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        基于特高頻法的GIS局部放電典型缺陷檢測(cè)及模式識(shí)別

        2015-12-25 07:39:10張?chǎng)?秦孝來,唐振威
        機(jī)電信息 2015年24期
        關(guān)鍵詞:局部放電模式識(shí)別

        基于特高頻法的GIS局部放電典型缺陷檢測(cè)及模式識(shí)別

        張?chǎng)吻匦硖普裢迱?/p>

        (國網(wǎng)遼寧營口供電公司,遼寧 營口 115000)

        摘要:GIS局部放電檢測(cè)是GIS絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)的一種科學(xué)有效的方法。當(dāng)今,局部放電信號(hào)類型的識(shí)別越來越受到電氣試驗(yàn)技術(shù)人員的重視?,F(xiàn)基于特高頻檢測(cè)方法,對(duì)GIS局部放電中幾種典型缺陷的檢測(cè)及模式識(shí)別進(jìn)行研究。

        關(guān)鍵詞:特高頻;局部放電;典型缺陷;模式識(shí)別

        收稿日期:2015-07-23

        作者簡介:張?chǎng)?1982—),男,遼寧營口人,技師,工程師,從事高電壓與絕緣監(jiān)測(cè)工作。

        0引言

        氣體絕緣組合電器具有安全運(yùn)行可靠性高、占地面積小、受外界干擾小等優(yōu)點(diǎn),因此在城市供電的封閉式變電站中得到廣泛應(yīng)用。GIS事故主要由絕緣故障引起,而絕緣故障早期的主要表現(xiàn)形式是局部放電(Partial Discharge,PD),它既是引起絕緣劣化的主要原因,又是表征絕緣狀況的特征量。

        1GIS局部放電典型缺陷

        國內(nèi)外研究者根據(jù)大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)研究,歸納出以下幾種PD典型缺陷:

        (1) 自由金屬顆粒放電。設(shè)備制造、組裝和操作過程中容易產(chǎn)生微粒,這些微粒在交流電場(chǎng)中發(fā)生隨機(jī)性位移,在移動(dòng)過程中靠近GIS腔體高壓導(dǎo)體部分,在接觸前極易引發(fā)局部放電。自由金屬顆粒比固定金屬顆粒產(chǎn)生局部放電的可能性高出10倍以上。

        (2) 懸浮電位放電。此指設(shè)備內(nèi)部元器件松動(dòng)形成反復(fù)放電特征,此放電信號(hào)比較容易檢測(cè)出來。

        (3) 金屬尖端放電。GIS由于制造和組裝過程中工藝不良,不小心在腔體內(nèi)壁產(chǎn)生的鋒利毛刺,在正常工頻狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生擊穿放電,但在快速暫態(tài)過電壓作用下,會(huì)成為引發(fā)局放的很大的安全隱患。

        (4) 沿面放電。絕緣表面臟污、其他異物引發(fā)的絕緣沿面放電。

        (5) 內(nèi)部氣隙放電。由于制造工藝不良,絕緣器件存在間隙、裂痕或氣泡等缺陷,導(dǎo)致在試驗(yàn)電壓下發(fā)生閃絡(luò)所形成的表面樹形放電跡象。

        2特高頻法基本原理

        GIS腔體中PD源會(huì)產(chǎn)生電脈沖、氣體分解物、超聲波、電磁輻射、光、熱以及能量的損耗等特征,我們可以依據(jù)這些特征分別采用多種檢測(cè)手段對(duì)GIS腔體進(jìn)行PD檢測(cè)。目前,特高頻(Ultra-high Frequency,UHF)法檢測(cè)技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛。

        PD會(huì)產(chǎn)生頻率在300 MHz以上的特高頻電磁波信號(hào),且傳播過程中衰減較快,但此頻段可有效避開電暈干擾,提高信噪比。GIS設(shè)備屬于金屬同軸構(gòu)造,電磁信號(hào)可以沿著它有效地進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播,并通過GIS上眾多的盆式絕緣子等非鐵磁材料透射出來,再通過安置在不同位置的傳感器運(yùn)用有限時(shí)域差分法對(duì)放電源進(jìn)行定位。

        3模式識(shí)別

        3.1特征參量的提取

        不同的PD類型對(duì)應(yīng)的二維圖譜(PRPD)不同,得到的統(tǒng)計(jì)參數(shù)值也不同。本文采用統(tǒng)計(jì)參數(shù)法提取特征參量,進(jìn)而描述各類圖譜的特征。通過提取PRPD圖譜的統(tǒng)計(jì)算子,進(jìn)而可對(duì)局部放電進(jìn)行模式識(shí)別,分析放電過程、放電類型、放電特性。統(tǒng)計(jì)算子就是對(duì)各類圖譜反映的信息量分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到定量參數(shù)描述圖譜的特征。統(tǒng)計(jì)算子包括:偏斜度SK、突出度KU、放電量因數(shù)Q、相位不對(duì)稱度Φ和互相關(guān)系數(shù)cc。

        3.1.1偏斜度

        (1)

        當(dāng)偏斜度SK=0時(shí),表示圖譜左右完全對(duì)稱正態(tài)分布;當(dāng)SK>0時(shí),表示圖譜較正態(tài)分布偏向左;當(dāng)SK<0時(shí),表示圖譜較正態(tài)分布偏向右。

        式(1)中,pi、μ和σ分別為概率、均值和標(biāo)準(zhǔn)差,其公式分別如下:

        (2)

        (3)

        (4)

        3.1.2突出度

        (5)

        Ku=0表示突出度符合正態(tài)分布,Ku<0表示較正態(tài)分布緩和,Ku>0表示較正態(tài)分布陡峭。

        3.1.3放電量因數(shù)

        (6)

        3.1.4相位不對(duì)稱度

        (7)

        相位不對(duì)稱度反映了表征放電起始電壓在正半周和負(fù)半周所對(duì)應(yīng)的相位的比值。

        3.1.5互相關(guān)系數(shù)

        (8)

        當(dāng)cc≈1時(shí),表示圖譜正負(fù)半周的輪廓相似;cc≈0時(shí),表示圖譜輪廓差異較大。

        3.2識(shí)別的結(jié)果

        現(xiàn)對(duì)GIS中局部放電UHF的幾種典型圖譜介紹如下:

        3.2.1自由金屬顆粒放電

        放電幅值分布較廣,放電時(shí)間間隔不穩(wěn)定,其極性效應(yīng)不明顯,在整個(gè)工頻周期相位均有放電信號(hào)分布,如圖1所示。

        圖1 自由金屬顆粒放電

        3.2.2懸浮電位放電

        放電脈沖幅值穩(wěn)定,且相鄰放電時(shí)間間隔基本一致。當(dāng)懸浮金屬體不對(duì)稱時(shí),正負(fù)半波檢測(cè)信號(hào)有極性差異,如圖2所示。

        圖2 懸浮電位放電

        3.2.3金屬尖端放電

        放電次數(shù)較多,放電幅值分散性小,時(shí)間間隔均勻。放電初期通常僅在工頻相位的負(fù)半周出現(xiàn);放電變強(qiáng)時(shí),正負(fù)半周會(huì)出現(xiàn)一強(qiáng)一弱的情況,如圖3所示。

        圖3 金屬尖端放電

        3.2.4沿面放電

        放電幅值分散性較大,放電時(shí)間間隔不穩(wěn)定,極性效應(yīng)不明顯,如圖4所示。

        圖4 沿面放電

        3.2.5內(nèi)部氣隙放電

        放電次數(shù)少,周期重復(fù)性低。放電幅值也較分散,但放電相位較穩(wěn)定,無明顯極性效應(yīng),如圖5所示。

        圖5 內(nèi)部氣隙放電

        4結(jié)語

        當(dāng)今,局部放電信號(hào)類型的識(shí)別越來越受到電氣試驗(yàn)技術(shù)人員的重視。本文基于特高頻檢測(cè)方法,對(duì)GIS局部放電幾種典型缺陷的檢測(cè)及模式識(shí)別進(jìn)行研究,具有一定的應(yīng)用指導(dǎo)價(jià)值。鑒于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中,不排除有一定的干擾信號(hào),所以以上圖譜與試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下可能有所差距。因此,研究更高級(jí)別的專家診斷識(shí)別系統(tǒng),有利于提升模式識(shí)別的精準(zhǔn)性。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]楊圓,李成榕.典型GIS局部放電超聲波信號(hào)特征研究[J].現(xiàn)代電力,2009,26(5):18-23.

        [2]律方成,張波.基于超聲波法的GIS絕緣缺陷類型識(shí)別[J].電測(cè)與儀表,2014,51(14):22-26.

        [3]丁登偉,唐誠,高文勝,等.GIS中典型局部放電的頻譜特征及傳播特性[J].高電壓技術(shù),2014,40(10):3243-3251.

        [4]程序,顏廷利,詹花茂,等.GIS中局部放電UHF信號(hào)傳播特性研究[J].高壓電器,2014,50(5):30-35.

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