SF_6负极性直流局部放电分解特性与组分特征提取

为了研究SF_6在不同类型负极性直流局部放电(partial discharge,PD)下的分解特性,进而建立SF_6分解特性与缺陷类型之间的关联特性。在自建的SF_6负极性直流PD分解实验平台上,通过系列实验研究得到了SF_6在4种不同典型绝缘缺陷引起的负极性直流PD下的分解数据。研究表明:4种典型绝缘缺陷PD下SF_6均会发生分解,生成CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2这5种稳定组分,且4种缺陷下组分体积分数以及由分解组分构造而成的特征比值(简称特征组分比值)随放电时间均具有各自不同的变化规律,可以用于缺陷类型表征。为了验证这两类特征参量对缺陷类型表征的有效性,使用谱聚类算法分别对两类特征量进行聚类处理,结果表明,两类特征参量均能对缺陷类型进行有效反映,且特征组分比值参量更加适合用于缺陷类型识别。     

不同气压下SF_6的局部放电分解特性

为了获取不同气压下SF6的局部放电(PD)分解特性及其变化规律,在搭建的试验研究平台上,开展了不同气压下SF6的PD分解特性实验。实验中,采用气相色谱仪和气质联用仪对分解生成的特征组分进行了定量测定。根据实验结果,分析了特征组分的变化规律及气压变化造成的影响。实验结果表明:随着气压的增加,特征组分CO2、SO2、SOF2的生成速率会明显减小,且SOF2的变化最为显著,但特征组分SO2F2的生成速率仅略微降低,进而对诊断故障的特征比值φ(SOF2+SO2)/φ(SO2F2)有较大的影响。为此,提出一种影响不明显的特征比值φ(SO2F2+SOF2+SO2)/φ(CO2)作为故障诊断的新特征量。     

GIS内部缺陷局部放电下SF_6分解特性研究

为研究金属突出物缺陷下的局部放电(PD)与SF_6气体分解组分的关系,研究了110 k V GIS内部金属突出物缺陷下的局部放电,对比分析了两种不同放电量下SF_6的分解情况。选择SO_2F_2、SOF_2、CO_2、SO_2 4种组分作为特征气体,选择c(CO_2)/c(SO_2)、c(SOF_2)/c(SO_2F_2)、c(SOF_2+SO_2F_2)/c(SO_2+CO_2)3组比值来表征金属突出物缺陷下的放电特点。结果表明:GIS中各分解组分变化规律不同于理想试验罐体中得出的数据规律;在GIS中放电量较小的情况下,可以通过SOF_2、SO_2F_2的浓度变化来判断PD强弱;SF6分解特征组分比值c(SOF_2)/c(SO_2F_2)和c(SOF_2+SO_2F_2)/c(SO_2+CO_2)均可以判断GIS内PD的强度;而c(CO_2)/c(SO_2)分散性较大,不宜作为判断GIS内PD强度的特征量。     

气压对SF6正极性直流局部放电分解特性的影响及作用机制

为了研究不同GIS内部气压对SF_6正极性直流PD分解组分的影响,本文对SF_6正极性直流局部放电分解组分的影响机制进行了分析,搭建了正极性直流PD实验平台,研究不同气压下SF_6正极性直流PD分解组分的含量及生成速率。结果表明:在不同的气压条件下,4种特征分解组分(CF_4、SO_2F_2、SOF_2和SO_2)的生成量和生成速率存在明显的差异,其中SO_2F_2和SOF_2的含量最大,SO_2含量较少,CF_4含量最少。在保持气室体积和外部温度不变的情况下,SF_6初级分解产物SF_5、SF_4、SF_2等的生成量与气压大小成反比,使得在5组实验气压下,气压值越大,4种特征分解组分的生成量越少。     

气压对SF_6局部过热分解的影响特性

为获取气压对SF_6局部过热分解的影响特性,通过实验研究了故障温度为400℃、气压为0.2~0.5 MPa的SF_6局部过热分解特性,并结合粒子反应碰撞理论分析了气体压强对SF_6分解特征组分生成过程的影响作用机制及影响规律。研究结果表明:随着气压的增加,单位体积内的各种分子的有效碰撞频次增加,进而提高了生成CO_2、SO_2F_2、SOF_2、H_2S和SO_2的化学反应的速率,使得各特征分解组分的摩尔浓度均随着气压的升高而增长;气压的升高对不同分解组分有不同程度的促进作用,其中对SO_2F_2生成的促进作用最为显著;气压对特征组分的有效产气速率的影响规律明显,同时,SO_2F_2/SOF_2和SO_2F_2/(SO_2+SOF_2)两组有效特征组分比值均与气压呈正线性相关。以上研究结果可为将来采用SF_6气体组分分析法(DCA)对SF_6气体绝缘装备进行绝缘状态监测提供支撑。     

负极性直流局部放电量与SF_6分解过程的关联特性

为了研究直流气体绝缘电气设备内部局部放电(partial discharge,PD)强度与SF6气体分解特性之间的关联关系,该文在研制的SF6直流PD分解试验系统上,通过对针板电极施加不同强度的负极性直流电压使SF6发生分解,结合气相色谱质谱定量分析法,获取了每秒平均放电量Qsec与SF6分解组分之间的关联特性。研究表明:负极性直流PD使SF6分解产生的分解组分主要包括CF4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2等,其中CO_2、SO_2F_2、SOF_2及(SO_2F_2+SOF_2+SO_2)的生成量与Qsec具有较强的关联特性;SO_2F_2、SOF_2和(SO_2F_2+SOF_2+SO_2)的产气均方速率RRMS与Qsec具有正的线性相关性,可作为判定直流PD放电量的特征量,同时,组分含量特征比值SO_2F_2/SOF_2也与Qsec具有正的线性相关性,并可以作为判定直流PD强度的特征比值。     

负极性直流局部放电下SF6分解特性

为了获取和掌握不同类型负极性直流局部放电(PD)下SF_6气体绝缘介质的分解特性,利用SF_6直流PD分解实验平台,对自制的4种典型绝缘缺陷模型(金属突出物、自由导电微粒、绝缘子表面污秽和绝缘子气隙)进行PD实验。结果表明:4种绝缘缺陷引起的负极性直流PD均会使SF_6分解生成CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2等5种稳定组分,SF_6分解组分的含量、有效产气速率和含量比值与PD类型之间均存在一定关联;在4种缺陷下,以c(SOF_2+SO_2)/c(SO_2F_2)、ln(c(CO_2)/c(CF_4))和c(SOF_2+SO_2F_2+SO_2)/c(CF_4+CO_2)作为特征量,区别较为明显,且特征比值曲线没有出现任何交叉,因此适合识别不同类型的绝缘缺陷。     

模拟SF_6环网柜气室局部放电分解特性研究

为了检测SF_6气体绝缘环网柜气室内部的局部放电故障,文中采用组分分析法研究SF_6局放放电的分解产物。通过针—板电极模拟SF_6气体绝缘环网柜气室金属突出物缺陷,实验研究了不同放电量的局部放电SF_6分解产物以及分解特性。通过施加4种电压等级来产生不同的放电强度,采集样气并用色谱质谱(GC/MS)检测分解组分。结果表明:在模拟气室中局部放电会使SF_6气体绝缘介质分解生成CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2等4种稳定组分。在相同放电强度下,这4种分解组分的体积分数随着时间不断增加,并呈现饱和的趋势;在相同放电时间内,4种分解组分体积分数随放电量增大而增加,并呈现不同的规律。根据以上研究建立了分解组分产气均方根速率与放电量之间的对应关系,即可根据SF_6气体分解特征组分的产气速率推断出气室中放电量的范围,为组分分析法应用于SF_6气体绝缘环网柜提供了依据。     

基于SF_6分解组分的负极性直流局部放电故障诊断

为了利用SF_6局部放电(PD)分解特性开展直流气体绝缘设备(GIE)故障诊断研究,以直流GIE中最为常见的4种绝缘缺陷为例,研究了缺陷从起始放电发展至临近击穿整个过程的PD特性,选择q_v、n_v和Δt_v作为表征PD状态的特征量,并将PD严重程度划分为3个等级;在每种缺陷的3个PD等级下开展了大量SF_6分解实验,获取了SF_6分解特性。实验结果表明,SF_6分解生成了CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2和SO_2 5种稳定组分,其中SOF_2是最主要的分解产物,且含硫组分的生成量高于含碳组分的生成量;构建了由21个浓度比值组成的特征集合,运用最大相关最小冗余准则进行特征量选择,并基于BP神经网络和支持向量机进行了故障诊断,准确率超过88%。     

基于SF_6分解特性的局部放电故障程度评估

如何对直流SF6气体绝缘设备(gas-insulated equipment, GIE)内部局部放电(partial discharge,PD)严重程度进行科学的评估是目前还未解决的问题。由于GIE内部绝缘材料的分解情况与设备内部绝缘状态直接相关,提出利用SF6PD分解特性对GIE内部PD程度进行评估,具体为:建立出自由金属微粒缺陷模型,并将由该缺陷引起的PD划分为3个等级,在每个等级下各选2个电压开展SF6分解实验;基于最大相关最小冗余(minimumredundancymaximumcorrelation,m RMR)原则对SF6分解组分进行特征选择,并分别运用反向传播神经网络和支持向量机分类器诊断PD严重程度,提取出最能有效表征PD程度的SF6分解组分含量的比值集合,对PD状态进行评估。研究表明,SF6分解组分含量与PD严重程度之间存在一定的关联关系,C(CO2)/CT1、C(CF4)/C(SO2)、C(CO2)/C(SOF2)和C(CF4)/C(CO2)能够有效地诊断PD严重程度。     

冲击电压下SF_6气体绝缘典型缺陷局部放电特性研究

随着电网电压等级的不断提高,对于高电压等级设备现场只做工频耐压试验已不能满足电网安全需要,针对此情况,IEC推荐采用振荡型雷电波和振荡型操作波作为现场冲击耐压试验用波形,此外,为了对设备的整体绝缘强度进行合理判断,该标准还建议现场做冲击耐压试验的基础上同时进行局部放电检测。为了对比研究振荡型冲击与双指数冲击对绝缘作用的差异,文中首先建立了产生波形符合IEC 60060-3—2006标准要求的振荡冲击发生器及相应的局部放电检测系统,在此基础上,对比研究了GIS中典型缺陷在双指数冲击电压和振荡冲击电压下的放电特性。结果表明,振荡冲击能多次激发缺陷发生放电,更容易暴露出金属突起物缺陷。研究结果为现场实现冲击下局部放电检测奠定了试验基础。     

金属材料对SF_6正极性直流局放分解的影响特性

为了理清金属材料对SF_6直流局部放电分解的影响特性及其作用机制,文中采用铝、铜和18/8不锈钢3种金属材质的针—板电极进行SF_6正极性直流PD分解实验,并结合气相色谱质谱(GC/MS)定量检测方法获取了金属材料对CF_4、CO_2、SOF_2、SO_2F_2、SO_2 5种主要特征分解组分的影响特性。结果表明:金属材料对CO_2的生成没有显著影响,但对其他4种特征组分的生成有较大影响。金属材料抗卤化能力差异和钝化膜存在与否,可能是导致SF_6在不同金属电极正极性直流PD分解特性差异的主要原因。因此,在利用SF_6特征分解组分对直流气体绝缘设备进行状态监测和故障诊断时,需综合考虑故障点金属材料不同带来的影响。     

气隙缺陷下不同局部放电强度的SF6分解特性

为掌握SF6绝缘气体在气隙绝缘缺陷下产生不同强度局部放电引起的分解特性,作者用构建的气隙绝缘缺陷物理模型在SF6分解实验平台上,分别对不同外施电压大小下的SF6进行了96 h局部放电分解实验,采用气相色谱法对分解组分进行定量检测与分析,结果表明,SF6在局部放电下均会产生CF4、CO2、SO2F2和SOF2这4种稳定的分解组分,CF4含量最少,SO2F2含量少于SOF2。局部放电强弱对4种组分含量变化及增长率的影响有所不同,且CF4/CO2、SOF2/SO2F2和(SOF2+SO2F2)/(CO2+CF4)3组分解组分比值也与局部放电强弱有着一定的关系,可以利用CF4、SO2F2和SOF2的含量变化与增长速率以及组分比值范围作为判断局部放电强弱的特征量。     

GIS在局部放电下的SF_6气体分解产物实验研究

笔者使用自行设计126 kV交流工频电源和GIS局部放电实体实验平台以及气体分析检测系统,模拟对地放电故障状态,对局部放电引起的SF6分解物特征组份气体进行定性定量分析,用脉冲电流法对局部放电强度进行监视,得到局部放电引起SF6气体分解物特征组份及变化规律。研究表明:局部放电致使SF6气体发生分解,特征组分为SOF2、SO2、S2OF10,SOF2、SO2与局放持续时间、局放强度呈现正相关性,吸附剂对于SF6分解物检测有影响。     

吸附剂对局部放电下SF_6分解特征组分的吸附研究

为了保障SF6绝缘气体的纯度,需要在SF6气体绝缘设备气室中配置一定量的吸附剂,一方面用于控制气室内的水分含量,另一方面用于吸附因各种原因产生的杂质气体。因而,吸附剂的存在会对局部放电下使SF6发生分解而产生的特征组分进行吸附,使得特征组分含量和变化规律发生改变。在利用特征组分诊断气体绝缘设备内部故障时,必须考虑这一重要影响因素。为此,该文在搭建的SF6气体局部放电分解试验平台上,利用针–板电极产生局部放电(partial discharge,PD)使SF6发生分解,采用气质联用仪定量测定放电室内特征组分的变化,获取不同吸附剂用量梯度下吸附特征组分的规律与特性。研究表明,无论有无放置吸附剂,在气室内都能检测到SOF4、SO2F2、SOF2和SO2等主要稳定特征组分,且随着吸附剂用量的增加,对特征组分的吸附率各不相同。     

气隙缺陷局部放电下空气分解组分特性研究

为探索一种新的开关柜局部放电(PD)检测方法——气体分析法,笔者对不同PD强度下空气分解组分特性进行了相应的模拟实验研究。利用构建的气隙绝缘缺陷模型在研制的PD分解实验平台上对空气进行24 h PD分解实验,并研究了气体分解组分、体积分数、产气速率与放电量的关联特性。实验结果表明,因气隙绝缘缺陷产生的PD导致空气分解为CO、NO、NO2、O3等组分,且各组分的体积分数增长特性有明显差异。CO和NO2气体的体积分数随工频周期内平均放电量QP的增加均呈现"线性—饱和"的增长趋势,NO2先于CO出现饱和且饱和度要低于CO。在较低PD强度下CO的产气速率与QP表现近似线性的关联性。     

涉及绝缘材料的悬浮电位缺陷下的SF_6分解特性

为了探究SF_6气体在悬浮电位缺陷下的分解特性,构建了SF_6分解实验平台及悬浮电位缺陷模型,分别在不同外施电压以及气压下进行了放电分解实验。结果表明,该缺陷类型下的主要典型分解产物包括SO_2F_2、SOF2、CO_2、SO_2 4种,其产气速率由高到低依次为:CO_2、SOF_2、SO_2F_2和SO_2,且其体积分数φ的变化规律受到放电量及其充装气压的影响。φ(SOF_2+SO_2)/φ(SO_2F2)和φ(SOF_2+SO_2+SO_2F_2)/φ(CO_2)随加压时间表现出较好的稳定性。因此,可以利用几种典型产物的体积分数变化规律及浓度比值作为判断局部放电强度及缺陷类型的特征量。     

负极性直流下基于SF6分解特性的局部放电故障状态评估

为了获取SF_6气体绝缘介质在不同程度负极性直流局部放电(partial discharge,PD)作用下的分解特性,并据此建立直流SF_6气体绝缘设备(gas-insulated equipment,GIE)内部PD故障状态评估方法。论文以直流GIE中最为常见的金属突出物绝缘缺陷为例,研究了缺陷从起始放电发展至临近击穿整个过程的PD特性,提取出能够表征PD发展阶段的7个特征参数,并运用模糊C均值聚类算法将PD故障状态划分为轻微PD、中等PD和严重PD 3个等级;然后,在这3种PD状态下进行了大量的SF_6分解实验,获取了不同PD状态下的SF_6分解特性。研究结果表明:SF_6组分体积分数比值c(CF_4)/c(CO_2)、c(SO_2)/c(SOF_2)和c(SO_2F_2)/c(SOF_2+SO_2)与PD故障状态之间均存在紧密的关联关系;最后,运用模糊综合评价理论建立了基于SF_6组分体积分数比值的PD故障状态评估模型。论文的研究工作可为将来利用SF_6分解特性对直流GIE进行绝缘状态综合评估和故障诊断奠定基础。     

充气式直流穿墙套管负极性直流局放SF_6分解特性与放电类型识别

为获取和掌握SF_6在充气式直流穿墙套管典型绝缘缺陷负极性直流局部放电(partial discharge, PD)作用下的分解特性,为将来进行绝缘故障诊断和严重程度评估做准备,根据直流充气式直流穿墙套管内部常见的故障类型建立了4个典型绝缘缺陷模型,并在SF_6直流PD分解实验平台上进行了大量实验。结果表明:在4种典型绝缘缺陷引起的负极性直流局部放电作用下,SF_6分解为5种稳定成分,即CF_4、CO_2、SO_2F_2、SOF_2及SO_2,其含量(体积分数)、有效产气速率及不同分解组分的含量比值均与PD类型有一定的相关性。使用逆传播(backpropagation, BP)神经网络识别PD类型,结果表明,相比SF_6分解组分含量,其含量比值更适合作为特征量用于PD类型识别,且能够取得良好的识别效果。