基于特高频法的GIS局部放电故障在线智能识别研究
发布时间：2020-12-12 12:42
随着我国工业化进程的加速,特高压电网得到快速发展。封闭式气体绝缘开关装置(Gas Insulated Switchgear,GIS)因占地面积小、检修周期长、电磁危害小等优点被广泛应用于高压变电环节。由于生产制造、安装运输及长期运行过程中的诸多不可控因素,GIS设备的局部放电现象时有发生。因此,及时诊断GIS设备局部放电故障对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。本文主要研究内容是对GIS设备局部放电产生的特高频信号进行故障识别。首先对GIS内特高频信号的产生机理进行描述,分析了特高频信号的传播特性,概括了发生局部放电时的常见故障类型。根据局部放电时的特高频信号特性设计了局部放电检测装置,装置由特高频传感器、数据采集装置和集中单元构成。特高频信号被检测装置采集变换后传输至计算机,在计算机内对实时数据进行智能分析。以统计特征,时域特征和频域特征为基础,提取22组特征参数。采用主成分分析法,计算特征参数的协方差矩阵并求解其特征值,由累计贡献率确定主成分阶数,可得降维数据。将降维数据作为输入样本,运用BP神经网络进行故障识别,逐一确定网络最优结构,但BP神经网络性能易受权值和阈值影响,故采用遗...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２故障种类分布统计??
?第２章特高频检测原理及绝缘缺陷???第２章特高频检测原理及绝缘缺陷??第一章介绍了?ＧＩＳ相关概念及行业研究现状，并提出了本文的研究内容及??所采取的研宄方法。本章介绍了?ＧＩＳ局部放电的检测原理，引出特高频检测法，??并详细介绍ＧＩＳ设备的故障类型，并通过图谱方式进行直观展示。??２．１?Ｇ?ＩＳ局部放电检测原理??ＧＩＳ的良好绝缘性能得益于其内部充满了高压的ＳＦ６气体。当ＧＩＳ发生局??部放电时，会产生特高频电磁波，特高频电磁波是８？６气体在局部放电时发生??化学反应所产生的。该电磁波通过ＧＩＳ成为波导传播，如图２．１所示。??高压导体?－ｆ??Ｕ：］＝＝＝＝＝ｆｔ）??金属外壳Ｙ?＼?ＣＨＳ腔体?＞?、、《?／??图２．１特高频信号传播图??２．１．１气体放电原理??ＧＩＳ处于正常运行状态下时，ＧＩＳ内部和外部电极处的电场畸变程度是几??乎一致的，可近似为圆柱同轴金属导体。所以其电场环境为稍不均匀电常??当ＧＩＳ分布绝缘缺陷时，内部电场环境由稍不均匀分布转变为极不均匀分??布，此时电场的场强分布方差极大。且ＧＩＳ内ＳＦ６易受电场分布的影响，电场??不均匀程度的增加导致ＳＦ６的稳定性下降，即使外加电压远小于击穿电压，也??不可避免会造成局部放电现象。由汤逊理论可知，当电场某处畸变产生高强度??７??
?第２章特高频检测原理及绝缘缺陷???时，可在绝缘缺陷处引发电子崩现象。由于电子崩内的正离子和电子相结合放??电，电场环境进一步改变，最后伴随电压的升高进入流注阶段，爆发电晕。??金属尖端与接地外壳可视为棒一板间隙放电模型，正棒一负板模型和负棒??一正板模型分别对应正、负半周期的金属尖端放电。从图２．２中可观察棒一板??在不同极性下的间隙非自持放电特点。??°?ｒ??ｒ??（ａ）正棒－负极间隙非自持放电?（ｂ）负棒－正极间隙非自持放电??图２．２棒－板间隙非自持放电??图中虚线表示外加电场强度，实线表示放电后的空间电场分布。当正半周??期金属尖端放电时，释放正电荷，削弱原场强，即尖端附近电场强度降低；而??负半周时，释放负电荷，加强其附近电场强度。可知，金属尖端具有明显的电??极性效应且局部放电多发生在负半周期。??气体压强；７和间隙距离Ｊ是局部放电的主要影响因素，公式如下：??ｐ－ｄ＞＼Ｍ?Ｐａ－ｍｍ?（２．ｉ）??ＧＩＳ腔体内部气体压强ｐ为０．４－０．６ＭＰａ，间隙距离ｄ的范围应大于??１．６７－２．５＿。显然，受ＧＩＳ腔体尺寸影响其内部气体放电会经过先导放电。先??导放电阶段伴随流注通道的生产，在流注通道中从通道底部涌出大量电子并产??生热效应，形成茎状发亮的先导通道。先导通道具有更多的电荷量，故流注通??道受先导通道的影响会加强流注的延伸，并转化为先导通道，一直延续至异侧??电极，发生主放电。??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]GIS局部放电异常数据分析与缺陷诊断[J]. 姜方财,谢耀恒,左莹,刘奇,曾晓珊. 电气应用. 2018(23)
[2]GIS内自由导电微粒缺陷的局部放电相位图谱[J]. 吴治诚,张乔根,宋佳洁,杜乾栋,李晓昂,李志兵. 高电压技术. 2019(06)
[3]基于超声波诊断的GIS设备异常分析方法[J]. 周电波,丁登伟,盖世诚,贾志杰,王杰,马小敏,姚陈果. 中国电力. 2018(04)
[4]电力GIS设备的安装与调试分析[J]. 郭中华. 电工技术. 2018(01)
[5]提升双树复小波在GIS局部放电监测白噪声抑制的应用[J]. 叶会生,陈晓林,周挺,段肖力,谢耀恒,李欣. 高电压技术. 2017(03)
[6]GIS内置局部放电UHF耦合器的灵敏度[J]. 张高潮,徐洋,刘卫东,张建新,高文胜. 高电压技术. 2016(11)
[7]局部放电稀疏分解模式识别方法[J]. 律方成,谢军,李敏,王永强,刘效斌,范晓舟. 中国电机工程学报. 2016(10)
[8]基于光纤传输的气体绝缘开关设备局部放电超声波检测系统[J]. 刘云鹏,李岩松,黄世龙,赵涛. 高电压技术. 2016(01)
[9]GIS中S2OF10作为局部放电特征气体的有效性分析[J]. 周永言,乔胜亚,李丽,周文俊,胡慧,喻剑辉,王宝山,罗运柏. 中国电机工程学报. 2016(03)
[10]电气设备局部放电检测技术述评[J]. 李军浩,韩旭涛,刘泽辉,李彦明. 高电压技术. 2015(08)
博士论文
[1]GIS局部放电特高频检测技术的研究[D]. 李信.华北电力大学（北京） 2005
硕士论文
[1]基于特高频检测的GIS局部放电类型识别研究[D]. 邱鹏锋.重庆大学 2017
[2]高压电器GIS设计研究[D]. 艾华强.苏州大学 2015
[3]GIS特高频局部放电特征量优选及类型识别研究[D]. 刘昌标.华北电力大学 2015
[4]GIS局部放电超声检测技术的研究及应用[D]. 李颖.大连理工大学 2014
[5]UHF电磁波在GIS筒体内传播特性的仿真与实验研究[D]. 刘宏波.华北电力大学 2014
[6]GIS设备的发展和应用研究[D]. 陈飞.浙江大学 2007
本文编号：2912580
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２故障种类分布统计??
?第２章特高频检测原理及绝缘缺陷???第２章特高频检测原理及绝缘缺陷??第一章介绍了?ＧＩＳ相关概念及行业研究现状，并提出了本文的研究内容及??所采取的研宄方法。本章介绍了?ＧＩＳ局部放电的检测原理，引出特高频检测法，??并详细介绍ＧＩＳ设备的故障类型，并通过图谱方式进行直观展示。??２．１?Ｇ?ＩＳ局部放电检测原理??ＧＩＳ的良好绝缘性能得益于其内部充满了高压的ＳＦ６气体。当ＧＩＳ发生局??部放电时，会产生特高频电磁波，特高频电磁波是８？６气体在局部放电时发生??化学反应所产生的。该电磁波通过ＧＩＳ成为波导传播，如图２．１所示。??高压导体?－ｆ??Ｕ：］＝＝＝＝＝ｆｔ）??金属外壳Ｙ?＼?ＣＨＳ腔体?＞?、、《?／??图２．１特高频信号传播图??２．１．１气体放电原理??ＧＩＳ处于正常运行状态下时，ＧＩＳ内部和外部电极处的电场畸变程度是几??乎一致的，可近似为圆柱同轴金属导体。所以其电场环境为稍不均匀电常??当ＧＩＳ分布绝缘缺陷时，内部电场环境由稍不均匀分布转变为极不均匀分??布，此时电场的场强分布方差极大。且ＧＩＳ内ＳＦ６易受电场分布的影响，电场??不均匀程度的增加导致ＳＦ６的稳定性下降，即使外加电压远小于击穿电压，也??不可避免会造成局部放电现象。由汤逊理论可知，当电场某处畸变产生高强度??７??
?第２章特高频检测原理及绝缘缺陷???时，可在绝缘缺陷处引发电子崩现象。由于电子崩内的正离子和电子相结合放??电，电场环境进一步改变，最后伴随电压的升高进入流注阶段，爆发电晕。??金属尖端与接地外壳可视为棒一板间隙放电模型，正棒一负板模型和负棒??一正板模型分别对应正、负半周期的金属尖端放电。从图２．２中可观察棒一板??在不同极性下的间隙非自持放电特点。??°?ｒ??ｒ??（ａ）正棒－负极间隙非自持放电?（ｂ）负棒－正极间隙非自持放电??图２．２棒－板间隙非自持放电??图中虚线表示外加电场强度，实线表示放电后的空间电场分布。当正半周??期金属尖端放电时，释放正电荷，削弱原场强，即尖端附近电场强度降低；而??负半周时，释放负电荷，加强其附近电场强度。可知，金属尖端具有明显的电??极性效应且局部放电多发生在负半周期。??气体压强；７和间隙距离Ｊ是局部放电的主要影响因素，公式如下：??ｐ－ｄ＞＼Ｍ?Ｐａ－ｍｍ?（２．ｉ）??ＧＩＳ腔体内部气体压强ｐ为０．４－０．６ＭＰａ，间隙距离ｄ的范围应大于??１．６７－２．５＿。显然，受ＧＩＳ腔体尺寸影响其内部气体放电会经过先导放电。先??导放电阶段伴随流注通道的生产，在流注通道中从通道底部涌出大量电子并产??生热效应，形成茎状发亮的先导通道。先导通道具有更多的电荷量，故流注通??道受先导通道的影响会加强流注的延伸，并转化为先导通道，一直延续至异侧??电极，发生主放电。??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]GIS局部放电异常数据分析与缺陷诊断[J]. 姜方财,谢耀恒,左莹,刘奇,曾晓珊. 电气应用. 2018(23)
[2]GIS内自由导电微粒缺陷的局部放电相位图谱[J]. 吴治诚,张乔根,宋佳洁,杜乾栋,李晓昂,李志兵. 高电压技术. 2019(06)
[3]基于超声波诊断的GIS设备异常分析方法[J]. 周电波,丁登伟,盖世诚,贾志杰,王杰,马小敏,姚陈果. 中国电力. 2018(04)
[4]电力GIS设备的安装与调试分析[J]. 郭中华. 电工技术. 2018(01)
[5]提升双树复小波在GIS局部放电监测白噪声抑制的应用[J]. 叶会生,陈晓林,周挺,段肖力,谢耀恒,李欣. 高电压技术. 2017(03)
[6]GIS内置局部放电UHF耦合器的灵敏度[J]. 张高潮,徐洋,刘卫东,张建新,高文胜. 高电压技术. 2016(11)
[7]局部放电稀疏分解模式识别方法[J]. 律方成,谢军,李敏,王永强,刘效斌,范晓舟. 中国电机工程学报. 2016(10)
[8]基于光纤传输的气体绝缘开关设备局部放电超声波检测系统[J]. 刘云鹏,李岩松,黄世龙,赵涛. 高电压技术. 2016(01)
[9]GIS中S2OF10作为局部放电特征气体的有效性分析[J]. 周永言,乔胜亚,李丽,周文俊,胡慧,喻剑辉,王宝山,罗运柏. 中国电机工程学报. 2016(03)
[10]电气设备局部放电检测技术述评[J]. 李军浩,韩旭涛,刘泽辉,李彦明. 高电压技术. 2015(08)
博士论文
[1]GIS局部放电特高频检测技术的研究[D]. 李信.华北电力大学（北京） 2005
硕士论文
[1]基于特高频检测的GIS局部放电类型识别研究[D]. 邱鹏锋.重庆大学 2017
[2]高压电器GIS设计研究[D]. 艾华强.苏州大学 2015
[3]GIS特高频局部放电特征量优选及类型识别研究[D]. 刘昌标.华北电力大学 2015
[4]GIS局部放电超声检测技术的研究及应用[D]. 李颖.大连理工大学 2014
[5]UHF电磁波在GIS筒体内传播特性的仿真与实验研究[D]. 刘宏波.华北电力大学 2014
[6]GIS设备的发展和应用研究[D]. 陈飞.浙江大学 2007
本文编号：2912580
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