直流GIL绝缘子表面附着金属颗粒局部放电发展过程及严重程度评估

直流气体绝缘线路(gas insulated line,GIL)绝缘子表面附着金属颗粒会显著降低绝缘子表面的闪络电压,是GIL设备内一种常见的故障。为研究直流GIL绝缘子表面附着金属颗粒所引发局部放电的发展过程并进行严重程度判断,建立了一套220 kV GIL设备局部放电测试平台,在逐步升压时利用紫外观测仪观察了绝缘子表面局部放电的整个发展过程,对不同发展阶段局部放电脉冲电流信号的局部放电量、局部放电间隔时间图谱进行了分析。结果表明:GIL绝缘子表面附着金属颗粒导致的局部放电严重程度可以划分为3个阶段:轻微放电、中度放电和严重放电;随着放电过程的加剧,局部放电信号的局部放电量、局部放电间隔时间图谱跟随出现变化。利用局部放电信号的局部放电量、局部放电间隔时间图谱统计参数Sk、Ku值可以对GIL绝缘子表面附着金属颗粒缺陷引发局部放电的严重程度进行评估。     

突出物缺陷下局部放电发展过程研究及特征信息提取

为可靠评估电气设备内部局部放电严重程度,指导电气设备状态检修策略制定。本文采用阶梯电压法对气体绝缘组合电器内部典型金属突出物缺陷下局部发展过程进行了试验研究,构造了不同放电发展阶段的局部放电特高频信号φ-u散点图和φ-n谱图,提取了各放电阶段中表征绝缘劣化程度的11个特征参量。分析发现,在不同的放电阶段,各特征值大小不同,且随着放电的发展呈现不一样的变化趋势,这些差异信息可以描述局部放电发展阶段,可为局部放电严重程度评估提供更加完整的信息。最后,本文结合空间电荷对空间电场畸变效应,从局部放电产生与发展的物理微观过程出发,分析了各特征量出现相关变化规律的物理机制,解释了采用相关特征参量进行局部放电严重程度评估的科学性。     

GIS设备绝缘子高压电极故障局部放电严重程度的诊断与评估

绝缘子表面高压电极故障所导致的局部放电是气体绝缘组合电器（gas insulated switchgear,GIS）设备内部较为常见一种放电。为实现GIS设备中绝缘子表面高压电极故障局部放电严重程度的诊断与评估,建立了一套220kVGIS设备局部放电缺陷发展的试验平台,采用逐步升压法对绝缘子表面高压电极故障所导致的局部放电进行了长期试验,观察到了放电起始、发展直到沿面闪络的现象,获得了不同试验阶段的趋势图、散点图、二维柱状图、灰度图、时频分析图等多种统计谱图。研究结果表明：1）可以将GIS设备绝缘子表面高压电极故障导致局部放电的放电严重程度划分为3个级别：轻微放电、中度放电以及危险放电;2）随着局部放电的加剧,放电点沿相位的分布逐渐变宽,并且散点图、柱状图、灰度图以及时频分析图等统计谱图的形貌特征出现相应的变化。利用上述局部放电相位分布特点以及多种统计谱图的形貌特征可以作为GIS设备绝缘子表面高压电极故障导致局部放电严重程度诊断与评估的依据。     

GIS中自由金属颗粒缺陷局部放电严重程度评估

自由金属颗粒缺陷是GIS中常见的绝缘缺陷,而且不同严重程度的局部放电对设备安全运行的影响不同,因此有必要对该类缺陷的放电发展程度进行研究。采用阶梯升压法对自由金属颗粒局部放电进行研究,利用特高频检测技术对局部放电信号进行采集,并提取出6个有效表征局部放电严重程度的特征参量,最后采用K-means聚类算法及最小距离原则建立了局部放电发展阶段的划分规则,并探讨了自由金属颗粒缺陷放电发展过程的演化机制。结果表明:放电特征参量随试验时间的增加均呈现出单调突变式增大或减小的趋势,可以用来表征自由金属颗粒放电的严重程度,通过聚类分析算法和局部放电试验将金属颗粒的放电过程划分为放电发展阶段与放电的临近击穿阶段。     

人工智能在局部放电检测中的应用(二):模式识别与状态评估

故障类型的模式识别以及状态评估对于故障诊断和维修至关重要.不同缺陷类型将产生具有差异性的局部放电信号,缺陷的严重程度以及局部放电的演变过程同样会引起局部放电信号的改变,这种情况能够转化为不同严重等级和发展阶段的模式识别,模式识别属于典型的分类问题.本文对模式识别和状态评估这类分类问题进行综述.相比基于数理统计的分类结果,人工智能算法实现了接近100％的识别准确率.然而当前研究中仍存在一些不足,对此本文给出了解决策略并对未来的研究方向进行了展望.     

电缆接头尖刺缺陷局部放电发展过程的研究

硅橡胶绝缘预制型电缆接头由于外半导电层存在尖端突起而引发绝缘故障的现象时有发生,探寻此类绝缘缺陷局部放电发展变化的规律,可为在线评估缺陷严重程度提供依据.在35kV电缆预制型接头上设置尖刺缺陷,使用逐级升压法激发出缺陷的局部放电信号并加速缺陷劣化,在劣化程度加剧后保持外施电压恒定直至绝缘失效.记录并分析了缺陷开始劣化直至绝缘失效全过程的局部放电信号,生成了单位时间内局部放电能量随试验时间的变化曲线.基于局部放电能量的发展变化规律,将局部放电发展全过程划分为5个阶段,得到了各阶段局部放电相位特征谱图,在此基础上提取了3个局部放电特征量.研究结果表明,在尖刺缺陷局部放电的发展过程中,相位特征谱图的形貌特征发生变化,3个特征量呈现单一增大的趋势,且在局部放电后期陡然增大,通过对局部放电相位分布特征及特征量变化趋势的综合分析,可以更加准确的评估尖刺缺陷的严重程度.     

大型变压器内部放电故障实例诊断与分析

为了能在放电故障发展的初始阶段发现并监测其发展过程,及时分析判断其故障状态和严重程度,从而提高运行的可靠性,笔者针对几种常用局部放电监测方法的不足,通过油中溶解气体分析及相关电气试验,准确判断了某大变压器的内部放电性质、严重程度及可能发生的大致部位。利用脉冲电流法和超声波检测法的综合运用,成功地检测了该变压器的内部放电故障、发展趋势,并精确地进行了故障定位,在进人检查时上述方法判断和分析的结论得到了验证。     

硅橡胶中局部放电发展与电树枝生长的关系研究

研究硅橡胶中电树枝化微观物理过程与局部放电宏观表征之间的关系,能够为基于局部放电严重程度在线评估电缆中间接头的绝缘状态提供理论依据。制备了带有缺陷的硅橡胶切片试品,在逐级升压过程中实时测量了硅橡胶绝缘劣化起始直至击穿全过程中的电树枝照片和局部放电信号,生成了电树枝面积和单位时间内局部放电能量随时间的变化曲线,阐述了两条曲线之间的对应关系。基于电树枝面积曲线的变化规律,将电树枝生长全过程划分为引发及生长、滞长、快速生长共计3个阶段,讨论了各阶段电树枝的生长模式;基于局部放电能量的发展变化规律,将局部放电发展全过程划分为5个阶段,得到了各阶段局部放电相位特征谱图,提取了灰度图空穴面积和局部放电相位宽度作为表征局部放电严重程度的特征量。研究结果表明,电树枝面积曲线和局部放电能量曲线的发展趋势具有高度的一致性,电树枝生长的3个阶段分别对应于局部放电发展的1-2阶段、3阶段以及4-5阶段,从而建立了硅橡胶劣化微观物理过程和局部放电宏观表征之间的关系,为电缆中间接头绝缘状态的在线评估奠定了基础。     

GIS金属突出物缺陷局部放电发展全过程的严重程度评估

局部放电作为GIS设备绝缘劣化的早期信号,能够引起绝缘的进一步劣化,因此,研究局部放电严重程度评估对GIS设备检修具有重要的理论意义。结合局部放电信号的统计特征与其严重程度的单调相关性,提取了能够表征局部放电严重程度的9项统计特征参数,将局部放电严重程度划分为轻度放电、中度放电与重度放电3个阶段,研究并构建了基于K-means聚类分析的局部放电发展全过程的严重程度评估算法,以金属突出物缺陷局部放电试验为例,对获取的局部放电发展全过程信号进行严重程度评估,得出不同严重程度下各特征参数的标准数值区间。结果显示,局部放电严重程度的评估结果与各特征参数的变化趋势完全相符,验证了该算法的可行性与有效性。     

硅橡胶/胶联聚乙烯界面金属颗粒沿面放电严重程度的评估

硅橡胶绝缘预制型电缆接头由于制作工艺问题在硅橡胶/胶联聚乙烯界面上形成半导电或金属颗粒缺陷最终导致沿面击穿的故障时有发生。探寻硅橡胶/胶联聚乙烯界面金属颗粒沿面绝缘缺陷局部放电的发展过程,可为电缆中间接头放电严重程度的评估提供依据。在35k V电缆中间接头硅橡胶/XLPE界面上设置金属颗粒缺陷,通过逐级升高电压激发出局部放电信号并加速缺陷发展。测量了局部放电起始直至绝缘击穿全过程中的局部放电信号,生成了单位时间内局部放电平均能量、总能量及放电次数共计三个表征参量随时间的变化曲线。基于曲线的发展变化规律,将局部放电发展全过程划分为四个阶段,得到了表征各阶段局部放电重复率及平均放电量相位分布特征的?-n、?-qave二维谱图以及灰度图,从中提取了两个能够表征各阶段局部放电统计规律的特征量。研究结果表明,在预设缺陷局部放电的发展过程中,局部放电相位谱图的形貌特征发生变化,从相位谱图中提取的两个局部放电特征量均呈现单一增大的趋势,且在放电后期增长速率加快。基于对局部放电相位分布特征及特征量变化趋势的综合分析,提出了一种硅橡胶/胶联聚乙烯界面金属颗粒沿面放电严重程度的评估方法。     

电气设备长间歇性局部放电检测系统研究

为降低外界干扰在带电检测与在线监测中对电气设备内部发生的长间歇性、潜伏性局部放电的误判,避免因绝缘击穿而导致的设备故障停电.文中对长间歇性局部放电的放电特性进行研究,在现有带电检测与在线监测基础上,设计了一套便携式长间歇性局部放电监测系统.该系统不仅可以完成设备内部不同频带局部放电信号的采集与放电缺陷的初步定位,而且在云端可以完成局部放电缺陷发展状态的动态跟踪.试验及现场应用结果证明所设计长间歇性局部放电监测系统可以完成电气设备内部局部放电缺陷的长期跟踪,并通过实时的数据更新、在线数据分析,可以为异常设备绝缘状态进行评估.     

基于脉冲波形时域特征的局部放电识别

建立了一套数字化实时高速局部放电波形测量系统,由简单实验室模型和工业仿真模型取得了不同类型局部放电的脉冲电流波形,包括空气中和油中尖板电极放电,电机模型线棒内部气隙放电,线棒端部沿面放电,用分段的时域数据压缩法提取了脉冲波形特征,采用分级人工神经网络进行放电模式识别,以得较好效果。     

长段电缆中局部放电脉冲信号的传输特性及耦合研究

局部放电测量广泛应用于各种电力设备的绝缘状况诊断中,对于XLPE电缆,局部放电可以检测到各种绝缘缺陷,例如电缆加工、运行以及安装过程中的人为缺陷,以及绝缘层中的气隙和电树枝老化。然而,当局部放电脉冲在电缆中传播时,由于衰减的原因,脉冲波形发生了变化。因此,对于电缆局部放电测量,了解局部放电脉冲在电缆中传播时的变化规律是非常关键的,因此本文针对电缆局部放电脉冲传播时,脉冲波形的变化进行了深入分析,并且讨论的了不同耦合带宽对信号检测的影响,得出：当电缆发生局部放电时,脉冲信号幅值随着传播距离的增加迅速衰减,但脉冲视在放电量衰减幅度相对较小;同时,宽带耦合具有较高的灵敏度,但是其电荷校准曲线误差较大,并且会导致信噪比降低,缺陷检出度下降;窄带耦合虽然能够获得较为准确地电荷校准曲线,却会导致脉冲波形发生叠加,影响故障点定位;所以,在实际应用中,需要根据实际需求,确定检测带宽。     

在线特高频技术在1000kV HGIS局放监测中的应用

1000kV交流特高压HGIS设备对气室内部局放要求较高,特高频局放在线监测可以实时对内部局放情况进行监控,其中通过监测图谱分析故障类型及危急程度是现场工作的焦点.提出了通过三种不同图谱综合对局放情况进行分析的方法.结论是:在局放单周期频谱中局放的分布、相位、幅值决定了局放类型、波点数据(POW)图中放电幅值越高、放电...     

封闭环境空气局部放电组分研究

大量电力设备长期工作在封闭或半封闭环境中,经常发生局部放电,导致放电区域空气组分发生变化。为研究在局部放电条件下封闭环境中空气组分的变化规律,设计3种不同的缺陷模型模拟电力设备常见放电故障类型,搭建局部放电实验平台,基于电化学检测技术对系统进行标定。分析持续放电条件下空气组分的变化规律,根据局部放电过程中放电量大小表征放电阶段。建立空气组分浓度、电压、放电量和放电时间的关系,为电力设备故障预警提供理论依据。实验结果表明:封闭环境空气发生分解时,C、N、O元素参与电离过程,S元素基本不参与反应,CO、NO_2、O_3在放电前后变化明显,且气体浓度、产出速率、增长趋势与不同缺陷模型稳定局部放电时电压、放电量有关。     

Partial discharge study in transformer oil due to particle movement under DC voltage using the UHF technique

Converter transformers are one of the key components in high voltage DC power networks. The insulation of these transformers is stressed by both AC and DC voltages. Therefore, AC and DC voltage tests are routinely applied during factory tests to verify the performance of the insulation structure. Partial discharges in an insulation system are incipient discharges that can damage materials and may eventually lead to complete failure of the insulation system during operation. Recently it has been shown that monitoring such discharges formed under AC stress is feasible using Ultra High Frequency (UHF) measurement technique and that there is a reasonable correlation between the partial discharge magnitude and the amplitude of the UHF signal generated by partial discharges. However, the partial discharge activity under DC voltages is not fully understood. This paper describes a study using the UHF technique to improve our understanding of particle-induced partial discharge activity under DC voltages in mineral oil insulation. UHF signals generated due to conducting particle contamination in transformer oil under AC and DC voltages are compared and analyzed. A method for distinguishing particle discharges in regions of high or low electric field stress is proposed based on frequency-domain analysis of the measured UHF signal.     

Fault Anticipator for Substation Equipment

Following an inordinate number of in-service failures of 230-kV current transformers, a need was perceived for some sort of early failure warning device for equipment in substations. The development and evaluation of an inexpensive partial discharge detection system for continuous on-line monitoring of substation equipment is described in this paper. The source of partial discharge activity, which nearly always precedes failure in high voltage equipment for times from minutes to months, may be unequivocally identified in a noisy substation environment, with no false alarms. Possible personnel hazard and damage to other equipment caused by an explosive failure can be avoided with appropriate operator action upon an alarm.     

基于超声波法识别环网柜的局部放电类型研究

随着经济的快速发展,对电能质量提出了越来越高的要求,环网柜作为配电网联络的设备,其重要性不言而喻。由于环境影响,施工工艺等因素,环网柜中常常会有局部放电的现象,影响设备的稳定运行,危害电力系统的安全。环网柜的局部放电总的分类可分为四大类:悬浮放电、沿面放电、电晕放电和多点放电,不同的局部放电类型相应的特点以及对环网柜的损害都不一样。基于此,采用超声波法对环网柜的局部放电类型进行识别研究,从超声波检测方法的幅值图、超声波检测方法的相位图和超声波检测方法的波形图三位一体,比较了不同局部放电类型的特征和差异点。与传统的超声波法相比,文中方法检测的参数更多,更能实现准确检测。不仅可以加深对局部放电的了解,具有实际的实践意义,还能为进一步的局部放电定位奠定扎实的理论基础。     

UHF detection of leader discharges in SF6

The ultra-high frequency (UHF) technique of partial discharge detection has been used to study the partial discharges produced by electrode protrusions and surface contamination in a gas insulated substation (GIS). The paper describes the stages of discharge development from inception to breakdown. The work has shown that the UHF technique may be used to identify distinct phases of discharge activity corresponding to discharge inception and a prebreakdown condition. The prebreakdown activity is detected as an increase in the UHF signal magnitude which has been attributed to the formation of leader-type discharges. These discharges form an essential part of the breakdown process, and their detection can be used to identify when the system is close to breakdown. The paper describes a filtering technique that may be employed to optimize the sensitivity of UHF leader detection     

基于聚类–小波神经网络的油纸绝缘气隙放电发展阶段识别方法

基于油纸绝缘气隙放电模型,在实验室搭建了气隙放电及其发展特性研究试验平台;采用恒压法,对其进行局部放电发展特性实验;提取了局部放电最大放电量相位分布、基于油纸绝缘气隙放电模型,在实验室搭建了气隙放电及其发展特性研究试验平台;采用恒压法,对其进行局部放电发展特性实验;提取了局部放电最大放电量相位分布、平均放电量相位分布、放电次数相位分布以及局部放电幅值分布中的29个特征参量,通过核主成分分析,采用系统聚类对放电不同的发展阶段进行划分.建立了基于聚类-小波神经网络的放电发展阶段识别方法,识别结果表明:所建立的识别方法能很好地根据放电有效特征量识别放电所处阶段,与系统聚类分析结果基本吻合