城市电网电缆群输送能力提升与管控技术述评

电缆因具有优异的稳定性、安全性和美观性而被广泛应用于城市输电线路。针对城市电缆群负荷整定保守、输送能力不足、实时管控困难三重挑战,分别从电缆群温升准确评估、输送能力提升、健康状态评估、负荷管控四个方面深入阐述了城市电网电缆群负荷管控实现过程中的关键技术,旨在形成一套精准的电缆群输送能力管控方案,进而为城市电网电缆群输送能力的提升与负荷管控技术的应用提供借鉴。

气体绝缘组合电器多局部放电源的检测与识别

介绍了基于宽带检测的气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)多局放源检测与识别技术。该技术由脉冲群快速分类和基于最小二乘支持向量机(least square-support vector machine,LS-SVM)的基于相位分布的局部放电谱图(phase resolved partial discharge,PRPD)识别2个主要模块组成。其中脉冲群快速分类模块由基于脉冲波形的时频参数提取和竞争学习网络无监督聚类实现,它将脉冲群分为若干个由相同波形特征脉冲组成的子脉冲群。PRPD放电谱图识别模块对各子脉冲群对应的PRPD谱图进行放电指纹提取,并使用GIS绝缘缺陷特征数据库训练得到的LS-SVM判别函数对各子脉冲群进行识别。仿真和试验结果均验证了该技术的可行性和实用性。

基于宽带检测的局放脉冲波形快速特征提取技术

根据电工设备绝缘存在多局放的工况,提出研制基于单个脉冲的局放宽带检测与模式识别在线监测系统。并指出研制该系统需要解决脉冲群快速分类这一关键技术,其由脉冲波形的快速特征提取以及基于波形特征的快速聚类分析组成。本文针对100Ms/S采样率获取的宽带脉冲波形-时间序列,提出分别使用幅值参数法、等效时频法和时频熵法对局放脉冲波形的特征参数进行提取。在对人工设置的多局放源产生的脉冲群数据进行波形特征提取后,使用模糊聚类对脉冲群波形特征提取结果进行了对比分析。结果表明:三种波形特征提取方法均能在一定程度上很好地分离干扰源而提取出局放数据。GIS母线尖刺缺陷的试验数据处理同样证实了该技术的有效性和可行性。这为研制基于单个脉冲的宽带局放检测与模式识别在线监测系统提供了实用的脉冲波形快速特征提取技术。

直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性

为研究直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性,组建了一套直流电压下局部放电试验系统以及由局放超高频检测和超宽带检测组成的测量系统,其中脉冲电流超宽带检测的作用是确保超高频检测获取的信号来自于试品自身的局部放电。试验设计了6种油纸绝缘局放模型以模拟换流变压器的典型缺陷,并引入毫瓦分贝(DBM)频谱分析对超高频信号进行了统一化处理,以比较不同缺陷模型对应的超高频信号。直流下试验结果表明:局部放电电流脉冲具有极快的上升沿,能激励起大于300MHz的超高频电磁波,它可以通过超高频传感器加以耦合接收。各种缺陷模型局部放电的DBM频谱分布各异,超高频段能量幅值最大处也不一样。因此若想以高信噪比实现直流下局部放电超高频信号的在线监测,需要使用中心频率可调的窄带滤波器。这些特性为直流输电系统中使用油纸绝缘的电工设备进行局部放电超高频信号在线监测提供了试验依据。

直流下局部放电序列信号检测与特性分析

介绍了用于分析直流下局部放电序列信号的时间等待恢复模型及其假设,总结了基于基本参数放电幅值q和放电时间点t用于分析直流局部放电序列信号的多种放电谱图。利用自行研制的直流局部放电宽带检测系统获取了缺陷模型(空气中电晕、油纸绝缘的尖板、内部缺陷和沿面放电)在直流电压下的大量局部放电脉冲波形-时间序列。并对获取的脉冲波形-时间序列,使用脉冲群快速分类技术进行随机干扰脉冲剔除。在上述工作基础之上,进行了直流局部放电幅值-时间序列信号的相关性统计分析,给出了各缺陷模型对应的典型q-t、n-q、n-Δt和qsuc-q等多种直流局放谱图。试验结果分析表明,四种典型缺陷具有各自的放电特性,直流下局部放电发展过程符合时间等待恢复模型及其假设。这为基于幅值-时间序列的直流局放检测、识别提供了理论和试验依据。

直流下油中局部放电脉冲波形测量与特性分析

在简述直流下局部放电模型及其检测方法之后,设计了直流下局部放电试验以及具有超宽频率响应的脉冲波形测量系统.为了验证测试电路具有足够的频率响应范围,利用方波源产生的陡下降沿对测量电阻进行了校验,同时对直流下空气中电晕放电波形进行了测量,结果均表明该系统满足试验要求.在上述工作基础之上,构造了6种油纸绝缘模型以模拟换流变压器的典型缺陷,并利用该测量系统获取了缺陷模型在直流下的大量放电脉冲波形.试验结果分析表明,直流下变压器油中放电稳定,放电脉冲不存在振荡分量和过冲,放电规律与阐述的直流下局部放电模型一致,不同放电波形的特征参数均有差别.这些特性为直流下局部放电类型识别提供了试验依据.

超声检测进行气体绝缘组合电器典型绝缘缺陷识别

介绍了基于超声检测的气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)典型绝缘缺陷识别技术。该技术由基于幅值模式(amplitude mode,AM)、飞行模式(flying mode,FM)、基于相位模式(phase mode,PM)的特征参数提取与判别3个主要模块组成。其中,针对AM提取的特征参数有频率成分50 Hz和100 Hz,用于区分缺陷信号与背景噪声,以及周期最大最小有效值比和周期最大最小峰值比用于区分自由金属微粒和其他超声信号。基于FM提取的特征参数有等效飞行时宽和等效飞行距离,用于判别超声信号是否来自于自由金属微粒。而基于PM提取的统计放电指纹则用于识别局部放电(partial discharge,PD)缺陷类型,包括母线和筒壁突起、绝缘子内部缺陷和悬浮电极。试验结果验证了该基于超声检测进行GIS典型绝缘缺陷识别技术的可行性和实用性。

直流下局部放电重复率的数学物理模型

本文基于绝缘内部气隙放电时的三电容等值和双电容简化等值两个电路分别研究了直流下局部放电重复率的数学物理模型,以及测量电阻存在时对直流局放重复率的影响。对交流下经典三电容局放模型加入电阻后的等值电路分析直流下简化局放过程得出:在局放存在条件下,直流下局放重复率与外部施加直流电压可近似为线性关系。对双电容简化等值电路的数学物理模型分析同样得出:出现局放时的直流下局放重复率与外部施加直流电压具有近似线性关系;测量电阻对直流下局放重复率的影响只是暂时的,会在局放起始放电条件不稳定的情况下对重复率有一定的影响,在到达平稳状态后,直流局放重复率仅由绝缘缺陷电气结构决定。基于宽带检测的直流平稳状态下三种基本油纸绝缘缺陷模型的试验结果则表明:在试验电压大于局放起始电压后,直流下局放重复率与一定范围内的试验电压值具有该近似线性关系。

局部放电脉冲群的实用快速分类技术及应用

对108次/s高速采样率获取的超宽带局放脉冲波形-时间序列,使用等效时频法提取了局部放电脉冲群的波形特征参数,并研究了模糊C均值聚类算法的特性及其在局部放电脉冲波形特征向量参数处理中的应用.基于GIS的局部放电试验数据处理表明:由等效时频特征提取和模糊C均值聚类分析组成的局部放电脉冲群快速分类技术可以对多个局部放电源构成的脉冲群进行准确分类.这为研制基于单个脉冲的局部放电超宽带检测与模式识别系统提供了实用的脉冲群快速分类技术.

基于波形非线性映射的多局部放电脉冲群快速分类

简单分析了目前基于脉冲峰值-时间序列的局部放电检测系统在模式识别功能上存在的缺陷。提出利用基于单个脉冲波形的宽带检测技术研制多局放检测与模式识别系统,并给出了研制交流下该系统的数据处理方案。重点对研制该系统需要解决的脉冲群快速分类技术进行了阐述:即通过基于局放脉冲时域波形的非线性映射进行参数提取,形成2D或3D的波形特征参数空间,再使用非监督的模糊聚类分析实现局放脉冲群的快速分类。基于2D特征参数平面的仿真试验和3D特征参数空间的GIS污秽试验数据处理结果均表明该分类技术的可行性和实用性。这为多局放电检测与模式识别系统的研制提供了试验和理论依据。

超声-光法在高压电器设备局部放电检测中的应用

超声波法在检测高压电器设备局部放电时存在一些弊端,为了消除或尽量避免这些问题,笔者阐述了光纤传感器的原理及其用于高压电器设备绝缘监测的依据,介绍了基于Fabry-perot、Mach-zehnder和Michelson 3种干涉原理的光纤传感器及其在高压电器设备局部放电超声-光检测中的试验研究和实际应用,最后提出了高压电器设备局部放电超声-光检测法研究目前存在的问题及发展方向。试验和实际运用研究表明,利用光纤技术实现的超声-光检测和定位局部放电实现高压电器设备绝缘监测是完全可行的。

局部放电光测法的研究现状与发展

笔者概述了光测法在局部放电各种研究领域中的应用现状,包括局部放电光谱分析、局部放电光脉冲检测、局部放电定位、绝缘老化机理、局部放电电磁波传播特性的试验方法以及试验结果,最后提出了高压电器设备局部放电光测法研究目前存在的问题及发展方向。

电网暂态过电压传感耦合技术述评

电网暂态过电压的仿真计算和现场实测,是目前研究系统绝缘配合、设备故障诊断和事故起因分析的主要手段;而实测暂态过电压是验证过电压仿真计算结论的首要依据。暂态过电压测量涉及电气、传感器、数据采集、信号处理、计算机等多个学科及其交叉,研究工作点多面广,但过电压分压器即电压波形信号的传感耦合方式是影响测量系统安全性、可靠性、准确性的核心和基础。主要对国内电网暂态过电压传感耦合技术的研究成果进行总结,同时结合本单位在交流500 k V、直流±500 k V以及特高压直流±800 k V和交流1 000 k V的输变电新(改、扩)建设备启动调试试验中百余站·次的暂态过电压测量情况,详细介绍了外接分压器、套管末屏串接无感电容、TV或CVT二次测量与反演、GIS内部内置电极等传感耦合技术,进而分析了上述技术存在的问题,并结合电网发展对暂态过电压传感耦合技术的发展趋势进行了展望。最后指出,随着电力系统向交直流特高压、智能电网、能源互联的方向发展,迫切需要开展特高压、交直流混联工况下系统的暂态扰动特性及其过电压测量和分析等方面的研究。

高压直流发生器特殊结构对其内部局放测量的影响

为测量具有特殊结构高压直流发生器内部局部放电,笔者分析了其工作原理并得出发生器输出电压波形与负载的关系曲线图,研究了此发生器在试验和运行中出现的3种不同负载情况(电容性、电阻性和阻容性)对其内部局部放电测量的影响。理论和试验结果均表明:在电阻性负载下,可以准确检测该高压直流发生器内部局部放电。

直流下局部放电试验与测量系统设计

笔者组建了一套直流下局部放电试验与测量系统,由放电脉冲波形超宽带测量系统和超高频信号测量系统组成。设计了6种油纸绝缘局放模型以模拟换流变压器的典型缺陷。直流下试验结果表明:缺陷模型放电稳定,相同条件下放电重复性好;测量系统可以准确检测到放电脉冲波形和超高频信号。为研究直流下局部放电脉冲单个波形、脉冲序列以及超高频信号在线监测等提供了试验研究平台。

局部放电脉冲的仿射类时频分布特性研究

系统地介绍了尺度图(scalogram)、仿射类平滑伪Wigner分布(ASPWVD)、乘积核分布和局域化双频率核分布这四种属于仿射类的时频能量分布,从理论和应用效果上分析了各个分布的交叉项衰减和时频分辨率的性能。针对局部放电脉冲宽带信号的非平稳性,展现了上述分布在处理仿真脉冲信号和直流下局部脉冲信号的应用效果。实验结果表明,属于乘积核分布的平滑伪Choi-Williams分布(SPCWD)在局部放电脉冲信号引发的短时变化中具有高度的敏感性,更为适合表征非平稳宽带信号的时变信息。据此,借助此分布可提取单个脉冲波形的时频特征参数、分析多个连续放电的脉冲时频特性变化,从而用于放电类型的模式识别以及深入研究绝缘系统中的局部放电机理。

500kV CVT内置低压电容C_3测量过电压波形的试验研究

为验证基于内置低压电容C3电容式试验互感器(Capacitor Voltage Transformer,CVT)测量电力系统过电压波形的分压方式,即低压电容C3与高压电容C1和中压电容C2进行串联分压作为低压臂输出,基于无锡日新厂500kV CVT进行设备改造,串入了自制大容量无感电容单元(54μF)C3,分别进行了模拟工频过电压试验、操作冲击试验和雷电冲击试验。对采集获取的C3两端输出的数字电压波形信号进行了时、频域分析,以及分压比稳定性验证。试验和数据分析结果表明,串接自制大容量无感电容C3两端输出的电压波形光滑平稳,基本无过冲和振荡,分压比与设计值的相对偏差小于1%,即该分压方式适合用于超高压电网系统单次过电压波形的测量。

直流局部放电脉冲峰值—时间序列特征指纹提取

在简述直流下局部放电试验系统以及用于直流局部放电试验的空气中电晕、油纸绝缘的尖板、内部缺陷和沿面放电4种典型局部放电缺陷模型之后,利用自行研制的直流局部放电宽带检测系统获取了缺陷模型在直流电压下的大量局部放电脉冲波形—时间序列。并对获取的脉冲波形—时间序列,使用基于波形时频特征的脉冲群快速分类技术进行随机干扰脉冲剔除,从而获得直流局部放电脉冲峰值—时间序列。在上述工作基础之上,引入Delta(t)参数,把交流局部放电识别方法运用到直流局部放电。对选用的部分直流局部放电TARPD谱图,使用统计算子计算得到36个放电指纹参数。基于遗传算法优化的BP神经网络(GA-BP)对放电指纹参数进行特征评价和选取。研究表明,保留20个有效指纹参数即可达到区分放电类型的目的。

局部放电超高频窄带信号监测技术

根据局部放电超高频窄带信号的特征,分别介绍了利用Nyquist采样技术、混频技术和窄带抽样技术实现局部放电超高频窄带信号监测的三种方法。且以低通采样和带通采样理论分析并对比了这三种方法的工作原理。在实验室利用数字仿真技术代替部分硬件实现了三种方法能够同时获取同一超高频信号经过不同带通滤波器后的窄带信号。仿真实验结果分析表明:混频技术可降低超高频窄带信号采样频率并保留其峰值和相位特征;而窄带抽样技术则能够恢复信号的超高频窄带分量,且保存了局部放电信号在此窄频带内较完整的信息。这为研制具有不同功能的局部放电超高频信号在线监测与诊断系统提供了试验依据。

局部放电脉冲信号ICA提取技术的初步研究

为了提高局部放电在线监测的灵敏度,根据独立成分分析(ICA)基本模型的定义,提出将背景噪声信号与局放脉冲信号看成两个相互独立的信号源,不同观测点获取的观测信号为两者的线性混合,从而可以实现两者的分离的方法。利用ActiveX自动化技术实现了可用于局放脉冲信号提取的ICA软件模块;基于双通道超宽带检测技术,对加噪后的直流下油纸绝缘针板缺陷模型的局放脉冲序列提取进行了试验研究并且利用峭度准则与试验电压极性相结合的方法消除了局放脉冲提取的ICA含混性问题。实验结果表明:该方法能够提取被背景噪声完全淹没的脉冲信号,可以恢复出单个局放脉冲波形、脉冲波形之间的相对幅值关系以及脉冲极值所对应的时间点等重要局部放电信号信息。