SF6气体中典型缺陷的光电脉冲光谱极性效应分析

为了更好地将光学探测和弧光监测应用于SF6气体绝缘系统，并进一步完善对放电光电极性效应的认识，搭建了一套SF6局部放电光电联合模拟实验系统，通过多光谱传感器对绝缘子爬电和电晕放电2类典型情况下的多光谱信号进行采集，分析其多光谱光电脉冲极性效应。研究结果表明：2种放电3个波段的光辐射强度幅值及占比存在显著区别，其中电晕放电多光谱极性效应更为明显，其正、负极性放电多光谱脉冲信号幅值在相基统计图谱上存在明显区别；随着外施电压上升，沿面放电多光谱信号幅值上升且速率加快，而电晕放电幅值增长幅度减缓，并且2种放电类型的紫外波段占比减小，可见波段占比增加，红外波段保持较低水平；在脉冲重复率分析中，2种放电的脉冲重复率均随电压增大而增加，其中电晕放电正极性脉冲重复率小于负极性；在多光谱数据三元分布统计中，电晕放电的正、负极性脉冲分布发生明显分离，而沿面放电分布基本重叠。     

开关柜内沿面放电及电弧放电多光谱特征分析

在极端条件下,高压开关柜中的局部放电可发展为非贯穿或贯穿性电弧,导致严重绝缘失效.从放电的光辐射特性出发,提出了一种针对局部放电和异常电弧的光学检测方法,利用紫外光、可见光和红外光三波段光信号的同步监测,获得了沿面放电和电弧放电的多光谱光脉冲特性,并对比分析其平均光脉冲强度、三波段光强占比和放电重复率.结果表明:放电光信号幅值与外施电压存在良好的对应关系,三个波段的统计特征在低能放电和高能放电中表现出较大差异,可依据此特征制定低能放电和高能电弧放电的判别阈值,从而提高开关柜状态预警和主动保护的置信度.     

局部放电多光谱比值特征分析方法EI北大核心CSCD

局部放电光谱蕴含放电类型和放电能量等信息,通过对多个光谱波段的放电光脉冲进行同步检测,可为放电状态的精准判断提供新的可能。该文首先结合微型固态传感器工作特性和局部放电光谱分布,设计拥有7个独立光谱通道的单光子级多光谱局部放电同步检测系统;在此基础上,通过3种典型缺陷的局部放电试验,提出3种多光谱比值特征,并分析其随放电发展过程的演化规律;最后,采用k-means聚类算法和深度神经网络算法提出基于多光谱比值特征的局部放电模式识别模型。结果表明,3种典型缺陷下局部放电多光谱比值特征具有指纹性,在不依赖传统相位统计图谱(phase-resolved partial discharge,PRPD)特征的情况下,多光谱比值特征分析方法对放电类型的模式识别准确度达到90%以上。该方法提供了一种新的不依赖于工频电压相位的局部放电诊断方法,可为直流系统的放电诊断和电压相位缺失下的交流系统放电诊断提供一定参考。     

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。     

绝缘子表面放电的多物理信号比值演化特征及其诊断方法研究

为了探索局部放电声、光、电信号特征及演化规律,并利用多物理测量手段进行局部放电诊断,本文基于电流脉冲、地电波、超声及光学测量建立了局部放电多物理同步检测试验平台,并以强、弱垂直分量绝缘子沿面放电为例,通过试验研究了其局部放电多物理信号强度比值的演化特征。在此基础上,建立了一种三角比值空间分析方法,得到了各物理信号随电晕时间的演化特征。结果表明:虽然不同模式放电的三角比值散点分布区域不同,但其超声分量均随时间的推移呈现"U"型的演化路径,其演化速度和演化轨迹在放电初期、电晕稳定期和临近击穿期呈现出较大的差异,可作为局部放电危险程度的评判依据。     

SF_6气体中电晕放电的多光谱脉冲特性研究

为了对SF_6气体中电晕放电下的多光谱脉冲特性进行研究,搭建了一套全光谱波段下的光、电局部放电检测系统,分别在紫外光、可见光及近红外光下对针-板电极放电进行检测,分析不同光谱波段下的局部放电光脉冲特性。实验结果表明:在针-板电极放电下,紫外光、可见光及近红外光的脉冲相位分布差别较大,而脉冲相位分布的偏斜度Sk和陡峭度Ku存在一定规律。随着电压的升高,可见光平均脉冲幅值变小,放电重复率增加;紫外光平均脉冲幅值先增大后减小,在放电负半周期,放电重复率随电压升高先增加后减少。在紫外光和可见光下检测得到的光脉冲幅值与视在放电量均有良好的线性关系。因此,通过SF_6气体中电晕放电下的多光谱脉冲特性研究,可对放电状态进行评估及对放电类型进行判断。     

变压器油纸绝缘沿面放电程度的诊断

为研究基于特高频信号及油中溶解气体分析的变压器油纸绝缘沿面放电程度诊断方法,在实验室建立了沿面放电模拟试验装置与测量系统,采用阶梯升压法模拟了沿面放电从起始放电到击穿的过程,测量了其发展过程中的特高频信号及油中溶解气体含量,提出了变压器油纸绝缘沿面放电严重程度的诊断方法。研究结果表明：根据特高频信号的相位分布统计谱图可...     

油纸绝缘沿面放电多物理信号发展规律及阶段特征EI北大核心CSCD

为研究油纸绝缘沿面放电过程中相关物理量的变化规律,明确其与沿面放电发展阶段的关系,该文建立一套能够对放电过程中电、磁、声、光等多物理量进行同步测量的联合检测实验系统。实验对比不同检测方法的有效性,并获得沿面放电过程中多物理信号的发展规律。在此基础上,提取不同物理信号的特征参量,通过层次聚类法对沿面放电发展过程进行阶段划分,并给出相应的物理描述和阶段特征。结果表明:沿面放电缺陷下,不同检测方法的灵敏度存在差异,其中超声法的灵敏度最高;基于相应的多物理特征参量,通过聚类可以将沿面放电发展过程划分为放电起始阶段、放电发展阶段和预击穿阶段,整个过程的阶段变化与绝缘状态和电场分布有关;相比于传统单一手段的检测方法,综合利用多物理信号能够更有效地判断故障发展的严重程度。     

基于日盲PMT的绝缘子表面放电光信号检测系统

绝缘子是电力系统中使用量很大的绝缘设备,绝缘性能下降到一定程度的绝缘子表面可产生放电现象,检测放电辐射出的光信号可用于评估绝缘子的绝缘状况。由于绝缘子表面的放电一般为电晕式的弱放电,辐射出的光信号位于400 nm以下的紫外波段,检测日盲波段紫外光信号不仅有助于发现设备早期的放电现象还能实现白天放电检测。文章选择日盲型光电倍增管作为光信号传感器构建了一套放电紫外光信号检测系统,较详细地介绍了系统的硬件和软件的关键部分,硬件部分实现了光电转换和对信号的调理及采集功能,软件采用了虚拟仪器软件编写,可实现信号的采集控制和分析。测试结果表明,该系统具有线性度好和灵敏度高的特点,但室外较强太阳光对该系统有着一定的干扰作用。通过在实验室检测绝缘子的表面的放电,表明该系统能有效检测绝缘子的表面放电。     

不同热老化程度下油纸绝缘沿面放电发展特性

为研究不同老化状态下油纸绝缘沿面放电的发展特性,分析老化程度对放电特性的影响,进而提出表征老化程度和放电危险度的特征量。通过加速热老化制备了4种不同老化程度的油纸绝缘试品,在阶升电压下获得了其局部放电发展过程中的谱图和脉冲序列特性。研究发现,沿面放电脉冲多以脉冲簇群形式出现且有脉冲幅值逐渐增大,脉冲波形上升沿、下降沿快于空气中放电的情形;油纸绝缘老化程度对沿面放电的起始电压和击穿电压影响不大,但对放电量的威布尔尺度参数α值和平均放电功率P影响显著;连续放电时间差Δt对放电发展阶段和绝缘老化程度反应灵敏,可用于放电危险度评估指标。     

复合绝缘子沿面电晕放电特性的试验研究

为了研究复合绝缘子沿面电晕放电状况,以110kV复合绝缘子为试验对象,利用一种基于光电倍增管的紫外电晕检测装置来测量绝缘子电晕产生的紫外光,探讨复合绝缘子沿面电晕放电发展和分布特征。通过逐步升高施加电压的试验方法,检测得到复合绝缘子在不同表面条件下(干燥、清洁、潮湿、染污)沿面电晕放电发展和分布状况的脉冲量化特征数据。测量结果表明:当电压升高时,表面干燥条件下的复合绝缘子电晕放电沿串长发展和分布,而表面潮湿条件下的复合绝缘子电晕放电随机性较大。电晕紫外光脉冲个数以及脉冲平均峰值可以用作检测电晕放电的特征参数,以判定复合绝缘子电晕放电状态。     

基于不同放电模型的变压器局部放电光学特性研究

基于建立的真实变压器故障模型模拟变压器内部不同放电类型,同时为捕捉局部放电时的光学效应,建立基于光学传感器的局部放电光局放检测系统。研究中通过外施电压对沿面放电和悬浮放电缺陷模型进行加压产生局部放电信号,研究结果表明:局部放电的光学信号能够有效反应变压器内部局部放电的产生和发展过程。放电图谱中放电点的密集度,可直观评估放电的强烈程度。当放电趋于稳定时,沿面放电点的光学放电信号相位主要分布在60°~150°和240°~330°之间,悬浮放电点相位主要集中在260°~320°之间,根据光局放信号的相位特性,可以明确区分变压器内部的沿面放电和悬浮放电现象,为变压器光局放检测技术的应用奠定了基础。     

重复脉冲占空比对变频电机绝缘局部放电统计特性的影响

研究脉冲电压参数对局部放电(partial discharge,PD)统计特性的影响规律,有利于I型变频电机绝缘性能评估时得到客观结论。该文采用漆包线单点试样,通过双极性脉冲电压下的大量实验,研究了占空比(0.005%~50%)对PD统计特性的影响规律,并根据脉冲电压下的局部放电机制分析了占空比对局部放电幅值和相位作用机制。研究表明:电压持续时间小于100μs时,局部放电发生概率较低,放电幅值较小,放电不对称,下降沿附近干扰信号严重,导致PD信号提取信噪比降低,影响了变频电机绝缘性能测试的准确性。当脉冲持续时间大于100μs时,PD统计特性基本对称。因此,根据相关标准进行变频电机绝缘检测时,宜采用持续时间超过100μs的重复脉冲电压。     

频变电应力下高频电力变压器绝缘沿面放电形态及发展过程

沿面放电是导致绝缘失效的主要原因之一。为研究高频电力变压器绝缘在频变电应力下的沿面放电形态及发展过程,搭建了高频沿面放电实验平台。首先在10~40 k Hz正弦电压下,测试了不同频率下的沿面放电起始、闪络电压及沿面寿命,然后采用恒压法开展沿面放电实验,记录了放电起始、发展至闪络的整个过程,获得了不同阶段的放电特征参量和放电相位谱图,并结合二次电子发射雪崩模型和陷阱理论,对沿面放电的发展演化过程进行了分析。实验及分析结果表明,电压频率的升高会导致沿面闪络电压的降低和沿面寿命的缩短;高频下聚酰亚胺的沿面放电形态为直线型,在放电的不同阶段,放电幅值、次数、相位谱图及其统计量均呈现出特定的变化规律,可作为沿面放电发展程度的评估指标;绝缘表面电荷分布和陷阱参数对沿面放电特性有重要影响,是进一步揭示沿面闪络机理的关键。     

绝缘子沿面局部放电的光电探测效率分析研究

为了实现荧光光纤局部放电检测系统的开发,针对绝缘子沿面放电光辐射特性,对荧光光纤光电测量系统关键性能和匹配效率进行了对比分析。通过试验获得了绝缘子沿面放电光谱主要成分、特征谱线和随放电强度变化的光谱统计范围,并结合绝缘子沿面放电发射光谱、荧光光纤激发光谱、光纤的捕获效率,对比分析了两种荧光光纤对局部放电的荧光激发效率,得到了两种典型聚苯乙烯（PS）荧光光纤的激发强度和激发效率。结果表明：激发光谱为299～477 nm的光纤要优于294～410 nm的光纤;R3896型光电倍增器（PMT）与荧光光纤系统结合匹配效率更优,PMT在最优驱动偏压下信噪比（SNR）达到峰值12.45 dB;在最优驱动偏压下自然散热系统的自温漂效应大致为7%,冷却恢复时间大致为40 min。     

空气中电晕放电光电脉冲联合检测方法研究

为了对空气中电晕放电强度进行评估,搭建了一套能够同时采集光电脉冲信号的局部放电光、电联合检测系统,并设计了典型的针-板电极缺陷。通过对不同外施电压下光、电脉冲特性的研究,发现光电脉冲在时间上有很好的一致性,且在放电负半周期,光电联合检测到的放电重复率随外施电压升高而增大;在外施电压正半周期,光脉冲幅值与视在放电量存在较好的线性关系,而在负半周期电压较低时,光脉冲幅值与视在放电量无线性关系,且随着外施电压不同,正半周期光、电脉冲相位分布谱图呈现"包络"状。结果表明:通过光电联合检测得到的放电重复率、脉冲幅值及相位分布谱图特征可对电晕放电剧烈程度进行判断。     

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。     

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。     

SF_6气体中电晕放电的紫外光、可见光及近红外光脉冲特性研究

为了研究SF_6气体中金属尖刺处局部放电伴随的发光现象及特性,搭建了一套局部放电紫外光、可见光及近红外光波段同步光学检测平台。采用均匀背景电场中的针-板电极作为实验对象,采用逐级升压方式对SF_6气体中针-板电极进行局部放电试验,分别对不同电压下的局部放电光脉冲信号进行测量,并对局部放电光脉冲的N-?柱状图及幅值分布区间进行统计分析。结果表明:3种光谱波段下检测到的脉冲放电重复率和脉冲幅值分布区间宽度与外施电压都具有良好的线性一致性关系;随着外施电压升高,3种光谱波段的放电光脉冲幅值分布范围逐渐增大,且存在饱和现象和明显的极性效应;紫外光和可见光范围内的光脉冲具有较大的活跃性,而近红外光波段内的光脉冲多出现在放电较为剧烈的情况。该研究结果可为光测法在GIS设备内绝缘检测中的应用提供参考。     

平行平板型真空沿面闪络实验系统的放电诊断

为了研究真空沿面闪络实验结果的有效性问题,搭建了1套MHz猝发多脉冲平行平板型真空沿面闪络实验平台。利用示波器记录的电压信号、像普通电荷耦合元件(CCD)和像增强型电荷耦合元件(ICCD)相机记录的光学图像、绝缘体表面放电痕迹、电极表面放电痕迹等信息,对实验系统的高压放电现象进行了综合诊断并对实验系统进行了调试。诊断和调试结果表明:该实验系统在高压运行时除了有绝缘子沿面闪络外,还有绝缘隔板放电、水电阻表面放电、绝缘子体击穿和真空电极击穿等放电现象,这些放电现象用某单一的诊断信息来判断是不容易区分的;改进后的沿面闪络实验系统在圆台形绝缘子实验中仍然有9%的几率发生真空电极击穿。分析认为这是由于在击穿场强较高的沿面闪络实验系统中,真空电极击穿场强与绝缘子的沿面闪络击穿场强处于同一数量级所致,这是击穿场强较高的沿面闪络实验系统中存在的普遍问题。综合各种诊断信息,确认沿面闪络实验结果的有效性对于沿面闪络实验研究是十分必要的。