交流电压下GIS中导电微粒的模式识别方法研究

气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)内部自由导电微粒是影响GIS运行可靠性的重要因素。为了实现GIS内部导电微粒的在线识别,为GIS设备的局部放电严重程度和危险度评估提供理论依据,建立了一套GIS设备局部放电缺陷的试验平台。利用模式识别的方法,在试验过程中采集不同导电微粒的超声波信号,通过对信号的分析和处理,提取出特征,将所提取的不同种类的导电微粒的特征输入到极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)中,通过训练和测试,最终的模型识别正确率能够达到92.58%。该方法为今后GIS设备内部自由导电微粒的识别带来了新思路。     

GIS中典型缺陷局部放电的超声信号特征分析

GIS以其可靠性高、维护率低和尺寸小等优点在变电站中广泛应用。然而,GIS中不可避免的缺陷仍经常引发绝缘击穿事故。设计并模拟了GIS中常见的三类局部放电典型缺陷:金属突出物缺陷、自由金属颗粒缺陷和悬浮电位缺陷,使用外置的超声传感器采集局部放电产生的超声波信号,并分析了这些信号的特性。试验结果表明,三种典型绝缘缺陷局部放电时具有不同的超声信号特征,超声波法可用于检测和分离GIS中常见的绝缘缺陷。     

超声局部放电特征研究及应用

GIS内部不同类型绝缘缺陷呈现出不同的超声特征,这些特征对于判断局部放电部位及危险性具有指导意义。本文通过在252 kV GIS试验段内分别布置自由金属颗粒、悬浮电位体、金属尖端、绝缘件表面脏污、绝缘件内部气隙等5类典型绝缘缺陷模型,对不同类型绝缘缺陷局部放电超声特征进行了研究。将研究结果应用于现场,发现一起GIS绝缘缺陷,对存在绝缘缺陷的GIS通过计划停电后进行解体,故障得到了确认,局部放电类型与预判结果一致,有效避免了一起GIS击穿事故的发生。     

基于信号包络谱的GIS局部放电超声诊断方法研究

笔者应用基于信号包络谱的分析方法对局部放电超声信号进行研究,并在实验室环境下建立悬浮电极、针尖电晕、自由金属微粒3种GIS内部典型绝缘缺陷的局放模型进行诊断识别,根据识别结果总结出了不同类型缺陷所表现出的不同测量特征.     

GIS中金属微粒诱发沿面局部放电发展过程的研究

局部放电的检测和识别对气体绝缘全封闭组合电器(GIS)运行状况的监测起着至关重要的作用。金属微粒缺陷是一种极易引发GIS局部放电的典型缺陷。文中主要研究金属微粒诱发的GIS内局部放电沿面爬电的发展过程。为此,根据GIS实际运行条件,搭建GIS模拟实验平台,采用阶梯升压法划分试验阶段,利用脉冲电流法检测各阶段下的局部放电模式,与此同时架设增强型电荷耦合检测器相机(ICCD)实时记录金属微粒局部放电的沿面发展过程,并采用K-Means聚类算法结合特征参量对其发展过程进行划分。结果表明GIS盆式绝缘子上金属微粒的沿面局部放电演变过程分为3个阶段:电晕放电主导阶段、电晕与流注放电并存阶段和流注放电主导阶段。     

直流电压下GIS内金属微粒的局部放电特性研究

为了研究直流电压下气体绝缘金覆封闭开关设备GIS内金属微粒缺陷的局部放电特性,用直流发生器和一套局部放电检测系统搭建试验平台。试验数据分析表明：金属微粒在正极性电压下更容易起跳;依据电荷量示意图,跳动微粒的波形振荡剧烈,局部放电量大。     

声测法检测GIS中局部放电的初步研究

介绍了在220kV的GIS元件上用声测法对模拟的固定尖突的局部放电和自由微粒运动进行初步研究的结果。试验表明,声测法检测GIS的绝缘缺陷有很好的灵敏度,不易受环境电磁噪音的干扰,还可对不同类别的缺陷进行鉴别。     

GIS内典型绝缘缺陷的局部放电信号超声特性分析

为了研究组合电器(GIS)典型绝缘缺陷局部放电信号的超声波特性,在一段110kV GIS试验段上,设计和模拟了GIS中的母线金属尖刺缺陷、筒壁金属尖刺缺陷、悬浮电位缺陷、盆式绝缘子内部气泡缺陷、自由金属颗粒缺陷等5种典型局部放电模型和铁心电磁振动模型,使用超声波法对其放电和振动信号进行检测。结果表明,不同缺陷的局部放电或超声信号在幅值、相位特征、相位分布(PRPD)谱图特征等方面会呈现不同的特点,为缺陷的模式识别提供了试验依据。     

GIS中自由金属颗粒缺陷局部放电严重程度评估

自由金属颗粒缺陷是GIS中常见的绝缘缺陷,而且不同严重程度的局部放电对设备安全运行的影响不同,因此有必要对该类缺陷的放电发展程度进行研究。采用阶梯升压法对自由金属颗粒局部放电进行研究,利用特高频检测技术对局部放电信号进行采集,并提取出6个有效表征局部放电严重程度的特征参量,最后采用K-means聚类算法及最小距离原则建立了局部放电发展阶段的划分规则,并探讨了自由金属颗粒缺陷放电发展过程的演化机制。结果表明:放电特征参量随试验时间的增加均呈现出单调突变式增大或减小的趋势,可以用来表征自由金属颗粒放电的严重程度,通过聚类分析算法和局部放电试验将金属颗粒的放电过程划分为放电发展阶段与放电的临近击穿阶段。     

GIS绝缘缺陷局部放电检测的有效性研究

GIS因大容量、高可靠性、环境友好等优点在电力系统获得了广泛应用,局部放电检测作为GIS绝缘状态监测和缺陷诊断的重要手段,但存在误报和漏报现象,需要针对其检测有效性进行研究。文中针对球—板带尖刺电极模型和绝缘子沿面附着金属微粒两种典型绝缘缺陷展开研究,研究不同缺陷类型下局放起始电压和击穿/闪络电压的关系,提出局部放电检测有效性系数α以表征脉冲电流法对绝缘缺陷检测的难易程度。研究结果表明,两类缺陷的局部放电起始电压和击穿/闪络电压均随缺陷尺寸增大而显著降低,球—板带针电极引发的局部放电起始电压与间隙击穿电压差别较大,且局部放电量较高,而绝缘子表面金属微粒引发的局部放电起始电压与闪络电压更为接近,且局部放电量相对间隙缺陷较小,因此,绝缘子沿面金属微粒的局部放电检测有效性系数相对间隙电场集中缺陷更低,通过局部放电检出的难度相对较大,因而危害也更大。此外,随着气压升高,两种典型缺陷局部放电检测有效性系数α均呈现降低趋势,因而可通过适当降低气压开展局部放电试验来提高GIS局部放电检测的有效性。     

特高频和超声波局部放电综合检测技术的应用

应用超声波法和超高频法综合检测技术,对GIS、开关柜及部分异常设备进行检测。发现GIS及开关柜等多起设备隐患,并采取相应措施进行了处理,确保了电网的安全运行。超声波法和超高频法均是现场局部放电的主要检测方法,超声波法对自由颗粒缺陷具有较高的灵敏度;超高频法对设备内部的金属尖端放电、接触不良放电、GIS盆式绝缘子上的自由金属颗粒和内部缺陷反映较灵敏,使用时可根据实际情况进行选择。     

GIS局部放电常规检测和超声波检测方法的应用比较

介绍了几种GIS局部放电常用的检测技术,并应用常规脉冲电流检测法和超声波检测法对模拟的GIS运行中常见的几种典型缺陷,包括带电导体上尖端、壳体内壁上尖端、自由金属颗粒、悬浮电位、绝缘子内气泡以及黏附在绝缘子表面的金属颗粒等进行了检测。再通过对测试系统记录的放电脉冲和超声波脉冲的相位分布比较、不同缺陷在一定电压下的脉冲放电量大小比较,以及不同缺陷超声波脉冲有效值和周期峰值的特征和大小比较,总结得到在上述各种典型绝缘缺陷情况下,应用这两种检测方法所得波形和信号的主要特征,为超声波局部放电检测技术在GIS现场交流耐压试验和运行阶段的有效应用提供参考。     

A unique sensitivity verification combined with real-time partial-discharge identification method

The sensitivity verification with the ultrahigh-frequency (UHF) method will be discussed in this paper. The sensitivity line with the UHF method based on the conventional (IEC 60270) one is different in the radial position of the defects inside gas-insulated substation (GIS), because transverse-electromagentic mode can be more weakened while transverse electric (TE)/transverse magnetic (TM) modes can be more enhanced as the defect comes close to the enclosure than the conductor. The result makes it difficult to detect the free particle with IEC 60270. A unique sensitivity verification, which is combined with real-time PD identification method, first enables us to identify the defects and thereafter to calibrate the apparent charge of each specified defect according to the sensitivity line.     

考虑超声波传播特性对GIS内部自由金属粒子的游离尺寸评价

介绍采用电磁波及超声波检测法探讨精确诊断GIS内部是否有金属粒子存在、位置以及绝缘击穿危险程度的诊断检则。以GIS罐内进行的金属粒子自由落下的试验，探计了有关产生超声波波形的衰减、螺旋波以及速度分散等传播特性，根据校正的超声波振幅值评价了GIS内游离的金属粒子的尺寸。     

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。     

交流电压下预埋电极对绝缘子附近导电微粒运动的影响

为防止自由导电微粒浮起或附着于绝缘子表面而引起绝缘闪络故障,该文建立楔形平板电极系统来模拟SF6气体绝缘系统中可能出现的不均匀电场,实验研究交流电压下预埋电极对微粒的驱散作用,包括对微粒运动轨迹与起始运动电压的观测。通过有限元法进行电场计算,对自由导电微粒的受力情况进行分析,理论验证了实验结果。结果表明,对于表面与接地电极表面夹角呈锐角或直角的绝缘子,无论其表面带棱与否,预埋电极可防止自由导电微粒附着于其表面,同时能够提高绝缘子附近微粒浮起所需的电压,对微粒浮起有抑制作用。     

宁夏电网GIS带电检测现状及典型案例分析

结合宁夏电网GIS带电检测的现状,汇总了漏气缺陷、自由颗粒放电缺陷及悬浮放电缺陷的带电检测典型案例。以联合检测技术在GIS悬浮放电缺陷中的应用为例,讨论了联合检测技术对发现GIS悬浮放电缺陷的意义,为GIS带电检测全过程管控提供建议。     

GIS盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷导致局部放电的发展过程

局部放电是气体绝缘组合电器（GIS）内部绝缘损坏的外在表现。为了研究GIS局部放电的发展规律,在220 kV GIS实验腔体中设置了人工盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷模型,采用阶梯升压法模拟了该缺陷下局部放电的不同发展阶段,以特高频法对各阶段局放信号进行了测量。基于测量结果,梳理了放电次数、平均放电幅值、总放电幅值、最大放电幅值等的变化规律,从而得出结论：盆式绝缘子表面自由金属颗粒缺陷下局部放电可分为放电初始阶段、放电发展阶段和放电危险阶段,且各放电阶段可用放电特征量及放电散点图的变化来表征。     

一起363kVGIS充电闪络故障的原因分析

分析了一起363kVGIS充电时闪络故障的原因,提出了GIS交接试验中做交流耐压试验的同时应进行局部放电的测量,并在条件许可的情况下进行操作冲击电压试验,以避免如绝缘子伤痕和裂痕、自由微粒、悬浮电位和异物遗留在GIS内部等原因而造成GIS故障。