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絕緣狀態監測的一種科學有效的方法。當今，局部放電信號類型的識別越來越受到電氣試驗技術人員的重視。現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行研究。

關鍵詞：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測工作。

0引言

氣體絕緣組合電器具有安全運行可靠性高、占地面積小、受外界干擾小等優點，因此在城市供電的封閉式變電站中得到廣泛應用。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

國內外研究者根據大量的現場實際經驗研究，歸納出以下幾種PD典型缺陷：

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

(2) 懸浮電位放電。此指設備內部元器件松動形成反復放電特征，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，不小心在腔體內壁產生的鋒利毛刺，在正常工頻狀態下不會發生擊穿放電，但在快速暫態過電壓作用下，會成為引發局放的很大的安全隱患。

(4) 沿面放電。絕緣表面臟污、其他異物引發的絕緣沿面放電。

(5) 內部氣隙放電。由于制造工藝不良，絕緣器件存在間隙、裂痕或氣泡等缺陷，導致在試驗電壓下發生閃絡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，我們可以依據這些特征分別采用多種檢測手段對GIS腔體進行PD檢測。目前，特高頻(Ultra-high Frequency，UHF)法檢測技術在電力系統中應用比較廣泛。

PD會產生頻率在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設備屬于金屬同軸構造，電磁信號可以沿著它有效地進行遠距離傳播，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用有限時域差分法對放電源進行定位。

3模式識別

3.1特征參量的提取

不同的PD類型對應的二維圖譜(PRPD)不同，得到的統計參數值也不同。本文采用統計參數法提取特征參量，進而描述各類圖譜的特征。通過提取PRPD圖譜的統計算子，進而可對局部放電進行模式識別，分析放電過程、放電類型、放電特性。統計算子就是對各類圖譜反映的信息量分布進行統計分析，得到定量參數描述圖譜的特征。統計算子包括：偏斜度SK、突出度KU、放電量因數Q、相位不對稱度Φ和互相關系數cc。

3.1.1偏斜度

(1)

當偏斜度SK=0時，表示圖譜左右完全對稱正態分布；當SK>0時，表示圖譜較正態分布偏向左；當SK<0時，表示圖譜較正態分布偏向右。

式(1)中，pi、μ和σ分別為概率、均值和標準差，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分布，Ku<0表示較正態分布緩和，Ku>0表示較正態分布陡峭。

3.1.3放電量因數

(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半周所對應的相位的比值。

3.1.5互相關系數

(8)

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

3.2識別的結果

現對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，放電時間間隔不穩定，其極性效應不明顯，在整個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

放電脈沖幅值穩定，且相鄰放電時間間隔基本一致。當懸浮金屬體不對稱時，正負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

放電次數較多，放電幅值分散性小，時間間隔均勻。放電初期通常僅在工頻相位的負半周出現；放電變強時，正負半周會出現一強一弱的情況，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，放電時間間隔不穩定，極性效應不明顯，如圖4所示。

圖4　沿面放電

3.2.5內部氣隙放電

放電次數少，周期重復性低。放電幅值也較分散，但放電相位較穩定，無明顯極性效應，如圖5所示。

圖5　內部氣隙放電

4結語

當今，局部放電信號類型的識別越來越受到電氣試驗技術人員的重視。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行研究，具有一定的應用指導價值。鑒于現場環境中，不排除有一定的干擾信號，所以以上圖譜與試驗現場環境下可能有所差距。因此，研究更高級別的專家診斷識別系統，有利于提升模式識別的精準性。

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