基于卷积神经网络的气体绝缘组合开关盆式绝缘子螺栓松动检测方法

盆式绝缘子是气体绝缘组合开关中的关键绝缘器件,通过螺栓与两侧气室法兰进行紧固连接,当螺栓预紧力分布不均时会导致盆式绝缘子应力分布不均,严重时会引起绝缘子破裂,从而影响电力设备运行的安全性和可靠性。文章搭建了盆式绝缘子螺栓松动超声波检测系统,以获取不同螺栓不同工况下的超声信号,基于卷积神经网络对超声信号进行特征提取。实验结果表明,卷积神经网络可以自动提取盆式绝缘子螺栓松动特征量,当迭代次数为320、学习率为0.001时,10种螺栓松动工况的识别准确率达到100%。该检测方法可实现对盆式绝缘子法兰螺栓松动的检测,判断螺栓松动状态,具有一定的工程实用价值。

特高压气体绝缘组合开关设备中特快速瞬态过电压测量系统的标定

气体绝缘组合开关设备(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关操作会产生特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)。VFTO的全波形包含数十MHz的高频成分和准直流的低频成分。因此,VF-TO测量系统要有良好的瞬态响应和稳态响应特性,这就要求对测量系统的频率响应特性和分压比进行严格的标定。为此,利用阶跃波在均匀传输线中传输的原理,自行设计了阶跃电压行波发生装置,根据电容分压式测量系统输入和输出信号的关系,推导了在输入为理想阶跃信号的情况下,输出信号上升时间和测量系统3dB高频截止频率的关系,标定了测量系统的高频特性。根据测量系统低压臂时间常数和3dB低频截止频率的关系,标定了低频特性,测量系统带宽为0.003Hz～87.5MHz。对安装于实际GIS中的测量系统,使用已知幅值的工频和雷电波标定测量系统的分压比为6.6×105。可见,该测量系统满足对VFTO全过程波形进行测量的要求。

220kV气体绝缘高压组合开关设备新技术

介绍SF6气体绝缘高压组合开关设备(GIS)的基本原理和发展,阐述220kV ELK-14/252型SF6GIS新技术及其各个组成部件的结构和特点,具体包括:三相共筒和分筒技术相结合;改进型压气式灭弧室和可靠耐用的液压弹簧机构;安全的隔离/接地组合式设计并配有独特的铝合金管型伸缩节;电压互感器和避雷器的三相共筒式设计。

气体绝缘组合式开关设备在核电厂中的应用

对气体绝缘组合式开关设备(GIS)在自然环境适应能力、设备使用的安全性、经济效益等方面的优势和不足进行了分析,论述了GIS设备的制造、运输、现场安装、运行、维护和扩建等应用问题。与传统的空气绝缘开关设备(AIS)相比,GIS设备具有抗震能力强、占地面积小、安装工序少、故障概率低、检修周期长、便于扩建以及经济效益高等特点,SF6气体绝缘保障了该设备使用的安全性和可靠性,模块化运输再拼接提高了该设备安装的灵活性,因此GIS设备可谓是核电厂一次设备的首选。

AREVA气体绝缘组合式开关设备试水中国市场

据报道 电气设备巨头法国AREVA输配电最近与广东蓄能发电有限公司签订合同，为广东惠州抽水蓄能电站提供气体绝缘组合式开关设备（GIS）。根据合同供货范围，AREVA输配电提供的GIS将包括8个间隔的550kV开关，型号T155。

机-电联合作用下SF_(6)气体中金属微粒运动行为与局部放电特性研究

为探究气体绝缘金属封闭开关设备内金属微粒在机械振动和高压电场联合作用下的放电运动特性,基于机械振动与交流电压联合试验平台,对不同机-电状态下自由金属微粒运动产生的超声波信号及放电信息进行测量,分析了机-电联合作用下金属微粒的放电特性及运动规律。试验结果表明:随着机械振动幅值、频率的增加,金属微粒的局部放电起始电压减小,且高振动频率时微粒放电分散性降低;机-电联合作用下,放电活动更加剧烈,局部放电相位分布谱图分散性增大,超声飞行谱图整体保持三角脉冲群的典型特征,且脉冲群周期为工频周期;随着机械振动、电压幅值的升高,飞行谱图不断向前发展,产生“双峰”和“三峰”的形态。研究结果有助于气体绝缘组合开关实际运行过程中自由金属微粒的检测与分析。

振荡冲击及交流电压下绝缘子表面金属微粒放电特性研究

近年来由于绝缘子沿面放电引起的绝缘故障较为多见,冲击耐压及冲击下局部放电检测是绝缘考核和诊断的有效手段。文中采用IEC60060-3推荐的振荡型雷电及操作冲击和工频交流电压,针对110kV气体绝缘组合开关设备(GIS)真型绝缘子金属微粒缺陷模型进行了局部放电特性研究。在工频交流(AC)电压下,局部放电起始电压和闪络电压的差值小于2种振荡型冲击电压,其随气压增大而增加;在冲击电压下,局部放电大多发生在振荡周期的上升沿处,在电压波谷处会出现相反极性的局部放电脉冲;金属颗粒位置对放电量、放电重复率等影响较大。结论表明,相比于工频交流电压,GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷在外施电压为振荡型冲击电压时易产生局部放电,说明了振荡型冲击电压局部放电检测具有较高缺陷检出能力。

GIS机械振动和局部放电融合检测系统研究

气体绝缘组合开关潜在性的绝缘缺陷和机械缺陷是导致其发生故障的主要原因,因此同步检测GIS设备内部绝缘状态和机械状态,对电力系统的正常运行具有重要的现实意义。文中从GIS的实际检测需求出发,设计振动—超声融合传感器,搭建融合检测系统。系统基于小波包算法实现对融合信号的分离与去噪,并利用振动基频信号获取工频电压相位,作为局部放电PRPD(partial discharge phase distribution)谱图的相位参考信息,检测系统可综合实现振动—超声融合信号采集、调理转换、处理分析等功能。在实体GIS设备上开展了隔离开关接触不良机械振动—局部放电联合检测试验,试验结果表明GIS设备隔离开关接触不良缺陷程度越高,机械振动信号中100Hz基频分量和300Hz异常分量越大,且隔离开关严重接触不良状态下会产生600、900Hz的异常分量,并伴随有悬浮放电信号,PRPD谱图显示放电幅值稳定且较高,放电相位固定,特征明显。文中研制的振动—超声融合检测系统可实现对GIS机械振动、超声局放信号的时空同步检测,进而综合分析GIS的机械状态和绝缘状态,实现对于缺陷类型、缺陷程度的精准诊断;系统便携性强,提高了现场对于电力设备的巡检效率,为现场GIS便携式精准检测提供了新方案。

GIS中支柱绝缘子及进出线套管插接焊缝超声波检测

分别采用传统超声波检测技术、超声相控阵技术检测支柱绝缘子与进出线套管插接焊缝,并对检测缺陷信号分析识别。在停电时间允许的情况下,用超声波检测高寒温差变化较大地区安装使用的绝缘子,要结合爬波和横波2种方法对支柱瓷绝缘子内部的缺陷进行全面检测。超声相控阵技术对结构较为复杂的进出线套管插接焊缝进行检测,操作灵活简便,检测灵敏度高,对细小焊缝裂纹有较好的检测分辨率。检测结果表明了这2项检测技术能较好地解决支柱绝缘子与进出线套管插接焊缝的检测难题。

500 kV GIS绝缘故障分析及处理

针对某特高压换流站因GIS绝缘故障导致的500 kV线路充电跳闸,阐述了故障发生的过程,结合保护动作情况、录波分析开展相关试验,并进行出厂交接试验复核、电场强度分布复核及放电通道分析,对放电过程分析,认为气室内部遗留异物引发的盆式绝缘子沿面放电是导致此次故障的主要原因。针对这一问题,从设备出厂环节、设备运输环节及现场安装环节提出质量管控措施,开展辅助绝缘诊断方法作为交流耐压试验的有效补充,以提高设备运行可靠性。

基于超声波的GIS组合电器局部放电识别方法

针对气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)组合电器局部放电识别方法在实际应用中存在故障识别准确率低的问题,对电网运行工作影响较大,为满足对GIS组合电器的故障检修需求,提出了基于超声波的GIS组合电器局部放电识别方法。通过用超声波检测器检测出超声信号,对GIS局部放电信号进行预处理,将得到的时序数据生成分类识别模型,实现对GIS组合电器局部放电信号的精准识别。实验结果证明采用提出的基于超声波的GIS组合电器局部放电识别方法识别的准确率始终保持在90%以上,应用效果较好,可应用于实际的GIS组合电器局部放电识别工作中,对GIS组合电器故障检测具有积极的推动意义。

GIS中典型局部放电的频谱特征及传播特性

局部放电水平是高压开关设备状态监测的关键指标,目前广泛采用特高频检测法监测气体绝缘组合开关中的局部放电。为此,利用整套GIS设备建立了试验平台,研究了GIS内部典型缺陷产生的局部放电在盆式绝缘子处泄露出特高频信号的频谱特征。利用多传感器同时测量,研究了特高频信号峰–峰值和累积能量经过GIS中盆式绝缘子、L形拐弯结构、隔离开关和电流互感器等结构的传播衰减特性。试验发现:悬浮金属体放电频谱分布在400 MHz^2 GHz之间,而金属尖端放电所泄露出频谱分布在600 MHz^1 GHz和1.4~1.7 GHz之间;GIS结构中快速隔离开关和电流互感器对局部放电信号累积能量衰减约7 dB,隔离开关打开时对特高频信号累积能量的衰减值比开关闭合时大5 dB。根据以上结论优化特高频检测的频带选择,可提高局部放电特高频检测的灵敏度,合理布置局部放电外置特高频在线传感器,提高监测效率。

基于支持向量机的GIS超高频局部放电模式识别

局部放电(PD)可以反映气体绝缘组合开关电器(GIS)内部的绝缘缺陷,不同类型的放电对GIS的危害程度存在明显的差异,正确识别GIS的放电类型对于保证GIS安全可靠运行、评估GIS的绝缘状况和制定合理的维修策略具有十分重要的意义。为了研究GIS中不同缺陷所激发的局放信号的特征,设计了4种典型放电缺陷模型来模拟GIS中可能存在的绝缘缺陷,通过试验从超高频(UHF)信号中提取出8个统计特征参数来描述放电的典型特征。基于支持向量机(SVM)算法设计构造了4分类SVM模型,采取投票的方式识别放电类型。实验结果表明,该方法识别率高,能有效识别4种GIS中的典型放电。

架空线对入侵超高压变压器的特快速暂态过电压波前陡度的限制

在采用气体绝缘组合开关(GIS)的500kV变电站或发电厂中,陡波前的特快速暂态过电压(VFTO)对主变纵绝缘有很大的威胁。为此,分别从实验和仿真这2个方面详细探讨了连接于GIS母线与变电站或发电厂主变之间的架空线对到达主变端口的VFTO波前陡度的削弱作用,并采用ATP-EMTP仿真计算、分析了该段架空线长度与到达主变端口的VFTO波前陡度之间的定量关系。研究结果表明,长度为5～15m的架空线能够很好地保护主变纵绝缘:当架空线长度约为5m时,架空线能够非常明显地削弱到达主变端口的VFTO波前陡度;当架空线长度为10m时,对于大部分采用GIS的500kV变电站以及发电厂,到达变压器的VFTO波前陡度不会超出限制水平;当架空线长度达到15m时,对于各种采用GIS的500kV变电站以及发电厂,到达变压器的VFTO波前陡度都不会超出限制水平。

模糊聚类算法参数优选方法及其在局部放电模式识别中的应用

为了研究GIS中不同缺陷所激发的局部放电类型,设置了悬浮电极、针尖电晕、自由微粒以及气隙等4种常见缺陷模型。对采集的局放数据,建立了最大放电量、平均放电量和放电次数等二维相位分布函数,在此基础上提取24组指纹特征参数。在采用模糊C均值(FCM)和Gustafson-Kessel(GK)等聚类算法对局放数据进行聚类分析时,针对聚类有效性,即样本集的类数c和模糊加权指数m的优选问题,介绍了一种新型聚类有效性评估指标U(c),发现U(c)值越大,得到的聚类数越接近于真实值。最后与其它有效性指标对比,验证了U(c)指标的准确性和有效性。

基于深度森林模型的GIS局部放电模式识别

气体绝缘组合开关电器(GIS)不同类型的局部放电(PD)对GIS绝缘造成的破坏程度不同,正确识别局部放电类型对于评价GIS绝缘状况非常重要。为简化特征提取过程、提高局部放电类型识别率,将深度森林算法引入GIS局部放电模式识别,提出一种应用于局放模式识别的深度森林模型。搭建252 kVGIS局部放电检测实验平台并设计典型缺陷模型,利用特高频法检测GIS中4种典型绝缘缺陷的局部放电;将采集到的放电波形图作灰度化和双线性差值归一化处理,作为深度森林模型的输入;采用多粒度扫描结构对局部放电灰度图进行自适应特征提取,避免特征量选取的主观影响;利用级联森林结构作为分类器,实现对局部放电的分类。识别结果表明,该方法的综合识别率高达99%,能有效识别GIS放电类型。

基于光电复合传感器的GIS局放检测方法研究

气体绝缘组合开关(gas insulated switchgear,GIS)设备内部发生局部放电时,会产生并向外辐射光和电磁波信号,通过测量产生的光和电磁波信号可以实现对局部放电的检测。局部放电特高频法目前已被广泛应用于GIS中局部放电的检测。光测法具有灵敏度高、对电磁干扰完全免疫等优点,拥有广阔的应用前景,但由于未解决传感器安全植入GIS内部的问题,目前尚无现场应用。将荧光光纤和GIS内置特高频传感器相结合,研制出用于GIS内部局部放电检测的新型光电复合传感器。仿真结果表明,复合传感器在不影响GIS内部电场分布以及内置特高频传感器性能的基础上,实现了荧光光纤的植入;实体GIS局部放电检测试验显示复合传感器可同时检测局部放电中光和特高频信号,对于金属尖刺缺陷,荧光光纤法具有更高的检测灵敏度。光测法的检测幅值和放电量近似为线性关系。随着缺陷和传感器距离的增加,光信号幅值呈现每厘米约2.2%的衰减。研究结果为GIS中局部放电检测提供了一种更加灵敏、可靠的检测方法。

GIS内光信号传播及传感器布局方式研究

光学检测法在局部放电检测领域具有不可替代的优点,但目前还未应用在实际运行的气体绝缘组合开关(gas insulated switchgear,GIS)设备上。该文首先在TracePro仿真软件中分别搭建T形、L形GIS仿真模型,在其内部设置探测面,获得探测面上的总光通量分布图(total flux map,TFM)和相对辐照度平均值(average value of relative irradiance,AVRI),研究局放源在不同位置、不同角度时探测面上的光强分布特性。仿真结果表明:GIS内部的复杂结构对光信号造成了较大的衰减,尤其是T形GIS垂直部分腔体的转折,光强衰减约77.5%,L形GIS垂直部分腔体内的光强相比T形高50%左右。进一步提出荧光光纤的3种布局方式:在手孔盖板下、直线形紧贴外壳内壁、围绕导杆紧贴外壳内壁。通过仿真对这3种方式进行灵敏度分析,表明结合方式2和3综合布局具有更佳检测的效果。最后应用荧光光纤在GIS内开展测试,测试结果表明传感器布局方式1的2个测试结果与仿真结果平均偏差分别为9.84%和11.46%,方式2、3的平均偏差分别为11.94%、12.11%。研究成果可为GIS内光学检测法提供一定的依据。

GIS局部放电特高频检测系统标定研究

特高频（UHF）局部放电检测技术的应用日益广泛,但迄今为止国内外对特高频局部放电检测系统性能标定方面尚缺乏标准和统一的评价方法。为解决局部放电特高频传感器及检测系统量化标定,以及传感器安装结构对实际检测效果影响的问题,设计开发了基于吉赫兹横电磁波（GTEM）小室的局部放电特高频检测标定平台,研究了3种典型安装结构因素对传感器和检测系统性能的影响。结果表明,传感器实际安装结构对其接收性能的影响非常显著,在300~1 500 MHz范围内,3种安装结构的传感器等效高度分别为10.8 mm,10.2 mm,3.3 mm。对应的UHF检测系统的灵敏度分别为2.8μV/mm,2.9μV/mm和36.7μV/mm,差异显著。因此对于UHF局部放电传感器及检测系统性能的标定评价必须综合传感器具体的安装结构因素进行一体化考核。

基于可听声波的GIS击穿点定位方法

为提高气体绝缘组合开关(GIS)击穿点定位的效率和有效性,基于空间可听声波提出了一种实施简单、定位准确的GIS击穿点二维定位方法。通过分析GIS击穿可听声波的特点,提出了确定声波信号到达不同传感器时延的峰值-阈值法。采用3个声波传感器的一形布置方式,结合空间算法搭建了无接触式的GIS击穿点数字化定位系统,并应用于330kV GIS现场试验。研究结果表明,GIS内部发生击穿时会向外辐射可听声波,声波的时域波形具有明显的高幅值脉冲,频域波形主要分布在2～8kHz,明显区别于背景噪声并为GIS击穿点的定位提供可用信息。330kV GIS的应用结果表明,定位系统的定位误差小于5%,与超声波、特高频等接触式定位方法相比降低了GIS击穿点定位的难度和成本,为GIS击穿点的现场定位提供了一种新的思路。GIS击穿点的定位结果受到声波传播衰减、传感器系统位置和遮挡物的影响,实际应用中需合理布置定位系统以提高定位结果的有效性和准确性。