一種基于特征超高頻信號的gis局部放電故障檢測方法
【專利說明】一種基于特征超高頻信號的GIS局部放電故障檢測方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及GIS局部放電檢測領(lǐng)域，特別涉及一種GIS局部放電故障檢測方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 隨著電力工業(yè)建設的突飛猛進，對電力設備的安全程度也提出了更高的要求。氣 體絕緣全封閉式組合電器（簡稱GIS)同傳統(tǒng)敞開式高壓配電裝置相比，其結(jié)構(gòu)非常緊湊、 檢修周期長等優(yōu)點得到了廣泛應用。
[0003] 目前GIS最易發(fā)生的故障就是GIS局部放電，隨著放電現(xiàn)象的加劇，會導致電力系 統(tǒng)的大范圍停電，在故障發(fā)生初期往往需要對故障進行排查，而故障排查中隊故障類型的 識別是故障檢測中不可或缺的一部分，故障類型的確定為后期故障處理帶來依據(jù)。
[0004] 由于GIS局部放電會在GIS產(chǎn)生一些物理以及化學方面的信號，目前GIS研究的 方法有非電測法（化學檢測法、聲測法等）和電檢測法（脈沖電流法、超高頻法），姚唯建 等學者發(fā)現(xiàn)局部放電時產(chǎn)生的化學物質(zhì)很不穩(wěn)定等缺點，這些阻礙了化學檢測法的應用， 脈沖電流法雖然在實驗環(huán)境下能準確測量放電量，但在在線檢測和實際應用中由于代價太 高而且環(huán)境的電磁噪聲使局部放電信號難以識別，靈敏度低，應用較少。而目前最常用的信 號則為超聲波和超高頻信號。郝艷捧等學者的基于局部放電和超聲波法研究發(fā)現(xiàn)超聲波的 優(yōu)點是傳感器與GIS設備的電氣回路無任何聯(lián)系，不受電氣方面的干擾，但在現(xiàn)場中除了 局部放電以外，由于存在外殼振動等，會給超聲波的檢測帶來很大干擾，而且超聲波極易衰 減。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于特征超高頻信號的GIS局部放電故障檢測方法， 主要用于GIS局部放電故障類型的識別，同時特征頻段的提出為GIS局部放電故障檢測提 供新的思路。該方法的主要特點在于是基于特征超高頻信號的GIS故障檢測方法，主要包 括典型信號特征頻段的提取、特征樣本庫的建立以及采用改進BP算法進行故障類型的模 式識別。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于特征超高頻信號的GIS局部放電故障檢測方法，包括以下步驟：
[0008] 1)制作金屬尖端、懸浮電極、絕緣子表面污穢、絕緣子氣隙、自由顆粒五種典型絕 緣缺陷模型，依次選取5種典型絕緣缺陷進行單一典型絕緣缺陷放電試驗；
[0009] 2)采集并記錄施加不同工頻電壓下的各典型絕緣缺陷超高頻放電數(shù)據(jù)；
[0010] 3)自適應標定各典型絕緣缺陷的特征頻段，五種典型缺陷的特 征頻段依次記為：FTn、Fxf、FTRW、FTfl、F 7y，五個特征頻段的上下限頻率記為
[0011] 4)建立基于特征超高頻信號的典型絕緣缺陷故障特征標準庫記為Ku:D、Ku XF、 Kujbw N Kujq N KuZY；
[0012] 5)采集并記錄未知缺陷的GIS局部放電超高頻放電數(shù)據(jù)；
[0013] 6)基于各典型絕緣缺陷的特征頻段，建立相應的FIR濾波器，五類典型缺陷對應 的濾波器依次記為：FIR ;D、FIRxf、FIR;BW、FIRltp FIRzy;對超高頻放電數(shù)據(jù)進行濾波，得到對應 各特征頻段內(nèi)的放電數(shù)據(jù)，依次記為：Q;d、 Qxf、Qjbw、Qjq、Qzy;
[0014] 7)基于各特征頻段內(nèi)的放電數(shù)據(jù)，計算得到5類待識別放電特征集；
[0015] 8)對未知缺陷局部放電進行故障分類識別。
[0016] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟2)具體包括以下步驟：
[0017] 2. 1)依次選取5種典型絕緣缺陷的一種進行單一典型缺陷放電實驗，重復步驟 2. 2)到2. 3)直至5種典型缺陷放電實驗結(jié)束；
[0018] 2. 2)確定該典型缺陷放電起始放電電壓Ul和擊穿電壓U2 ;其中加壓實驗的過程 中首次出現(xiàn)放電現(xiàn)象的放電電壓為起始電壓，加壓實驗過程中放電量突然劇增至擊穿的放 電電壓為擊穿電壓；
[0019] 3)將起始電壓和擊穿電壓之間分成10個電壓等級進行逐級加壓進行實驗，利用 高速數(shù)據(jù)采集裝置記錄各級電壓下超高頻放電數(shù)據(jù)；每個電壓等級下記錄不少于10組數(shù) 據(jù)。
[0020] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟3)具體包括以下步驟：
[0021] 3. 1)依次對5種典型缺陷放電數(shù)據(jù)，重復步驟3. 2)到3. 4)直至完成5種典型缺 陷的特征頻段自適應標定；
[0022] 3. 2)對某一種典型缺陷的超高頻放電數(shù)據(jù)進行FFT變換，得到放電序列數(shù)據(jù)；
[0023] 3. 3)以550MHz為起始中心頻點、50MHz為步長、1250MHz為結(jié)束中心頻率的帶寬為 500MHz頻段，分別提取施加不同工頻電壓下在這15個頻段的超高頻信號放電量；具體方法 為：在頻域內(nèi)濾除掉非該段頻率的信號，求取每個頻段內(nèi)的總放電量，至此得到15組數(shù)據(jù)， 分別是每個頻段下工頻電壓和與之對應的總放電量，繪制各頻段下工頻電壓為橫坐標，對 應總放電量為縱坐標的折線圖，共15條電壓-放電量折線圖；
[0024] 3. 4)查詢15條折線中變化最靈敏的一條，該曲線對應的頻段即為所求的該典型 缺陷放電特征頻段。
[0025] 本發(fā)明進一步的改進在于：典型絕緣缺陷的故障特征標準庫中的特征參數(shù)是基于 各典型缺陷特征頻段內(nèi)信號分量進行計算；特征參數(shù)提取如下：利用特征頻段的數(shù)據(jù)繪制 局部放電PRro譜圖：放電次數(shù)一相位圖、放電重復率一相位圖、相位一放電量一放電次數(shù) 三維譜圖，根據(jù)譜圖確定特征參數(shù)：最大放電相位，放電重復率、偏斜度、陡峭度、局部峰點 數(shù)、放電量因數(shù)、互相關(guān)系數(shù)7個參數(shù)，共計5組待識別特征集，記為TDSi = 1、2、3、4、5。
[0026] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟6)中FIR濾波器為帶通濾波器；各通 帶截止頻率上下限分別為自適應標定獲取的各典型絕緣缺陷特征頻段上下限
[0027] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟8)的識別方法采用基于二階梯度法的改進BP算 法，模式識別的具體步驟為下：
[0028] 8. 1)設計5個分類器分別記為：FLQ;D、FLQxf、FLQ;BW、FLQ，F(xiàn)LQ zy，依次用于判定待 識別缺陷為JD、XF、JBW、JQ、ZY放電；這類分類器的作用是將該缺陷放電和非該種缺陷放電 分開，分類器的訓練采用基于二階梯度法的改進BP算法；
[0029] 8. 2)分別以特征集TD1、分類器FLQjd;特征集TD 2、分類器FLQxf;特征集TD 3、分類器 FLQ胃;特征集TD 4、分類器FLQltj;特征集TD 5、分類器FLQzy進行五組模式識別，將待識別特征 集輸入本組分類器進行識別并輸出缺陷識別結(jié)果及對應相似度，5組中相似度最大的識別 結(jié)果為最終的缺陷放電類型。
[0030] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟3)中判定折線變化最靈敏的方法為：首先利用最 小二乘法以每條折線的首尾端點和折線拐點為數(shù)據(jù)擬合直線，然后比較擬合直線的斜率判 定曲線變化，斜率最大的擬合直線對應折線為變化最靈敏的曲線。
[0031] 本發(fā)明主要體現(xiàn)在GIS局放故障檢測中首次提出典型缺陷特征頻段的概念并將 其應用到故障檢測中，為GIS局放故障檢測提供新的技術(shù)支持。
[0032] 而本發(fā)明特征頻段提取的依據(jù)為下：
[0033] 典型缺陷GIS局部放電在不同頻率段上放電信號是不一樣的，不同的兩種缺陷局 放信號在頻段上的分布是不一樣的，而且放電信號變化較大的頻率范圍也不一樣，這樣在 某種程度上說明典型缺陷的放電信號在某些頻段上分布很有特點，而不同缺陷放電的這些 頻段是有差異的，這些規(guī)律可以從附圖4和5看到。
[0034] 因此本發(fā)明提出典型缺陷特征頻段的概念，并應用到