气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear-GIS)也称作气体绝缘变电站(Gas Insulated Substation-GIS),以其结构紧凑、运行可靠、易于维护等优点而在电力系统中得到广泛应用。但由于GIS结构复杂、制造与检修工艺精细,使部分常规的预防性试验方法难以有效实施,因此,GIS一旦发生故障后果相当严重。为了及时掌握GIS的绝缘状态,保证GIS的安全可靠运行,国内外对GIS局部放电检测技术开展了大量的研究,其中超高频(Ultra High Frequency-UHF)局部放电(Partial Discharge-PD)检测方法具有优越的抗干扰性能与较高的检测灵敏度,成为近年来的研究热点。然而,到目前为止,GIS中的UHF PD检测还是一个尚待深入研究的前沿课题,其难点主要包括:GIS中PD机理及其电磁波传播特性、稳定可靠的检测系统研制、UHF PD信号特征空间的构造与降维以及合理的缺陷类型模式识别方法等。论文从GIS局部放电机理、PD实际电流激发的电磁波以及GIS实际结构条件下电磁波传播特性出发,通过GIS PD检测试验,应用自主开发的UHF PD检测系统获得了大量试验数据,并在此基础上提出了UHF PD包络信号的特征空间构造与降维方法,应用仿生模式识别理论对GIS中的典型绝缘缺陷类型进行了成功识别。论文首先对GIS中UHF PD检测的国内外研究与应用现状进行了综述,概括阐述了GIS内部电磁波传播特性、UHF PD信号分析模式、缺陷类型模式识别以及UHF PD检测系统的研究与应用等方面的研究进展及存在的问题。然后详细分析了GIS中典型绝缘缺陷引发的PD的放电机理,并应用时域有限差分算法,以PD实际电流脉冲作为激励源,研究了GIS实际结构对电磁波传播的影响。仿真结果表明,PD实际电流脉冲与理想高斯脉冲激励的电磁波在上升时间、振荡衰减以及频率成分方面都具有明显差异,而且GIS中的盆式绝缘子、三相共筒以及断路器等实际结构均会对电磁波产生幅值、频率等方面的影响。然后,论文共设计制作了5种典型绝缘缺陷模型,并分别在正泰公司生产的126kV GIS与SIEMENS公司生产的252kV GIS上进行了局部放电UHF PD检测试验,应用自主研制的GIS UHF PD检测系统录取了大量试验数据。进而,论文以UHF PD时域包络信号为分析对象,提出了改进的自适应小波去噪算法及特征空间构造方法,将Weibul分布参数及Mel复倒谱系数引入特征空间,在时域、频域与分布域共提取37个特征参数。在此基础上,提出了改进的核主成分分析法与基于相关系数矩阵的降维算法,同时引入基于粗糙集理论的属性约简方法,用于特征空间的降维。并指出了三种降维算法的适用场合。最后,论文将仿生模式识别理论首次引入局部放电模式识别领域,用于GIS典型绝缘缺陷类型的模式识别。该方法以“认识”及“同源连续性”为基点,完全打破了以往基于“划分”的模式识别思想,具有崭新的特色。本文详细论述了仿生模式识别的基本思想、理论基础与实现方法,在前人研究的基础上提出了新颖的理论解释与计算方法,并与传统的BP神经网络及支持向量机分类方法进行了比较,显示了仿生模式识别方法的优越性。论文结尾,对全文进行了总结,并对下一步的研究工作作了展望。本文的研究成果对于GIS中局部放电机理、UHF PD检测与缺陷类型模式识别及其对GIS运行与检修的指导都具有重要理论价值与现实意义。