CN108896891A - 一种基于特高频法的gis多源局部放电分离识别方法 - Google Patents

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何金
滕开雯
王永宁
张弛
张黎明
黄朝
陈荣
房克荣
李小叶
张金生
绳菲菲
徐业朝
姚倩云
赵夏楠
刘海波
孙自琨
常亚楠
王靖瑞
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Abstract

本发明公开了一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法，包括如下步骤：(1)构建特征参量样本数据库；(2)通过不同位置的多个特高频传感器同步检测局部放电放信号，提取同步脉冲的幅值Vi及相位φi，判断同步脉冲的条件为相位差⊿φ≤0.5°；(3)计算两传感器接收的时域波形上的所有同步脉冲的幅值之比Ri，并进行相位幅值(φi，Vi)标记；(4)对Ri进行聚类分析并分离不同放电模式的脉冲；(5)根据相位幅值(φi，Vi)信息映射出每类放电脉冲的统计图谱；(6)计算各类放电脉冲的特征参量，与样本数据库对比识别局部放电类型。该方法提高了局部放电检测的有效性和后续故障诊断的准确性。

Description

一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法
技术领域
本发明涉及电力设备绝缘状态评估技术领域，尤其是一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法。
背景技术
近年来随着电力工业的飞速发展，气体绝缘金属封闭组合电器(GasInsulatedSwitch-gear，简称GIS)被广泛应用于电力***。它是将除电力变压器以外的变电站一次设备封闭于充有一定压力SF6气体的金属外壳内，而形成的组合电器。与常规敞开式开关设备相比，其具有开断能力强、故障率低、安装维护方便、占地空间小等优点。
GIS设备具备上述优点的同时，然而，GIS设备内部结构部件由于制造和装配工艺不达标，设备本身存在缺陷，在运行电场和电动力等因素下，绝缘子内部纵向裂纹不断延伸、扩大，致使绝缘子内部发生贯穿性放电，最终导致GIS设备绝缘破坏，影响着设备的可靠运行。因此，十分有必要对SF6气体绝缘电气设备的早期绝缘状况进行有效的评估和预警。
目前许多学者针对单一放电源的模式识别做了大量工作，并获得了较好的结果，但存在脉冲型干扰的情况下，数据经过统计分析就会出现多种放电故障的放电模式谱图叠加或相互覆盖的情况，对局部放电故障的模式识别带来很大困难，影响了模式识别技术的有效性和准确性。因此，实际应用中必须首先将不同放电故障的信号以及干扰信号分离来，才能对局部放电故障类型信号进行进一步的识别和判断。
绝缘问题是造成组合电器故障的主要原因，因而准确辨识和评估GIS内部绝缘故障，是保障设备和***经济运行的基本需要，也是实现GIS状态检修和设备全寿命周期经济管理的必要基础。而气体绝缘电气设备多源局部放电分离识别技术不仅在学术上具有重要的科学研究意义，亦具有很好的工程应用价值。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法，其提高了局部放电检测的有效性和后续故障诊断的准确性。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法，包括如下步骤：
(1)在实验室建立模拟GIS中母线尖刺、悬浮放电、自由金属微粒放电、绝缘子沿面放电的典型缺陷的实验室模型，采用特高频装置测量局部放电信息，并计算时间重心等效时长T、频率重心等效带宽F和频域信息熵Hf作为局部放电模式识别特征参量，绘制成谱图、T-F谱图、谱图、T-Hf谱图，通过多次实验与参量计算构建特征参量样本数据库；
(2)通过安装于不同位置的两个或多个特高频传感器同步检测局部放电放信号，提取同步脉冲的幅值Vi及相位φi，判断同步脉冲的条件为相位差⊿φ≤0.5°；
(3)计算多个特高频传感器中的任意两个特高频传感器接收的时域波形上的所有同步脉冲的幅值之比Ri，并对同步脉冲进行相位幅值(φi，Vi)标记；
(4)将信号按照比值进行归类，如果信号分簇不是十分明显，可采取对数显示方式，将在一定范围内的同步脉冲映射至叠加的放电谱图之中进行谱图分离；
(5)根据相位幅值(φi，Vi)信息映射出每类放电脉冲的统计图谱；
(6)计算各类单一放电脉冲的局部放电信息，计算时间重心等效时长T、频率重心等效带宽F和频域信息熵Hf作为局部放电模式识别特征参量，绘制成谱图、T-F谱图、谱图、T-Hf谱图，与样本数据库对比识别局部放电类型。
本发明进一步改进在于，局部放电点在相位幅值(φi，Vi)统计谱图中呈现多区域分布，其中，多区域分布表明缺陷包含多个方电源，每个区域对应由单一放电源产生的局部放电。
本发明进一步改进在于，当多放电源存在时，通过提取多个特高频传感器中的任意两个特高频传感器接收信号的同步脉冲幅值之比，绘制幅比分布图，从幅比分布图的尖峰数便可判断放电源的个数并进行放电脉冲的分离。
本发明进一步改进在于，计算局部放电时域信号的时间重心等效时长T、频率重心等效带宽F和频域信息熵Hf的计算方法为：
式中：SN(t)表示局部放电信号的时域表达式，SN(ω)表示局部放电信号的频域表达式，p表示局部放电信号的功率谱，t表示时间变量，ω表示角度，表示角度的平均值。
本发明的有益效果是：该方法基于局部放电特高频信号检波技术，通过计算多传感器接收信号的幅比，进行聚类分析，对放电信号进行分离，简单有效、易于实现、经济实用，实现了设备内部多放电源产生的相互叠加的局部放电特高频信号的分离，提高了局部放电检测的有效性和后续故障诊断的准确性。
附图说明
图1为本发明一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法的流程图；
图2为本发明中采用两组传感器同步检测到的多源放电的PRPD谱图；
图3为本发明中采用两组传感器同步检测到的多源放电的幅比分布图；
图4为本发明中通过幅比聚类分离后的悬浮放电谱图；
图5为本发明中通过幅比聚类分离后的尖刺放电谱图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明为一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法，包括如下步骤：
(1)在实验室建立模拟GIS中母线尖刺、悬浮放电、自由金属微粒放电、绝缘子沿面放电的典型缺陷的实验室模型，采用特高频装置测量局部放电信息，并计算时间重心等效时长T、频率重心等效带宽F和频域信息熵Hf作为局部放电模式识别特征参量，绘制成谱图、T-F谱图、谱图、T-Hf谱图，通过多次实验与参量计算构建特征参量样本数据库。
作为一种实施例，针对每种放电缺陷，利用高速示波器，通过试验采用内外置传感器同步采集500组局部放电特高频原始信号，计算上述5个时频特征量，将七种放电缺陷的时频特征量人工统一绘制成谱图、T-F谱图、谱图、T-Hf谱图进行分析。
表1局部放电信号时频特征
(2)通过安装于不同位置的两个或多个特高频传感器同步检测局部放电放信号，提取同步脉冲的幅值Vi及相位φi，判断同步脉冲的条件为相位差⊿φ≤0.5°；
(3)计算任意两个特高频传感器接收的时域波形上的所有同步脉冲的幅值之比Ri，并对同步脉冲进行相位幅值(φi，Vi)标记；
(4)将信号按照比值进行归类，如果信号分簇不是十分明显，可采取对数显示方式，将在一定范围内的同步脉冲映射至叠加的放电谱图之中进行谱图分离；
(5)根据相位幅值(φi，Vi)信息映射出每类放电脉冲的统计图谱；
(6)计算各类单一放电脉冲的局部放电信息，计算时间重心等效时长T、频率重心等效带宽F和频域信息熵Hf作为局部放电模式识别特征参量，绘制成谱图、T-F谱图、谱图、T-Hf谱图，与样本数据库对比识别局部放电类型。
作为一种实施例，试验电源经隔离变压器T0调压输出后接入110kV试验变压器，T0用以实现高压试验回路和低压电源回路的电气隔离，防止从低压电源侧引入干扰。试验变压器出线经过保护电阻后，末端连接一平滑金属导杆，用来放置放电模型。采用一个M10的螺母悬挂于高压母线上造成高压导体的接触不良产生悬浮放电，磨尖的铜丝固定于金属导杆构成尖刺放电，高压导体上的铜线长约10cm，直径0.5mm，铜线尖端距GIS腔壁为5cm，传感器1和传感器2相距5米。
局部放电点在相位幅值(φi，Vi)统计谱图中呈现多区域分布，其中，多区域分布表明缺陷包含多个方电源，每个区域对应由单一放电源产生的局部放电。
当多放电源存在时，通过提取两个传感器接收信号的同步脉冲幅值之比，绘制幅比分布图，从幅比分布图的尖峰数便可判断放电源的个数并进行放电脉冲的分离。
作为一种实施例，如图2和图3所示，分别为采用两组传感器同步检测到的多源放电的PRPD谱图和幅比分布图。可以看到幅比分布图中出现两个特征峰。将谱图分离后分别计算两类放电冒充的局部放电信息，并与样本数据库对比识别。
如图4和图5所示，分别为通过幅比聚类分离后的悬浮放电谱图和尖刺放电谱图。
本发明基于局部放电特高频信号检波技术，通过计算多传感器接收信号的幅比，进行聚类分析，对放电信号进行分离，简单有效、易于实现、经济实用，实现了设备内部多放电源产生的相互叠加的局部放电特高频信号的分离，提高了局部放电检测的有效性和后续故障诊断的准确性。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在实验室建立模拟GIS中母线尖刺、悬浮放电、自由金属微粒放电、绝缘子沿面放电的典型缺陷的实验室模型，采用特高频装置测量局部放电信息，并计算时间重心等效时长T、频率重心等效带宽F和频域信息熵Hf作为局部放电模式识别特征参量，绘制成谱图、T-F谱图、谱图、T-Hf谱图，通过多次实验与参量计算构建特征参量样本数据库；
(2)通过安装于不同位置的两个或多个特高频传感器同步检测局部放电放信号，提取同步脉冲的幅值Vi及相位φi，判断同步脉冲的条件为相位差⊿φ≤0.5°；
(3)计算多个特高频传感器中的任意两个特高频传感器接收的时域波形上的所有同步脉冲的幅值之比Ri，并对同步脉冲进行相位幅值(φi，Vi)标记；
(4)将信号按照比值进行归类，如果信号分簇不是十分明显，可采取对数显示方式，将在一定范围内的同步脉冲映射至叠加的放电谱图之中进行谱图分离；
(5)根据相位幅值(φi，Vi)信息映射出每类放电脉冲的统计图谱；
(6)计算各类单一放电脉冲的局部放电信息，计算时间重心等效时长T、频率重心等效带宽F和频域信息熵Hf作为局部放电模式识别特征参量，绘制成谱图、T-F谱图、谱图、T-Hf谱图，与样本数据库对比识别局部放电类型。
2.如权利要求1所述的一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法，其特征在于，局部放电点在相位幅值(φi，Vi)统计谱图中呈现多区域分布，其中，多区域分布表明缺陷包含多个方电源，每个区域对应由单一放电源产生的局部放电。
3.如权利要求1所述的一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法，其特征在于，当多放电源存在时，通过提取多个特高频传感器中的任意两个特高频传感器接收信号的同步脉冲幅值之比，绘制幅比分布图，从幅比分布图的尖峰数便可判断放电源的个数并进行放电脉冲的分离。
4.如权利要求1所述的一种基于特高频法的GIS多源局部放电分离识别方法，其特征在于，计算局部放电时域信号的时间重心等效时长T、频率重心等效带宽F和频域信息熵Hf的计算方法为：
式中：SN(τ)表示局部放电信号的时域表达式，SN(ω)表示局部放电信号的频域表达式，p表示局部放电信号的功率谱，t表示时间变量，ω表示角度，表示角度的平均值。
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