GIS內(nèi)多絕緣缺陷產(chǎn)生混合局部放電信號的分離研究

郭海 李德

摘要：為對GIS內(nèi)多絕緣缺陷所產(chǎn)生的單-PD信號予以辨別，文章對多PD信號特點予以分析，借此對PD信號于GIS內(nèi)傳播及混合機制開展深層次分析，并對GIS內(nèi)多絕緣缺陷同時所產(chǎn)生的多PD信號開展深層次研究，無限逼近信號混合模型、真實物理模型間差距。以考慮PD信號延遲為基礎(chǔ)，對多PD信號予以辨別，以此對GIS內(nèi)多絕緣缺陷加以辨別。

關(guān)鍵詞：GIS;多絕緣缺陷;混合局部放電信號

中圖分類號：TM835 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945{2019）12-0014-02

氣體絕緣組合電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)所具備的復(fù)雜性及絕緣缺陷類型所具備的多態(tài)性導(dǎo)致存在多種絕緣缺陷可能性較高，因此，需對兩種組合絕緣缺陷產(chǎn)生局部放電混合信號開展分離研究，結(jié)合PD混合信號開展分離研究，借助小波去噪手段，將PD信號所受到的信號干擾降至較低，實現(xiàn)PD信號的一定還原，將此作為GIS內(nèi)多絕緣缺陷產(chǎn)生辨別依據(jù)。此外，也借助實測等方式對多PD信號進行有效分離，對多PD信號產(chǎn)生原因予以部分辨別，對GIS內(nèi)多絕緣缺陷予以辨別。

1GIS概述

氣體絕緣組合電器（Gas Insulated Switchgear，GIS）具備維護工作量小、占地面積較小及運行穩(wěn)定等優(yōu)勢，于城市電網(wǎng)建設(shè)、城市電網(wǎng)改造中得以廣泛應(yīng)用。據(jù)國內(nèi)外相關(guān)文獻顯示，因GIS內(nèi)部多會無可避免的產(chǎn)生多種絕緣缺陷致使局部放電（Partial Discharge，PD）產(chǎn)生。因GIS組成具備體積龐大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜及組建單元較多等特點，為各類絕緣缺陷于GIS內(nèi)不同部位發(fā)展、產(chǎn)生創(chuàng)造相應(yīng)條件，此外，因PD信號所具備的分散性、隨機性，使得GIS內(nèi)多絕緣缺陷辨別具備較高復(fù)雜程度。

2多PD信號特點

GIS內(nèi)單一絕緣缺陷產(chǎn)生的PD信號于沿近似同軸波導(dǎo)的腔體傳播過程中，腔體內(nèi)交叉接頭、彎角部件、盆式絕緣子等同SF6共同組成傳播介質(zhì)，此種傳播介質(zhì)具備不均勻等特點，使得電磁波于腔體內(nèi)產(chǎn)生透射、色散及反射等物理傳播過程，衰減電磁波能量，使得PD特點波形衰退時間較長。此外，若PD信號沿同軸波導(dǎo)路徑向腔內(nèi)盡頭傳播，且產(chǎn)生多次反射，此時經(jīng)反射電磁波將再次被相同傳感器檢測。于PD信號波形呈現(xiàn)方面則為落后在PD特性波形的振蕩信號。反射波能量同PD信號特性相較而言具備較大衰竭幅度。所以，PD信號實則為反映電磁波傳播間距反射波形、表征絕緣缺陷種類的特性波形二者的疊加、混合。PD信號借助物理傳播流程可讓將電磁波能量于傳播途中不斷衰減，所以，GIS外置傳感器于實際檢測中產(chǎn)生PD距離是有限的。絕緣缺陷于不同位置的相同時間所產(chǎn)生的多PD信號，據(jù)相同傳感器位置較近PD源能量同相距傳感器較遠的PD源能量相較而言，能量較大。PD信號產(chǎn)生來源即為對PD信號波形的主要反映。所以，實際上，結(jié)合某一傳感器開展分析可得，其余較遠信號均可視作干擾予以消除，僅將主要信號予以保留即可。此外，針對GIS內(nèi)多絕緣缺陷所構(gòu)成的PD信號于腔體內(nèi)開展異向，或同向傳播時，除具備信號混合、幅值加減外，還具備不同信號的相對傳播時延過程，使得外置傳感器所檢查到的信號并非均為PD信號的簡單疊加，此類信號具備互相干擾、幅值衰減、相對傳播時延等復(fù)雜性較強的混合流程。

3多PD信號分離

3.1單-PD信號檢測及分析

借助實驗室GIS模擬研究平臺，先對所創(chuàng)建的4類典型絕緣缺陷分別獨立開展產(chǎn)生PD實驗，隨后將4類典型絕緣缺陷以兩兩組合方式開展PD實驗，借助外置UHF傳感器對PD信號加以檢測并實行分離，將分裂信號同單一信號予以比對分析。借助已創(chuàng)建高壓導(dǎo)體金屬突出物（簡稱為N類缺陷）、絕緣子氣隙（簡稱為G類缺陷）、自由金屬微粒（簡稱為P類缺陷）及絕緣子污染（簡稱為M類缺陷），將此四類典型缺陷模型分別放置在GIS內(nèi)，外部施電壓，當各絕緣缺陷產(chǎn)生穩(wěn)定PD信號時停止，借助安裝于絕緣子外側(cè)UHF傳感器對各PD信號行檢測，分別所測得信號波形如圖1。

結(jié)合表1對去噪前后所估計信噪比行比較發(fā)現(xiàn)，各PD信號經(jīng)去噪后信噪比均得以大幅升高且均至少為20dB，借此可充分表明噪聲對各PD信號干擾已降至較小。于理論角度而言，任何去噪手段均無法將噪聲干擾予以徹底消除，對真實信號予以還原。所以，本研究將去噪后所得各PD信號視作單獨絕緣缺陷多產(chǎn)生的真實信號，便于開展后續(xù)比較工作。不同絕緣缺陷所對應(yīng)PD波形均各有差異。此外，于信號特征波形后，還存在部分較小信號能量反射波。此類現(xiàn)象主要產(chǎn)生原因即為信號于GIS傳播過程中遭遇GIS管壁產(chǎn)生反射所致。由此也可表明，所產(chǎn)生反射波因GIS空間差異，波形也存在一定差異。

3.2兩絕緣缺陷多信號檢測及分析

將上述4類絕緣缺陷行兩兩分組可至少得出4組絕緣缺陷物理模型，詳細分組如下：（1）N類、M類;（2）P類、G類;（3）N類、P類;（4）M類、G類。于上文所述實驗平臺中以分組形式開展絕緣缺陷實驗，但外施電壓達到相應(yīng)數(shù)值時，2類絕緣缺陷將會同時產(chǎn)生穩(wěn)定PD信號，借助性能相同的2個天線傳感器對PD信號行檢測，以P類、G類組為例，實測多PD信號。

結(jié)合實測多PD信號觀察可得，噪聲干擾現(xiàn)象較為嚴重，同樣借助小波去噪法對此組信號行去噪，將噪聲污染所造成的干擾降至較低。

對各組多PD信號去噪前后信噪比行比對，便于針對干擾程度行評價，發(fā)現(xiàn)多PD信號波形發(fā)射波形、特征波形間具備較大差異，所以，實測多PD信號不可直接作為判別GIS內(nèi)絕緣缺陷類型判定依據(jù)。若盲目借助此類多PD信號對絕緣缺陷類型行比對，勢必得出錯誤結(jié)論，因此需對混合信號行分離，將單一PD信號加以還原方可為后續(xù)辨別提供參考依據(jù)。

4結(jié)束語

針對GIS內(nèi)多絕緣缺陷可能產(chǎn)生的多PD混合信號難以辨別現(xiàn)象，可借助實測手段對各絕緣缺陷所產(chǎn)生PD信號了解，借助小波降噪法盡可能將噪聲干擾降至較低，將PD信號予以還原，為GIS內(nèi)多絕緣缺陷辨別提供相應(yīng)參考數(shù)據(jù)。其中，需注意的是不可盲目借助多PD信號對絕緣缺陷類型行比對，需先將混合信號行分離后，還原單一信號方可為絕緣缺陷辨別提供參考，提高對GIS內(nèi)多絕緣缺陷辨別準確性。