國網(wǎng)天津市電力公司城西供電分公司 王 磊

目前，基于單放電源的GIS缺陷診斷的研究已經(jīng)較為成熟，但是多放電源的識別研究較少，能夠有效應(yīng)用于現(xiàn)場的技術(shù)更少，但是現(xiàn)在經(jīng)常出現(xiàn)多放電源同時存在的情況，無論是空間干擾疊加GIS內(nèi)部放電，還是GIS內(nèi)部存在多點(diǎn)放電，這些情況都嚴(yán)重困擾著現(xiàn)場運(yùn)維人員，為GIS安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患[1-3]。

1 幅比聚類方法

1.1 幅比聚類原理

相位統(tǒng)計(jì)分布譜圖（PRPD）是GIS局部放電類型識別的重要依據(jù)，懸浮放電、尖端放電等不同的放電類型，其PRPD圖譜也不一樣，根據(jù)這些不同圖譜的不同特征，可以有效對GIS局部放電類型進(jìn)行區(qū)分、識別。但是當(dāng)設(shè)備內(nèi)部存在兩種或兩種以上放電，或者空間中存在大量放電干擾時，檢測傳感器所接收的圖譜是多種信號疊加后的圖譜，這樣圖譜不具有典型性，為現(xiàn)場判斷帶來困難，致使檢測人員無法有效識別放電類型。

針對以上問題，本文提出了一種基于幅比聚類的GIS多點(diǎn)放電分離技術(shù)，基本原理是不同放電點(diǎn)產(chǎn)生的局放信號，其到達(dá)不同檢測傳感器的傳播路徑、傳播時間和能量衰減均不一樣，但是不同傳感器接收同一放電源產(chǎn)生的局放信號，其幅值比一定會在某一個區(qū)間范圍內(nèi)，通過聚類計(jì)算方法，可以有效將不同放電點(diǎn)產(chǎn)生的局放信號圖譜分離出來。

當(dāng)GIS存在多點(diǎn)放電情況時，通過計(jì)算兩個或以上不同傳感器所接收的信號的同步脈沖幅值的比值，并繪制幅比分布圖，根據(jù)圖中的尖峰數(shù)可以判斷出放電源的個數(shù)，也可以進(jìn)一步分離放電圖譜。具體做法如下：在GIS不同可檢測特高頻信號的位置安裝兩個或兩個以上局放傳感器；提取接收圖譜的同步脈沖幅值Vi及相位φi，并根據(jù)判斷條件-相位差⊿φ≤0.5°來判斷是否為同步脈沖；通過計(jì)算兩傳感器接收的時域波形上的所有同步脈沖的幅值之比Ri，并進(jìn)行相位幅值（φi，Vi）標(biāo)記；對幅比Ri進(jìn)行聚類分析將不同放電模式的脈沖分離開來；根據(jù)相位幅值（φi，Vi）信息映射出每類放電脈沖的統(tǒng)計(jì)圖譜。

1.2 幅比聚類方法在空氣中的試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)方法：本試驗(yàn)加壓回路需要采取無局放試驗(yàn)方式，因此電源采用隔離變壓器加試驗(yàn)變壓器來實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)變壓器最高電壓可升到110kV，隔離變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)高、低壓電源回路中的電氣隔離，以避免干擾引入。試驗(yàn)變壓器末端出現(xiàn)，接保護(hù)電阻，保護(hù)電阻后再接金屬導(dǎo)桿，金屬導(dǎo)桿主要用來放置放電模型。常見的懸浮放電模型為螺栓系在金屬導(dǎo)桿上，尖端放電的模型為金屬絲掛在金屬導(dǎo)桿上，干擾源采用實(shí)驗(yàn)室中的日光燈，在距離5m位置分別放置傳感器1和傳感器2，試驗(yàn)時可以通過調(diào)整兩個傳感器、放電源、干擾源的相對位置，研究不同的聚類分離效果。尖端放電的起始放電電壓為41kV。試驗(yàn)?zāi)Ｐ头烹娊M合：尖刺+日光燈；試驗(yàn)電壓44kV。

圖1 試驗(yàn)測試回路及放電模型

試驗(yàn)結(jié)果分析：圖2（a）為采用兩組傳感器同步檢測到的尖端放電與日光燈干擾的PRPD和幅比分布圖，從圖中可以看到兩個明顯的特征峰，因此可以判斷這是兩種不同放電的圖譜疊加。通過進(jìn)一步放電圖譜分析后得到圖2（b）和圖2（c），從這二者中可以清晰獲得尖端放電和日光燈干擾的典型圖譜，從而準(zhǔn)確識別放電類型。

圖2 尖端放電與日光燈干擾的分離

1.3 實(shí)驗(yàn)室中真型GIS平臺上局放檢測的驗(yàn)證

1.3.1 試驗(yàn)方法

如圖3所示，在110kV GIS真型試驗(yàn)平臺上分別布置尖端放電和懸浮放電兩種模型。尖端放電模型是通過在高壓導(dǎo)體上掛銅線的方式實(shí)現(xiàn)，銅線長約2cm，直徑0.5mm；懸浮放電模型是在高壓母線上懸掛一個M8的螺母，螺母和高壓母線形成懸浮電位。經(jīng)過前期試驗(yàn)可得，尖端放電的起始放電電壓約為35kV，懸浮放電的起始放電電壓約為32kV。當(dāng)試驗(yàn)電壓加到36kV時，二者均產(chǎn)生穩(wěn)定的放電信號，傳感器1和傳感器2分別布置在兩個盆式絕緣子的澆筑孔上。

圖3 放電模型布置

1.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

傳感器1和傳感器2接收到的局放信號如圖4（a）和圖4（b）所示。

將圖4進(jìn)行圖譜分離，分離方法如下：分別計(jì)算傳感器1和傳感器2所接收的信號同步脈沖幅值V1和V2；計(jì)算V1和V2的比值，再進(jìn)行歸類，獲得如圖4（c）所示的分離圖譜，分離后的圖譜信號明顯為二簇；最后將脈沖映射后的PRPD疊加圖譜如圖5（a）也進(jìn)行分離，可獲得如圖5（b）和圖5（c）的分離圖譜，圖譜為典型的懸浮放電和尖端放電。

圖5 放電疊加圖譜

由以上試驗(yàn)驗(yàn)證可知，本文提出的多點(diǎn)放電的幅比分離技術(shù)能夠有效的實(shí)現(xiàn)不同放電源疊加后的復(fù)雜信號的分離，輔助放電信號的類型識別。另外，在多次重復(fù)試驗(yàn)的過程中，發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用本文提出的幅比聚類方法進(jìn)行多點(diǎn)放電圖譜分離時，當(dāng)不同放電源位置比較接近，或局放信號在到達(dá)兩個傳感器之間的傳播路徑和能量衰減比較接近時，本方法有一定的局限性，誤差較大，但是可以通過調(diào)整不同傳感器的位置和傳感器的朝向，人為來改變信號從不同放電源至傳感器的傳播路徑，然后再分離，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2 幅比聚類方法在現(xiàn)場中的應(yīng)用

現(xiàn)場檢測。本文進(jìn)一步通過現(xiàn)場檢測的方式驗(yàn)證幅比聚類方法的分離有效性，在某個110kV GIS站室內(nèi)進(jìn)行了一次檢測。站內(nèi)布置情況和檢測位置如圖6所示，檢測結(jié)果如圖7所示。

圖6 站內(nèi)GIS布置情況

圖7 檢測結(jié)果

由圖7可知，幅比分布圖為明顯的三簇放電，分離后的放電圖譜如圖8所示，由于分離后的第一簇和第二簇放電圖譜相位特征毫無規(guī)律，因此判斷為干擾信號，第三簇為360°相位分布類出現(xiàn)單簇，典型的尖端放電圖譜。

圖8 分離后的三種放電統(tǒng)計(jì)譜圖

進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)C相隔離開關(guān)處，導(dǎo)體上存在毛刺和劃痕，實(shí)際結(jié)果與檢測結(jié)果一致。

3 結(jié)語

針對多種放電故障同時存在的情況，本文提出了一種基于幅比聚類的GIS多點(diǎn)放電分離技術(shù)，并通過空氣中試驗(yàn)、GIS實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證以及GIS現(xiàn)場檢測中驗(yàn)證，證明此技術(shù)可有效分離多種放電疊加后的放電圖譜，能對多點(diǎn)放電進(jìn)行準(zhǔn)確分離，從而便于各放電源的識別與定位，提高GIS中多點(diǎn)放電的缺陷診斷的準(zhǔn)確率。值得注意的是，當(dāng)不同放電源位置比較接近或局放信號在到達(dá)兩個傳感器之間的傳播路徑和能量衰減比較接近時，本方法有一定的局限性，誤差較大，但是可以通過調(diào)整不同傳感器的位置和傳感器的朝向，人為來改變信號從不同放電源至傳感器的傳播路徑，然后再分離，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。