GIS局部放电超高频信号传播特性和模式识别的研究.pdf

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1、作者姓名盘皇生专指导教师姓名专业技术职务查遗垦叁撞丑q 剑：!：!=，夕，9 年辟月f 岁日s t u d yo nt h eP r o p a g a t i o nC h a r a c t e r i s t i c sa n dP a t t e r nR e c o g n i t i o no ft h eU H FP a r t i a lD i s c h a r g eS i g n a li nG I ST h e s i sS u b m i t t e dt oS h a n d o n gU n i v e r s i t yi nP a r t i a lF u l

2、 f i l l m e n to ft h eR e q u i r e m e n tf o r t h eD e g r e eo fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gb yP a n gK a iA p r i l2 0 1 0原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：逢垒L日期：圭!丝堡垒屡!目关于学位论文使用授

3、权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：垒虹导师签名：菇鼬山东大学硕士学位论文I V山东大学硕士学位论文目录目勇毛I摘要IA b s t r a c t I I第l 章绪论l1 1 弓l 言11 2G I S 内部故障类型31 3G I S 局部放电检测技术研究现状51 3 1 非电检测法61 3 2 电气检测法71 3

4、3G I S 局部放电的主要检测方法比较91 4G I S 局部放电模式识别技术研究现状91 4 1 放电模式构造l01 4 2 表征局部放电的特征参数一1 01 4 3 局部放电模式识别分类决策1 21 5 本文主要研究内容1 4第2 章G I S 内部局部放电超高频电磁波传播特性仿真研究1 52 1 引言l52 2G I S 局部放电激发的电磁波及其传输特性1 52 2 1G I S 局部放电激发的电磁波1 52 2 2 时域有限差分法l82 3 电磁波传播特性仿真分析2 02 3 1 接收距离对U H F 信号的影响2 l2 3 2 角度对U H F 信号的影响2 22 3 3 放电脉冲

5、宽度与激励电磁波信号的关系。2 42 3 4 脉冲幅值影响一2 62 3 5 腔体尺寸的影响2 62 3 6L 型结构对信号的影响2 72 3 7 绝缘子的衰减作用2 92 5 本章小结3 2第3 章G I S 典型局部局放模型超高频放电特征分析3 33 1 超高频天线3 33 1 1 工作原理3 33 1 2 超高频天线的性能要求。3 43 1 3 天线类型及其参数的选择3 43 1 4 天线性能参数3 53 2 抗干扰措施3 63 3G I S 局部放电测鹫系统3 73 3 1 实验测量系统3 73 3 2 实验前准备工作3 83 4 典型局部放电模型超高频放电特性分析一3 83 4，l

6、悬浮电位体3 83 4 2 绝缘子表面固定金属微粒4 0山东大学硕士学位论文3 4 3 高压母线尖刺4 13 4 4 自由金属微粒4 23 5 本章小结4 4第4 章超高频局部放电模式识别的研究4 54 1 弓I 言z 1 54 2 模式识别系统4 54 2 1B P 神经网络模型与特点4 54 2 2 模糊神经网络。4 64 2 3 识别能力比较。5 04 3 实例l 5l4 3 1 情况简介514 3 2 超高频法检测及识别5 24 3 3 气室解体结果5 34 4 实例2 5 44 4 1 情况简介5 44 4 2 超高频检测及识别5 54 4 3 气室解体结果5 64 5，J、结5 6

7、第5 章结论及展望5 7参考文献5 8致谢6 2攻读硕士学位期间的研究成果6 3H山东大学硕士学位论文摘要气体绝缘开关设备(G a sI n s u l a t e dS w i t c h g e a r，G I S)以其可靠性高、占地面积小等优点，在电力系统中得到广泛的应用。对G I S 进行局部放电检测可以有效的了解设备的绝缘状况，及时发现绝缘隐患。超高频检测技术特别适合于具有类似波导结构的G I S 设备，通过检测G I S 内部局部放电激发的超高频电磁波，实现局部放电的检测和定位。为了更好的了解局部放电超高频信号在G I S 中的传播和衰减特性，便于实现现场U H F 局部放电检测传

8、感器的合理布局，利用基于时域有限差分法的x F D T D 仿真软件对G I S 同轴波导结构中超高频电磁波进行了定量分析。本文以探针5 0 n s 内接收的能量变化为依据，通过x F D T D 建立了G I S 直腔体、绝缘子、L 型结构的模型，改变局部放电源的位置、宽度和幅值、放电源与接收点的相对角度，研究了U H F 信号在G I S 中传播和衰减的一般规律：经过L 型结构后能量衰减4 7 9 d B；信号经过相对介电常数=4 6 的绝缘子时，能量衰减5 5 0 d B。本文基于U H F 信号在G I S 内部传播特性和干扰噪声分布，根据超高频天线的性能要求，设计了平面等角螺旋天线的

9、参数，仿真结果表明：在所需带宽内，传感器具有良好的增益和方向性。本文构造了四种典型的G I S 局部放电模型，用建立的超高频检测系统可以有效的检测G I S 各种典型局部放电，并提取了每种模型的放电谱图。不同的局放模型及其放电谱图有可分性，提取其统计算子为模式识别奠定了基础。本文采用人工神经网络对局部放电类型进行模式识别。为了改善B P N N 容易陷入局部最小，甚至不收敛的缺点，提高识别的可靠性和准确性，本文将T N F I N应用于局部放电超高频模式识别，首先根据输入输出模式确定网络结构，然后在误差最小化的前提下，利用变量梯度法和L M S 算法确定网络参数。对四种典型局放类型的识别结果表

10、明T N F I N 在收敛速度方面明显优于B P 神经网络，而且具有较高的识别率和较强的泛化能力。关键词：气体绝缘开关设备局部放电超高频时域有限差分法模式识别山东大学硕士学位论文A b s t r a c tB e c a u s eo ft h eh i g hr e l i a b i l i t ya n de c o n o m yo fG a sI n s u l a t e dS w i t c h g e a r(G I S)，i th a sb e e nw i d e l yu s e di np o w e rt r a n s m i s s i o n S oi ti

11、 si m p o r t a n tt om o n i t o rt h ei n s u l a t i o nc o n d i t i o no ft h eG I Sa n df i n do u tt h ei n s u l a t i o nd e f e c t si nt i m e，a n dt h eP a r t i a lD i s c h a r g e(P D)d e t e c t i o ni sa ne f f e c t i v em e t h o d D u et ot h ew a v e-g u i d es t r u c t u r eo

12、fG I S，t h eu l t r a h i g h f r e q u e n c y(U H F)P Dd e t e c t i o nt e c h n i q u ei sm o r ee f f e c t i v et h a nt h et r a d i t i o n a lm e t h o df o rt h eP Dd e t e c t i o n A c c o r d i n gt od e t e c t i n ge l e c t r o m a g n e t i cs i g n a le m i t t e db yP Ds o u r c e

13、,t h eU H Ft e c h n i q u eC a nd e t e c ta n dl o c a t et h eP Ds o u r c e si nt h eG I S I no r d e rt og e tm o r ek n o w l e d g eo ft h ep r o p a g a t i o na n da t t e n u a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h eU H Fs i g n a l si nG I S，t oe c o n o m i z et h eU H Fs e n s o r

14、si nG I Sd e t e c t i o n，t h ep r o p a g a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fU H Fs i g n a l se m i t t e df r o mP Da r es t u d i e dt h e o r e t i c a l l ya n ds i m u l a t i o n a l l y I nt h i sp a p e r，G I Ss t r a i g h tc a v i t y,Ls h a p ec o m e r,i n s u l a t o ra r eu t

15、i l i z e d，t h et r a n a s m i s s i o no fP De l e e t o r m a g n e t i cw a v ei nt h ew a v e-g u i d ei ss i m u l a t e db yF D T Dm e t h o d T h e r e f o r e，f a c t o r si n f l u e n c i n gU H Fs i g n a l sa r ea n a l y z e d，i n c l u d i n gP Dc u r r e n ta m p l i t u d ea n dp u

16、 s l ew i d t ho fP Ds o u r c e B a s e do nt h ee n e r g yr e c e i v e db yt h ep r o b e sw i t h i n5 0 n s，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eU H Fs i g n a l sa t t e n u a t e4 7 9 d Ba f t e raLs h a p ec o m e r,5 5 0 d Ba f t e ra ni n s u l a t o r(e=4 6)A c c r o d i n gt ot h ep

17、 e r f o r m a n c er e q u e s t so fU H Fa n t e n n a，b a s e do nt h es t u d yo nt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eU H Fs i g n a la n dn o i s ys i g n a l，aP l a n ee q u i a n g u l a rs p i r a la n t e n n ai sd e s i g n e d T h es i m u l a t i o n a lr e s u l t ss h o wt h a tt

18、 h es e n s o rh a ss u p e r i o rg a i na n dd i r e c t i o n a lp r o p e r t i e s T os i m u l a t ed i s c h a r g e si nG I S，f o u rt y p i c a lP Dm o d e l sa r ec o n s t r u c t e di naG I S U s i n gt h eU H FP Dm e a s u r i n gs y s t e m，t h eU H Fs i g n a le m i t t e df r o mP Da

19、 n dp h a s er e s o l v e dP Dp a t t e r n sa r es t u d i e da n dt h e f e a t u r ep a r a m e t e r sa r ec a l c u l a t e dt o山东大学硕士学位论文I n f e r e n c eN e t w o r k)t h a ti sat y p i c a ln e t w o r ko fF u z z yN e u r a lN e t w o r k(F N N)i sp r o p o s e di nt h i sp a p e r F i r s

20、 t l yt h en e t w o r ka r c h i t e c t u r ei sd e c i d e da c c o r d i n gt ot h ei n p u t-o u t p u tp a t t e r n，t h e nn e t w o r kp a r a m e t e r sc a l lb eu p d a t e da c c o r d i n gt ot h eh y b r i da l g o r i t h mt h a ti n t e g r a t e sg r a d i e n td e c e n ta l g o r

21、i t h ma n dL M Sa l g o r i t h m0 1 1t h eb a s i so fs u p e r v i s e dl e a r n i n ga n de r r o rm i n i m i z a t i o n T h er e s u l t so fv e r i f i c a t i o no ff o u rt y p i c a lP Dm o d e l ss h o wt h a ti th a sh i g hG e n e r a l i z a t i o nA b i l i t ya n dr e c o g n i t i

22、 o nc a p a b i l i t y,i nt h em e a n w h i l e，s o l v et h ei n h e r e n ts h o r t c o m i n go fb a c kp r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r k(B P N N)s u c ha ss l o wc o n v e r g e n c ea n dl o c a lm i n i m a K E YW O R D S：g a si n s u l a t e ds w i t c h g e a rp a r t i a ld i

23、 s c h a r g eu l t r ah i g hf r e q u e n c yf i n i t e-d i f f e r e n tt i m e-d o m a i np a t t e mr e c o g n i t i o n1 1 1山东大学硕士学位论文山东大学硕士学位论文1 1 引言第1 章绪论中国电网是伴随电力工业的发展不断改善拓展的，目前国家电网和南方电网均以形成5 0 0 k V 主干网，西电东送、南电北供、全国联网的格局J 下在逐步形成【l】。截至2 0 0 4 年底，全国总装机容量达到4 4 亿千瓦，年发电量2 5 0 0 T W h，如图1 1所示。

24、随着全国经济的高速稳定发展，电力需求快速增长，预计在以后的1 5 年，新增装机容量将超过5 亿千瓦【2 1。如此大容量的电力系统的安全稳定运行和供电可靠性又是一个不容忽视的问题。在联网的情况下，系统一旦发生故障，将造成大面积的停电，其维修费用和造成的经济损失都是无法估量的，因此电网的安全运行显得格外重要。图1-1 中国电力1 业发展统计【刁作为电力系统重要的、可靠的输变电设备，气体绝缘开关设备(G a sI n s u l t a t e dS w i c h g e a r,简称G I S)在电力系统中得到广泛的应用。G I S 是2 0 世纪6 0 年代中期出现的一种新型电器设备，它把变电

25、所里除了变压器外的各种电气设备全部组合装配在一个封闭的金属外壳里面，腔体内部通常充以0 仙5 M p a 的S F 6 气体，以实现导体对外壳、相间以及端口间的可靠绝缘。G I S 是由若干相互直接连接在一起的单独元件，如母线、断路器、隔离开关、接地开关、避雷器、互感器等组成。G I S 同传统敞开式高压配电装置相比具有明显的优点：结构紧凑，整个装置的占地空间大为缩小约为户外变电站的3 0；不受外界环境的影响，运行可靠性。口。一爹L。一诵硼鲻廿MM投撕埔“：=柚o42山东大学硕士学位论文高；检修周期长。自问世以来，G I S 迅速发展，在输变电系统中占据越来越重要的地位。图1 2 为一套G I

26、 S 设备。图1 2G I S 设备由于S F 6 气体的强负电性，因此具有良好的绝缘性能，目前的超高压及特高压设备主要以S F 6 作为绝缘介质。然而S F 6 气体中一旦混入水份、杂质、颗粒或者其他原因造成局部场强过于集中，其绝缘性能会急剧下斛3 4】。因此对G I S 的生产工艺、条件、环境均有较高的要求。但是在G I S 的制造和组装过程中，不可避免会留下缺陷，这就为G I S 留下了故障隐患。为了保证电力系统的安全运行，目前我国电力规程规定了定期的试验与检修。但这种维修机制主要强调维护设备的安全性，较少考虑维修活动的经济性，无法高效利用检修资源，并且统一的规定易造成维修过度和维修不足

27、的问题【5】。另外，这种检修方式测量精度不高，不能及时发现一些短期内变化较大的潜伏性缺陷，如福建省1 9 8 4 1 9 8 8 年电力设备事故中，近9 0 的设备历年来的预试数据结果是合格的【6】。对于G I S 这种电力设备，与其他设备不同，其绝缘缺陷通过局部放电的测量_ 才能有效的监测到。对其他设备，除检测局部放电外，还可用其他方法来检测绝缘缺陷。如变压器，可对油中气体分析；电容型绝缘可测介损或泄漏电流。另外，G I S 中某些绝缘缺陷(如环氧树脂中气泡)诱发绝缘故障是一个累积过程，局部放电使缺陷不断扩大，最终引起整个绝缘的破坏。综上所述，G I S 的正常运行是确保电力系统安全稳定运行

28、的重要因素，而G I S 结构复杂、造价高、缺陷难以发现，一旦故障修复时间长，因此对设备进行局部放电检测，及时、准确的发现早期绝缘故障、预防发生绝缘事故并预测绝缘寿命，对于确保电力系统经济、可靠的运行具有重要意义。2山东大学硕士学位论文1 2G I S 内部故障类型造成G I S 内部发生局部放电的原因是多方面的，G I S 问世以来4 0 多年的运行经验表明，绝缘故障一直是影响其长期可靠性的重要因素之一。国内外都出过大的G I S 闪络和击穿事故，例如，韶关和溪电站1 1 0 k V G I S 在绝缘试验时由4 5 m m长螺钉掉在盆式绝缘子上造成击穿；江门2 2 0 k VG I S 由

29、于绝缘子的脏污造成击穿；沙角电厂在安装G I S 时留下尖毛刺而引起击穿；大亚湾4 0 0 k VG I S 在绝缘试验后发现在变压器与母线连接处的绝缘子有明显的漏电痕迹 r l。这些都说明了对G I S 进行绝缘检测是十分必要。表1 1 给出了C I G R E 在1 9 9 8 年统计的自1 9 6 7年到1 9 9 2 年欧洲及北美部分地区投入运行的不同电压等级G I S 绝缘故障情况。表1 1 G I S 绝缘故障率统计【8 J电压等级绝缘故障率间隔数绝缘故障次数k V次(百间隔年)1 2 5 1 4 59 3 3 42 4O 2 62 4 56 1 3 34 10 6 74 2 03

30、 3 5 l6 l1 85 5 01 1 0 94 33 9其他电压1 7 7 3 41 6 50 9从故障率来看，超过了G I S 绝缘配合所限定的O 1 次(百间隔年)的指标，且随着电压等级的增高，故障率增大。引发绝缘故障的缺陷类型及故障的平均分布如图1 3 所示图1 3G I S 内部不同缺陷类型引起绝缘故障率统计结果3山东大学硕士学位论文G I S 内部影响绝缘介质性能的缺陷主要有：严重的安装错误、自由导电微粒、导体之间接触不良、高压导体突出物、固定微粒、绝缘子缺陷、S F 6 气体混有水蒸气等【9】，见图1-4。图I-4G I S 内常见的缺陷种类下面对上述几类缺陷分别分析：(1)微

31、粒及异物在G I S 设备制造生产、运输、安装、使用过程中不可避免的金属粉末、片状或大尺寸固体颗粒混在气体中。其中危害最大也是最为常见的缺陷是自由导电颗粒。它们在外电场的作用下感应电荷以获得足够的电场能量，并在电场力的作用下跳动、位移。如果获得的能量足够大，微粒可能越过外壳和高压导体的间隙移动到有损绝缘的地方。导电微粒接近而未接触到高压导体时最容易产生局部放电(p a r t i a ld i s c h a r g e，P D)现象。同时，导电微粒在位移过程中和附着在绝缘子表面时也会产生P D 现象【1 0 1。(2)固定金属突出物固定金属突出物的产生是因为加工不良、机械破坏、安装时相互碰撞

32、、挂擦，其存在通常有两种情况：金属突起毛刺和金属微粒附着在固体绝缘表面，在突出部分很容易形成高场强区。稳态时易产生相对稳定的电晕，但在诸如雷击过电压或操作过电压等快速暂态过电压下，往往会引发故障。某些颗粒起初并不存在，而是在运行一段时间后出现，在机械振动和操作过电压引起的静电力下，有轻微位移，并向绝缘危害的方向发展。还有一些长期固定在绝缘子表面，作为固定金属颗粒粘在绝缘表面，并不在电场力作用下移动到低场强区域，在绝缘子表面形成表面电荷聚集，加大了故障的可能性。这些微粒的危害相当于金属突出物。4山东大学硕士学位论文(3)悬浮电位体在G I S 内部用来改善绝缘易击穿部位电场分布的屏蔽电极与高压导

33、体或接地导体问电气连接部件有着广泛的应用。但这些连接部件随着开关电器操作产生的机械振动也会随之位移或随运行时间推移而老化，从而产生浮动电位。同时，内部的不良接触又会因为静电力引起的机械振动会进一步加剧接触不良，从而出现电极电位浮动。浮动电位体所产生的局部放电会伴有较强的电磁辐射和超声波，还会形成腐蚀性分解物和微粒，这些都会加速G I S 内部绝缘恶化，污染附件的绝缘表面直至造成绝缘故障。(4)绝缘子缺陷绝缘子缺陷通常有内部和外部两种表现形式。内部缺陷通常很小，通常是在制造过程中形成，难以发现和检测；外部表面缺陷是由其他绝缘缺陷类型引起的，如P D 产生的分解物、绝缘气体中混入的水蒸气对固体绝缘

34、表面的破坏、自由导电颗粒等。(5)S F 6 气体混有水蒸气实验实测表明，G I S 内部S F 6 气体掺入其他少量其他绝缘性能良好的气体(如N 2 等)有利于提高S F 6 气体绝缘性能，然而旦混入水蒸气，其绝缘性能将会急剧恶化。温度下降时，G I S 内部的杂质就混合在水蒸气产生的凝露中，附着在固体绝缘材料表面，影响其表面的导电性，恶化绝缘性能。除了上述五种绝缘缺陷类型外，在G I S 设备生产、制造、运输、装配的各个环节都有可能出现疏漏，而在交接实验时由没有被检测出来，从而对今后G I S设备的运行埋下隐患。1 3G I S 局部放电检测技术研究现状在电场作用下，绝缘系统只有部分区域发

35、生放电，而尚未被击穿，这种现象称之为局部放电。局部放电的过程除了伴随着电荷转移和电能损耗之外，还会产生电磁辐射、超声波、光、热以及新的生成物】。因此，与上述现象所对应，局部放电的检测方法也分为非电检测法和电气检测法两大类0 2,1 3】。5山东大学硕士学位论文1 3 1 非电检测法非电检测法包括超声波检测法、光检测法、化学检测法、红外检测法、温度检测法。(1)超声波检测法 1 4,t 5 1局部放电时伴随着声波发射现象，超声波法利用安装在G I S 外壳上的传感器检测设备内部缺陷局部放电时电子间剧烈碰撞所产生的超声波信号。该方法具有避免电磁干扰影响、可方便定位、在线监测和离线检测结果相同等优点

36、。但超声波检测的灵敏度不仅取决于P D 产生的能量，还有一个重要的因素就是信号的传播途径。由于气体、绝缘子、外壳、导体及其它元件对超声波信号的传播特性各部相同，超声波信号在G I S 内部的传播是一个相当复杂的过程，存在声波的折射、反射；同时P D 形成的超声波产生的振动加速度很小，对距离衰减很快，检测频率低，现场也有其他声波干扰信号，种种原因导致该方法检测灵敏度不高，定量分析比较困难，仅对局部放电初测及比较严重的空气中的放电比较有效。当绝缘缺陷的主要放电反应为振动信号时，超声波检测法检测缺陷能力较为突出。可以在G I S 外部进行检测，适应于电力系统定期运行检测。(2)光检测法【1 2 1光

37、检测法是通过检测局部放电产生的光波实现的。利用装载G I S 中的光电传感器进行光测量来评价局部放电的强弱。由于光检测探头装载设备内部，P D产生的火花伴随着较强烈的光辐射，检测系统可以免于各种电磁干扰，灵敏度较高，能检测放电的位置。但是，光波主要集中在U V 波段，极易被S F 6 气体和绝缘子吸收，而G I S 设备内壁光滑引起的反射也会出现检测死角，导致光检测法准确性较低。实际的G I S 有许多腔室，因此需要大量的内部传感器，一方面导致检测成本高，另一方面大量的传感器也影响气体绝缘性能。同时，光检测法的技术复杂，一般的生产厂家并不安装，而电力公司也不可能在运行中的G I S 内部加装光

38、电二极管光电倍增器等光电传感器，因此，这种方法不适对已运行的G I S 进行局部放电在线检测，但可适用于电力系统停电检测和实验室研究。(3)化学检测法【1 1,1 6 绝缘材料在局部放电的作用下，会产生各种新的生成物，因此可以通过测定这些生成物的组成和浓度，来表征局部放电的程度。在G I S 中，s F 6 气体在P D6山东大学硕士学位论文作用下分解成金属氟化物、S F 4、以及低氟化硫，这些物质迅速氧化，在短时间内形成氟氧化物，如S O F 2 和S 0 2 F 2 两种最稳定的气体。将气体样本带回实验室分析，也可以在现场用便携式气相色谱仪进行分析，灵敏度约为0 0 3 p p m 左右。

39、但是在G I S 中发生局部放电现象时，S O F 2 和S 0 2 F 2 会被稀释，G I S 中的吸附剂和干燥剂也可能会影响检测的灵敏度。因此，化学检测法并不能定量分析、定位缺陷，仅能反映G I S 内部局部放电的总体程度，且测定结果耗时较长，不适合现场检测。(4)红外检测、法【1 7,1 8 1局部放电产生的热会使电气设备绝缘局部放电区域温度升高，因此测量种温度升高变化现象能确定局部放电的程度和位置，可以采用红外摄像器材检测这种因素，但由于现场造成温度变化的原因很多，导致红外检测的可靠性较差。(5)温度检测法【1 9】局部放电产生的热会使放电区域温度升高，通过温度传感器测量温度的分布、

40、变化情况可以了解G I S 内部放电情况。1 3 2 电气检测法电气检测法主要包括常规测量方法和超高频(U H F)方法两类。常规测量方法又包括耦合电容法、测量地线电流法、绝缘子内埋设电极的方法三种。(1)耦合电容法【2 0 2 1】耦合电容法，也就是I E C 6 0 2 7 0 标准推荐的方法，它通过检测局部放电的电流脉冲反映电气设备的局部放电特性，测量方法简单，灵敏度高，易于局部放电定量测量，是目前应用最广发的局部放电测量方法。但也有其缺陷，一方面，要获得较高的灵敏度，测量系统必须良好屏蔽，且需要匹配合适的电容，因此仅能适应一个单元的测试，而对一个完整的、结构复杂的G I S 来讲很难实

41、现：另一方面，耦合电容法不能进行局部放电定位而且抗干扰能力差，在电磁环境复杂的运行现场难以运用。(2)测量地线电流法【2 2 1在原理上与耦合电容法没有本质的差异，当G I S 内部发生局部放电时，高频的微小电流会流过接地线，因此可以用高频微电流传感器(如罗格夫斯基线圈7山东大学硕士学位论文传感器)从中性点或接地线处检测放电信号。高频微电流传感器可以在较宽的频率范围内保持很好的传输特性，测量系统安装方便，而且不改变电力系统的运行方式，但是地线会引入干扰，实际经验表明在G I S 外壳接地线上加装高频微电流传感器感应局部放电脉冲电流并不合适。(3)绝缘子内埋设电极【2 3】该方法利用在生产过程中

42、就已经埋在绝缘子内部的电极作为传感器进行G I S 内部局部放电的测量。(4)超高频法超高频法(u l t r a-h i g hf r e q u e n c y，U H F)法是近十几年发展起来的一种新的G I S 局部放电检测方法。适用于像G I S 这样具有分布参数的波导系统，因此受到相当重视，而且超高频法测量频率范围在3 0 0 M H z 到3 G H z 之间。自苏格兰S t r a t h c l y d e 大学率先开始研究用U H F 法检测G I S 局部放电以来【2 4】，越来越多的G I S 制造商和科研机构都对此方法进行了研究，并获得了大量的实践经验。如德国的西门子

43、公司、瑞士的A B B 公司和苏格兰的S t r a t h c l y d e 大学都已经推出自己的基于U H F 方法的G I S 局部放电在线监测系统。在新修订的I E C 6 0 2 7 0 及I E C 6 0 5 1 7 标准中，均将这种方法作为G I S 局部放电检测的主要方法之一。研究表明，与电力系统中电晕放电脉冲的特性有明显不同，在G I S 内部，P D 总是在小范围内发生，脉冲持续时间很短，具有极快的放电特性，约为几个纳秒(n s)，其波头上升时间仅I n s 左右【2 5】，这种脉冲包含的频率分量丰富，在低频到微波频段都有分布。G I S 的同轴结构对于电磁波的传播等效

44、于良好波导，信号在设备内部传播时衰减很小。U H F 法的工作原理就是利用装设的超高频传感器接收由P D 放电陡脉冲所激发并传播的超高频电磁波，实现局部放电的测量。U H F 法采用的传感器按照其安装位置分为内置和外置两类传感器【2 6 捌。内置传感器通常是在G I S 生产时就预先埋设在外壳的开口处，主要有圆盘传感器、锥形传感器等，性能良好，效率高，同时也可以避免G I S 外部的干扰；外置传感器通常安装在支撑G I S 内导体的盆式绝缘子处，以接受从内部泄露出的电磁信号，主要有屏蔽谐振环传感器、双螺旋传感器、环形传感器、缝隙传感器振子传感器等。两种传感器各有优劣：外部传感器同内埋式传感器相

45、比有着几乎相等的灵敏度，外部传感器的可移动性好，而内埋式传感器的信号量更丰富，山东大学硕士学位论文因为从绝缘子缝隙或观察窗传出的信号相当于通过一高通滤波器。U H F 法抗干扰能力尤其是低频干扰的能力较强，能对局放源进行定位，根据测量到的信号频谱及统计特征，可以较好的区分缺陷类型。同时也可以长期的现场检测，特别适合远程监测；同时灵敏度很高，可以满足工程需要。在G I S局部放电检测的诸类方法中有广阔的应用前景。1 3 3G I S 局部放电的主要检测方法比较将上述的几种G I S 局部放电主要检测方法具体优缺点、测量精度、定位能力、实际应用情况等方面进行分析比较，有以下结论，如下表1 2 所示

46、：表1-2 G I S 中P D 主要检测方法比较2 8 1检测方法耦合电容法超高频法超声波法化学检测法光学法简单、灵敏度较灵敏度高；灵敏度高；不受电磁优点可J j r 运行抗电磁干扰不受电磁干扰高干扰中的设备能力强不能用丁运行结构复杂；需灵敏度缺点中的设备；信噪造价高要有经验人灵敏度差差；需较不能长期检测比低员操作多传感器精度5 p C0 5 O 8 p c 2 p C很差差适用检测的固定微粒；悬浮自由导电颗电位体；气隙裂适用于各种粒；悬浮电位放电现象剧烈同定微绝缘缺陷缺陷类型时的缺陷粒；毛刺纹体能否定位P D否精确需较多传感可精确剑某个能粗略定源0 1 m器方能定位放电气室位故障类型判能能

47、能不能不能断应用情况早期较多广泛广泛未应用未应用1 4G I S 局部放电模式识别技术研究现状要准确了解和掌握G I S 内缺陷类型性质和特征，有效的方法是对获得的局部信号进行模式识别，从而达到研究局部放电现象与绝缘缺陷之间对应关系的目的。最初的局部放电模式识别是凭借工作人员的经验，通过对局部放电波形的观9山东大学硕士学位论文察，来判断局部放电的类型并诊断确定局放发生的位置，达到模式识别的目的。这种工作方式带有很明显的局限性，需要大量的人工干预，不能定量、稳定的分析，受个人因素影响大，因此不利于推广。随着计算机的出现和人工智能技术的兴起，模式识别在6 0 年代迅速发展成-fj 学科，传统的方法

48、逐渐被计算机软件自动识别和故障诊断所取代。9 0 年代以来，模式识别方法开始应用于局部放电类型的识别，和传统的依靠专家目测进行放电类型判别相比，显著提高了识别的科学性和有效性。局部放电模式识别大致可以分为放电模式构造、特征提取、模式分类。G I S 数字化局部放电测量系统的构成如图1 5 所示。1 4 1 放电模式构造图1 5 数字化局部放电测量系统示意图不同的局部放电检测方法会产生不同的局部放电模式用于放电分析，主要包括脉冲序列相位分布分析(p h a s er e s o l v e dp u l s es e q u e n c ea n a l y s i s，P R P S A)模式

49、、局部放电相位分布(p h a s er e s o l v e dp a r t i a ld i s c h a r g e，P R P D)模式、局部放电时间分布(t i m er e s o l v e dp a r t i a ld i s c h a r g e，T R P D)模式三种。(1)脉冲序列相位分布模式P R P S A 模式是局部放电的最基本的模式，包含局部放电测量的所有信息，模式为吼(，“()2 9 1。(2)局部放电相位分布模式P R P D 模式也就是一q n 模式【2 9 1，是目前应用最广泛的模式，描述了局部放电发生的工频相位(0 2 万)，放电量幅值q 和

50、放电次数疗三者的相互关系。(3)局部放电时问分布模式T R P D 模式将局部放电脉冲波形直接作为识别对象，提取波形特征作为模式识别的因子。文献 3 0 3 4 分别采用了不同的波形特征用于局部放电模式识别。1 4 2 表征局部放电的特征参数1 0原始数据组成的空间成为测量空间，通常测量空间的维数较高，这就需要山东大学硕士学位论文过变换把位数较高的测量空间中的表示的模式转变为维数较低的特征空间中的模式，简化模式识别的复杂度。一个具有较好分辨力的特征参数，在不同的放电情况下应表现出明显的差异，从而具有对放电类型进行识别的能力。是否在不同放电情况下表现出明显差异，是考核特征参数分辨力强弱的标准。目