基于特高頻法的GIS局部放電典型缺陷檢測及模式識別

基于特高頻法的GIS局部放電典型缺陷檢測及模式識別

張鑫秦孝來唐振威崔悅

(國網(wǎng)遼寧營口供電公司，遼寧 營口 115000)

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

關(guān)鍵詞：特高頻；局部放電；典型缺陷；模式識別

收稿日期：2015-07-23

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

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中發(fā)生隨機(jī)性位移，在移動過程中靠近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)部元器件松動形成反復(fù)放電特征，此放電信號比較容易檢測出來。

(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)下不會發(fā)生擊穿放電，但在快速暫態(tài)過電壓作用下，會成為引發(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手段對GIS腔體進(jìn)行PD檢測。目前，特高頻(Ultra-high Frequency，UHF)法檢測技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛。

PD會產(chǎn)生頻率在300 MHz以上的特高頻電磁波信號，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)域差分法對放電源進(jìn)行定位。

3模式識別

3.1特征參量的提取

不同的PD類型對應(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)而可對局部放電進(jìn)行模式識別，分析放電過程、放電類型、放電特性。統(tǒng)計(jì)算子就是對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相位不對稱度

(7)

相位不對稱度反映了表征放電起始電壓在正半周和負(fù)半周所對應(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識別的結(jié)果

現(xiàn)對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)懸浮金屬體不對稱時(shí)，正負(fù)半波檢測信號有極性差異，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，局部放電信號類型的識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方法，對GIS局部放電幾種典型缺陷的檢測及模式識別進(jìn)行研究，具有一定的應(yīng)用指導(dǎo)價(jià)值。鑒于現(xiàn)場環(huán)境中，不排除有一定的干擾信號，所以以上圖譜與試驗(yàn)現(xiàn)場環(huán)境下可能有所差距。因此，研究更高級別的專家診斷識別系統(tǒng)，有利于提升模式識別的精準(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絕緣缺陷類型識別[J].電測與儀表，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信號傳播特性研究[J].高壓電器，2014，50(5)：30-35.