典型缺陷的直流局部放电波形测量与特性分析

为深入了解直流局部放电特性,在直流下分别测量了气隙、表面和电晕放电模型的局部放电,比较3种模型的放电脉冲波形和直流电压施加不同阶段的放电情况,并从放电机理角度分析了直流电压施加不同阶段局部放电特性的差异。结果表明,3种放电模型的直流局部放电能量分布频段多<10 MHz,放电脉冲波形与频谱分析图存在区别,可以此分辨3种放电类型。气隙放电模型在直流电压移除后,因空间电荷作用,绝缘介质中存在较强的内电场会引起较多的反极性放电;而表面放电模型与电晕放电模型在直流电压移除后无此现象。     

直流下局部放电序列信号检测与特性分析

介绍了用于分析直流下局部放电序列信号的时间等待恢复模型及其假设,总结了基于基本参数放电幅值q和放电时间点t用于分析直流局部放电序列信号的多种放电谱图。利用自行研制的直流局部放电宽带检测系统获取了缺陷模型(空气中电晕、油纸绝缘的尖板、内部缺陷和沿面放电)在直流电压下的大量局部放电脉冲波形-时间序列。并对获取的脉冲波形-时间序列,使用脉冲群快速分类技术进行随机干扰脉冲剔除。在上述工作基础之上,进行了直流局部放电幅值-时间序列信号的相关性统计分析,给出了各缺陷模型对应的典型q-t、n-q、n-Δt和qsuc-q等多种直流局放谱图。试验结果分析表明,四种典型缺陷具有各自的放电特性,直流下局部放电发展过程符合时间等待恢复模型及其假设。这为基于幅值-时间序列的直流局放检测、识别提供了理论和试验依据。     

直流局部放电脉冲峰值—时间序列特征指纹提取

在简述直流下局部放电试验系统以及用于直流局部放电试验的空气中电晕、油纸绝缘的尖板、内部缺陷和沿面放电4种典型局部放电缺陷模型之后,利用自行研制的直流局部放电宽带检测系统获取了缺陷模型在直流电压下的大量局部放电脉冲波形—时间序列。并对获取的脉冲波形—时间序列,使用基于波形时频特征的脉冲群快速分类技术进行随机干扰脉冲剔除,从而获得直流局部放电脉冲峰值—时间序列。在上述工作基础之上,引入Delta(t)参数,把交流局部放电识别方法运用到直流局部放电。对选用的部分直流局部放电TARPD谱图,使用统计算子计算得到36个放电指纹参数。基于遗传算法优化的BP神经网络(GA-BP)对放电指纹参数进行特征评价和选取。研究表明,保留20个有效指纹参数即可达到区分放电类型的目的。     

直流XLPE电缆绝缘泄漏电流与局部放电试验特征研究

目前,直流电缆制造技术及工程空前发展,然而,国内外关于直流电压下XLPE电缆故障特征及劣化规律研究极少。局部放电和泄漏电流是电缆绝缘状态的两种重要表征手段。文中搭建了局部放电和泄漏电流联合检测试验平台,研究了绝缘内部气隙、主绝缘表面划伤以及金属毛刺电晕3种缺陷的局部放电和泄漏电流试验特征。结合理论分析及仿真,首先研究了放电量、放电重复率以及泄漏电流幅值间的相关性。之后,基于Shannon熵、互信息等分析手段,研究了不同极性电压下泄漏电流和施加电压间相关特征。综合来看,正常电缆、气隙缺陷、电晕缺陷在负极性电压下的泄漏电流-电压曲线,比正极性电压下的呈现更强线性相关性;划伤缺陷在正、负极性下的泄漏电流-电压间线性相关性均比较明显。该研究对电缆现场状态检测策略的研究具有重要价值。     

高压直流局部放电的试验研究及其放电源识别策略

在长期高压直流电压作用下,电气设备的绝缘不可避免地逐渐老化,有必要对其绝缘状态进行监测。由于不同性质的绝缘缺陷对电气设备的损害程度不同,因而缺陷的识别是非常重要的。为此,搭建了基于交流局放检测设备的直流局部放电检测系统,对3种典型的直流放电(电晕、沿面、内部放电)进行了试验研究,建立了典型放电的数据库,给出了试验结果。并基于局部放电信号之间的相关性统计特性,试图通过对各种参数的分析,寻求区别不同放电现象(电晕、沿面、内部放电)的特性参数,对直流电压作用下的放电源进行识别。研究表明,直流电压作用下,将电晕放电从沿面放电和内部放电中分离出来相对来说难度小一些;而单靠现有的局部放电的统计分析将内部放电从沿面放电中分离出来是很难的,需要进一步寻找两种放电的新的特性参数。     

XLPE直流电缆典型缺陷局部放电特性研究

局部放电是表征电力设备绝缘状态的最有效的手段之一,然而关于直流电压下XLPE电缆典型绝缘缺陷局部放电特征的研究较少。文中首先深入分析了直流下复合绝缘材料局部放电机理,总结了XLPE电缆常见缺陷类型及其原因。使用单芯XLPE电缆及其预制式接头制作了金属毛刺电晕缺陷、应力锥处半导电层沿面放电缺陷以及绝缘交界面气隙放电缺陷,在直流电压下进行阶梯式加压试验。基于高频电流法采集局部放电数据,获得了各缺陷不同放电严重阶段的多种典型特征,包括放电量-时间间隔-放电重复率三维图谱,前序放电量、前序放电时间间隔与当前放电量相关性散点图。提取了典型统计图谱的28个指纹特征,并使用RBF神经网络进行模式识别获得了较好识别正确率,从而验证了特征有效性。     

直流电压下变压器油纸绝缘局部放电的发展过程

研究变压器油纸绝缘局部放电(PD)的发展过程对于特高压换流变压器的运行维护十分重要。为此,对典型油纸复合绝缘缺陷模型在直流电压长期(100 h)作用下的局部放电信号进行了统计分析;根据其统计特征图谱,将直流局部放电发展过程划分为4个阶段。此外,还采用无感电阻测量直流局部放电单个脉冲波形;并对直流电压长期作用下的油浸绝缘纸板表面形貌变化进行了观测。试验结果表明,直流电压下的局部放电脉冲的上升沿在10～100 ns范围内,首脉冲持续时间约500 ns,其余振荡脉冲脉宽在600～900 ns范围内;估算得出单次直流放电脉冲能量在0.01～0.1 J范围内。此外,研究发现绝缘纸板的表面会在针电极电蚀作用下产生"凹坑",这为实现基于多信息融合的直流局部放电发展趋势预测奠定了基础。     

直流和交流电压下典型缺陷模型局部放电波形比较分析

在直流电压和工频交流电压下分别测量了3种典型放电模型的局部放电波形,并对放电脉冲波形进行快速傅立叶变化处理得到频谱分析图。通过比较3种放电模型在两种电压条件下的放电波形,发现对于同种放电模型在两种电压条件下的放电脉冲波形均很相似,且放电能量频率分布范围相同。但在相同的电压条件下,3种放电模型的放电波形形状与频谱分析谱图存在区别,在相同的检测系统中,可以通过比较波形区分3种典型放电。     

直流电压下GIS内部缺陷检测

在传统脉冲电流法的基础上,设计了直流电压下脉冲电流检测系统。通过施加直流电压和交流电压,对气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear,GIS)内部缺陷的局部放电信号进行检测。直流电压和交流电压下局部放电信号特征对比结果表明,直流电压下局部放电起始电压较交流电压下低,直流检测技术可以高效、准确地检测缺陷局部放电。     

直流局部放电TARPD谱图构造方法研究

放电脉冲幅值q和放电时刻t(放电时间间隔)是直流电压下局部放电检测能获取的2个基本参数.文中通过对直流局部放电的abc等效模型、发生和发展过程以及等待和恢复模型的简化分析,基于幅值q和时间t2个参数建立了与分析交流局部放电常用的PRPD(Phase Resolved Partial Discharge)谱图类似的直流局部放电TARPD(Time and Amplitude Resolved Partial Discharge)谱图,并对直流电压下空气中电晕放电给予示例.     

邻近直流导线时交流电晕电流脉冲特性试验

本文搭建交直流并行线路电晕放电试验平台,研究邻近直流电压时交流单点电晕放电下的电晕电流脉冲特性。并对交流电晕电流脉冲的分布模式、重复频率以及波形等特征参数进行统计分析。试验结果表明,邻近的正极性直流电压会促进交流负半周电晕放电而抑制交流正半周电晕放电,邻近的负极性直流电压作用正好相反。直流电压对交流负半周电晕电流脉冲波形参数无明显影响,而正半周电晕电流脉冲的幅值会随负极性直流电压的增加有所升高。同时发现,随着交流电压幅值的升高,促使其正半周发生电晕放电所需要的负极性直流电压幅值也相应地升高,并基于电晕放电的发展过程中电离强度的计算提出种子电子的缺失是造成该现象的原因。最后,在电晕放电离子云模型基础上,提出脉冲序列发展的过程中电离区域电场强度恒定不变的假设,从而对邻近直流电压影响下的交流电晕电流脉冲波形参数特性给出了合理的解释。     

工频–雷电冲击叠加电压检测GIS金属尖刺缺陷有效性研究

气体绝缘封闭式组合开关设备(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统具有广泛应用,GIS运行过程中金属尖刺缺陷严重威胁其绝缘可靠性。然而,高电压等级下金属尖刺缺陷难以被传统现场试验检出。该文提出工频-雷电冲击叠加电压检测法。首先构建工频-雷电冲击叠加电压实验研究平台,针对工频-雷电冲击叠加电压下金属尖刺缺陷放电特性进行研究,继而研究工频-雷电冲击叠加电压检测金属尖刺缺陷方法有效性。结果表明:当交流电压(UAC)大于起晕电压时,同极性叠加导致击穿电压(Us)增大,反极性叠加导致Us减小。叠加相位对Us的影响稍滞后于工频波形。随不均匀度增加,曲线平台期缩短直至消失。在交流电压135°叠加负极性雷电冲击电压,GIS金属尖刺缺陷放电电压最低,外施电压较雷电冲击试验下降24.9%,可以有效检出缺陷。     

直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性

为研究直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性,组建了一套直流电压下局部放电试验系统以及由局放超高频检测和超宽带检测组成的测量系统,其中脉冲电流超宽带检测的作用是确保超高频检测获取的信号来自于试品自身的局部放电。试验设计了6种油纸绝缘局放模型以模拟换流变压器的典型缺陷,并引入毫瓦分贝(DBM)频谱分析对超高频信号进行了统一化处理,以比较不同缺陷模型对应的超高频信号。直流下试验结果表明:局部放电电流脉冲具有极快的上升沿,能激励起大于300MHz的超高频电磁波,它可以通过超高频传感器加以耦合接收。各种缺陷模型局部放电的DBM频谱分布各异,超高频段能量幅值最大处也不一样。因此若想以高信噪比实现直流下局部放电超高频信号的在线监测,需要使用中心频率可调的窄带滤波器。这些特性为直流输电系统中使用油纸绝缘的电工设备进行局部放电超高频信号在线监测提供了试验依据。     

Control and performance of a pulse-density-modulatedseries-resonant inverter for corona discharge processes

This paper presents the control and performance of a pulse-density-modulated (PDM) series-resonant voltage-source inverter developed for corona discharge processes. The PDM inverter produces either a square-wave AC-voltage state or a zero-voltage state at its AC terminals to control the average output voltage under constant DC voltage and operating frequency. This results in a wide range of power control from 0.5% to 100%, even in the corona discharge load with a strong nonlinear characteristic. A 30 kHz 6 kW surface treatment system consisting of a voltage-source PDM inverter, a step-up transformer, and a corona discharge treater shows the establishment of a stable corona discharge in an extremely wide range of power control and, therefore, succeeds in performing both strong and weak surface treatment processes for film     

直流下油纸绝缘中局部放电脉冲典型波形及其参数提取

笔者介绍了直流下局部放电脉冲波形测量系统的组建以及测量电阻的校验。利用该试验系统对模拟换流变压器油纸绝缘的5种典型缺陷模型进行了局放脉冲波形测量。试验结果表明:直流下油纸绝缘中缺陷放电稳定,脉冲波形无振荡分量和过冲,且不随电压变化而发生畸变。在对典型脉冲波形进行预处理的前提下,使用形状参数法、自相关函数法、AR模型参数法以及Renvi信息量进行了波形特征参数提取。所得结果为深入研究直流下油纸绝缘中局部放电机理、局放在线监测系统的频率特性以及放电类型的波形识别提供了实验依据。     

直流局部放电干扰源研究

局部放电作为影响绝缘老化的主要原因之一,是评估电气设备绝缘性能,研究绝缘老化趋势的重要手段。为掌握直流下局部放电波形的特性,笔者结合直流换流阀试验,对悬浮电位、高压尖端放电、地尖端放电3种典型缺陷的直流局部放电典型干扰源进行模拟研究。在直流电压逐步升高的情况下,从放电脉冲的极性、放电脉冲的位置、放电脉冲的幅值、放电脉冲的根数4个方面对特征进行总结、归纳,为直流下缺陷类型的识别奠定了基础。     

工频恒定电压下SF6气体中沿面放电发展过程研究

气体绝缘组合电器(GIS)中绝缘缺陷的存在会造成局部放电,导致设备劣化,进而危害到电力系统的稳定性。其中危害较严重的为绝缘子沿面放电缺陷,为探究其在工频恒定电压作用下的放电发展过程及规律,文中制作了“三结合”模型模拟SF 6中沿面放电缺陷并展开试验。保持工频电压在模型闪络电压的95%不变,每隔5 min记录一次局部放电信号,直至模型频繁发生闪络,分析各阶段放电统计参量的变化。结果表明沿面模型在闪络前的放电呈现放电重复率增加、放电量增加、放电间歇、放电再次增强的发展过程。放电间歇的产生与SF 6的强电负性、电场均匀化等均有一定关系。因此,需通过长时间放电检测以准确判定设备劣化阶段,并采取相应措施。