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电网安全直接关系到国家公共安全。输配电设备中，大型电力变压器一旦发生故障，不仅严重威胁到人身安全，而且会带来国民经济的重大损失。因此，加强变压器的在线监测与故障诊断，对提高变压器和整个电网的安全运行水平，具有十分重要的理论和实际意义。气隙放电（又称内部放电）是最常见的变压器局部放电类型。由于气隙放电是一个长期的复杂动态过程，随时间、电压的不同会有很大差异，其放电模式也会在不同的阶段有不同的特征。然而目前对气隙放电的大量研究工作仍把某一个发展阶段的气隙放电作为研究对象，通常是中后期的气隙放电。在放电的中后期，气隙放电在对绝缘进行了长时间的劣化作用，已经有了极大的危害性，绝缘可能面临失效的风险。因此对变压器油纸绝缘气隙放电发展过程特性的研究，有助于全面了解气隙放电产生及发展的机理，判断气隙放电对绝缘性能的损害程度，提高变压器在线监测的准确性，完善变压器故障诊断方法。对于将放电故障扼杀在萌芽状态，避免事故的发生具有重要意义。 论文结合油纸绝缘气隙放电发展过程的关键参数的理论分析和推导，仿真分析气隙放电经典等效电路模型不同参数元件的引入对放电仿真波形的影响，提出一种改进的气隙放电等效电路模型，为深入研究气隙放电的发展及阶段划分奠定了理论基础；基于实验室模拟气隙放电试验平台，采用恒压法，基于局部放电脉冲电流法原理检测获取了气隙放电在不同放电阶段大量的试验样本，研究气隙放电信号特征发展变化规律；优化提取特征参量，并采用模糊C-均值聚类分析方法对气隙放电的发展阶段进行有效划分；研究气隙放电在不同发展阶段油中溶解气体的变化规律，基于典型相关分析方法原理，对发展过程中的气隙放电能量特征参数与油中溶解气体含量进行相关性分析，提出一种基于油中溶解气体的变压器油纸绝缘气隙放电发展阶段的诊断方法。取得的主要创新性成果有： ①分析研究了与气隙放电发展过程密切相关的起始放电电压、气隙放电幅值、平均统计时延、放电重复率和PRPD特征等参数的计算公式。深入研究气隙放电等效电路模型中放电电阻、空间电荷、残余电压等模拟元件及参数大小对模拟气隙放电波形的影响。为了更好地模拟空间电荷和残余电压的影响，提出一种引入受控电流源和受控开关的改进气隙放电等效电路模型，通过调节模型参数，可以更为真实地模拟实际气隙放电波形。 ②基于试验室模拟变压器气隙放电试验平台，采用恒压法研究变压器油纸绝缘气隙放电从产生、发展到最终击穿整个过程中基本特征量、统计特征量及放电能量特征量的放电特性变化规律。通过放电能量参数的研究，发现将放电重复率引入放电能量的计算公式中能更好地反映气隙放电的发展特征，提出了单位时间累积放电能量这一新特征参量用于描述气隙放电发展过程中的能量变化。 ③优化提取了表征气隙放电发展特性的特征量。采用核主成分分析方法对29维统计特征进行降维，得到8维新统计特征量。此外，构造放电相位与放电能量和次数的φ-W-n三维图谱，得到了相应的相位-能量灰度图像，并提取基于放电能量-相位灰度图像的小波矩特征量，描述不同发展阶段放电能量特征。将统计特征和小波矩能量特征同时作为输入，采用模糊C-均值聚类分析方法在无任何先验知识的情况下，将气隙放电的发展阶段有效划分为四个阶段:放电产生阶段、放电震荡发展阶段、放电爆发阶段、放电预击穿阶段。 ④研究了气隙放电发展过程中油中产生七种溶解气体的含量、绝对产气速率和部分特征比值的变化规律，引入典型相关分析定性分析了气隙放电信号特征和油中溶解气体的关联性，发现H2、CH4、CO、C2H2的绝对产气速率以及特征比值CH4/H2，C2H2/CH4随放电发展特征明显，基于相关分析结果，提出一种通过油中溶解气体特征对不同发展阶段气隙放电的诊断方法。经实验室验证,该方法具有一定的有效性。