆｒｅｅｍｅｔａｌｌｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔ一一（Ｃ）绝缘子金属污染物（ｃ）Ｆｉｘｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ
（ｄ）气隙缺陷
（ｄ）Ａｉｒｇａｐｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔ
图２ＧＩＳ绝缘缺陷物理模型
Ｆｉｇ．２ＰｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｏｆｉｎｓｕｌａｔｅｄｄｅｆｅｃｔｓｉｎＧＩＳ３．２四种局部放电缺陷的放电图谱
本文在实验室中采用ＧＩＳ模拟装置构成甚高频检测系统，其系统结构如图３所示，用模拟带宽１ＧＨｚ，采样频率２０ＧＳ／ｓ，存储深度为双４８ＭＢ的ＷａｖｅＰｒｏ７１００高速数字存储示波器记录局放波形。采用灵敏度高的内置圆环传感器采集局放信号，同时从电容分压器上取工频信号提供相位信息。
阱
塔
噬
漤
繁
图３局部放电测量系统
Ｆｉｇ．３Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｏｆｐａｒｔｉａｌｄｉｓｃｈａｒｇｅ
对采集的局部放电序列，根据测定的噪声设置阈值，提取大于阈值的放电脉冲信号，然后记录放电脉冲的幅值和发生的工频相位，构造妒一ｑ—ｎ三维图谱【５Ｉ，如图４所示。
图４四种缺陷产生的典型局部放电图谱
Ｆｉｇ．４ＳｐｅｃｔｒａｆｏｒｔｙｐｉｃａｌＰＤｓｕＩ＇ｆａｃｅｏｆｆｏｕｒｋｉｎｄｓｏｆ
ｄｅｆｅｃｔｓ
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仪器仪表学报第２８卷
图４四种缺陷产生的典型局部放电图谱Ｆｉｇ．４ＳｐｅｃｔｒａｆｏｒｔｙｐｉｃａｌＰＤｓｕｒｆａｃｃｏｆｆｏｕｒｋｉｎｄｓｏｆｄｅｆｅｃｔｓ
４多重分形特征提取和ＲＢＦ神经网络模式识别
４．１局放信号的特征提取
多重分形方法考虑了系统的局域行为及分形在其形成过程中不同层次的特征，因而可以全面有效地对局放图谱进行描述。因此本文结合局部放电图谱的特性，基于多重分形概念的基础上，提出以下几个特征：
（１）选取原始局放信号图谱的差盒维数Ｄ；、，Ｄｉ（正负半周）为前两个特征工以；
（２）由于用单一的分形维数来描述局放灰度图不够详尽，而且一般真实纹理都不是理想分形，因此引入多重分形来表示具有各向异性和不均匀尺度属性的自相似分布。由式（９）计算得出图谱的多重分形的维数Ｄ？、Ｄｉ、聪、咙、联、巧；计算中发现，ｇ＝１１后，Ｄ。在图谱的正负半周的变化均趋于稳定，因此选取Ｄｊ，Ｄ，ｊ作为另外２个分形的特征。按照上述方法，可得到多重分形特征六～厶；
（３）局部放电图谱正负半周区域内的重心，反映了局部放电发生区域的偏斜程度，在统计意义上描述了所有像素点的整体分布情况，选取该特征量有助于局部放电模式的识别。
根据矩特征的定义，数字图像某区域尺的（Ｐ＋ｑ）阶原点矩为。１“：
ｍ。＝∑∑ｘ９ｙｑｆ（ｘ，），），ｘ，ｙ∈Ｒ（１１）以戈，Ｙ）为数字图像（戈，Ｙ）点上的灰度值。当Ｐ＋ｑ＝０时，ｍ。。为０阶矩，是函数以戈，Ｙ）的积分。以０阶矩为分母对１阶矩进行归一化处理，可得到图像的灰度中心坐标：
ｒ戈２ｍｌｏ／ｍ００
１一
ｌｙ２ｍｏｌ／ｍ００
（１２）石坐标即相位妒，ｙ坐标即放电量ｇ，分别计算正负半周的图谱的重心，即选取妒＋、驴一、ｑ＋和ｑ一作为灰度重心
的特征＾。～＾。。
４．２局部放电类型识别
实验样本由４种放电缺陷模型在不同的实验电压下测得，每类１４０个有效放电样本，为进一步比较多重分形和采取单一分形特征的模式识别和区分能力，首先计算文献［５］所述的４个特征量一局放图谱正负半周的差盒维数和信息维数（Ｄ；、Ｄｉ、Ｄ。＋、Ｄｉ），为便于观察和分析，将结果绘制成图形曲线，如图５所示，图中线段长度代表维数在各个样本中的取值区间，线段中的矩形黑点代表均值。
（ａ）金属突出物
（ａ）Ｍｅｔａｌｌｉｃｏｕｔｓｈｏｏｔｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔ
上
ｏ
０ｌ２３４
缺陷类型
（ｂ）自由金属微粒
（ｂ）Ｆｒｅｅｍｅｔａｌｌｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔ
缺陷类犁
（ｄ）气隙
（ｄ）Ａｉｒｇａｐｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔ
图５四种缺陷放电图像差盒维数和信息维数分布图Ｆｉｇ．５Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｂｏｘｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｃａｕｓｅｄｂｙｆｏｕｒｋｉｎｄｓｏｆ
ｄｅｆｅｃｔｓ 万方数据
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仪器仪表学报第２８卷
１６（１０）：１３２９—１３３４．
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作者简介
张晓星，男，１９７２年７月出生，２００６年于
重庆大学获得博士学位，现为重庆大学副教
授，主要研究方向为高压电气设备绝缘在线
监测和故障诊断研究。
地址：重庆市沙坪坝重庆大学电气学
院，４０００４４电话：０２３—６５１１１７９５—８２１５；Ｅ—ｍａｉｌ：ｍｉｋｅｚｘｘ＠ｔｏｍ．ｔｏｍ
ＺｈａｎｇＸｉａｏｘｉｎｇ，ｍａｌｅ，ｂｏｒｎｉｎＪｕｌｙ１９７２，ｉｎＱｉａｎｊｉａｎｇｃｉｔｙ，Ｈｕｂｅｉｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ．ＨｅｒｅｃｅｉｖｅｄＰｈＤｆｒｏｍＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉ—
ｖｅｒｓｉｔｙｉｎ２００６．Ｓｉｎｃｅ２００３ｈｅｊｏｉｎｅｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌ—ｌｅｇｅｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｉｎａ，ｗｈｅｒｅｈｅｉｓａｎａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ．Ｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｓａｒｅｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｅｌｅｃｔｒｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ．
Ａｄｄｒｅｓｓ：ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｓｈａｐｉｎｇｂａｂｏｒｏｕｇｈ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ
Ｔｅｌ：＋８６－２３－６５１１１７９５—８２１５；Ｅ—ｍａｉｌ：ｍｉｋｅｚｘｘ＠ｔｏｍ．ｃｏｎ
唐炬，男，１９６０年４月出生，现为重庆
大学教授，博士生导师，主要研究方向为高
压电气设备绝缘在线监测和故障诊断研究。
Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｑｔａｎｇｊｕ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ
ＴａｎｇＪｕ，ｍａｌｅ，ｂｏｒｎｉｎＡｐｒｉｌ１９６０，ｉｎ
Ｐｅｎｇｘｉｃｉｔｙ，Ｓｉｃｈｕａｎｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ．Ｈｅｒｅ—ｃｅｉｖｅｄＰｈＤｆｒｏｍＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎ２００４，Ｎｏｗｈｅｉｓｐｒｏ—ｆｅｓｓｏｒｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｓａｒｅｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｅｌｅｃｔｒｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ．
Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｑｔａｎｇｊｕ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｅｏｍ 万方数据
基于多重分形维数的GIS局部放电模式识别
作者：张晓星， 唐炬， 孙才新， 周倩， 许中荣， Zhang Xiaoxing， Tang ju， Sun Caixin ， Zhou Qian， Xu Zhongrong
作者单位：重庆大学电气工程学院高电压与电工新技术教育部重点实验室,重庆,400044
刊名：
仪器仪表学报
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT
年，卷(期)：2007,28(4)
被引用次数：4次
参考文献(14条)
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/be2632678.html,/Periodical_yqyb200704004.aspx