高電壓技術(shù)第五章課件

1、第五第五章章 電氣設(shè)備絕緣在線檢測與診斷電氣設(shè)備絕緣在線檢測與診斷主要內(nèi)容主要內(nèi)容: 第一節(jié)第一節(jié) 電氣設(shè)備絕緣的狀態(tài)維修電氣設(shè)備絕緣的狀態(tài)維修 第二節(jié)第二節(jié) 電容型設(shè)備絕緣在線檢測電容型設(shè)備絕緣在線檢測 第三節(jié)第三節(jié) MOA在線檢測在線檢測 第四節(jié)第四節(jié) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在絕緣診斷中的應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在絕緣診斷中的應(yīng) 用用 第五節(jié)第五節(jié) 小波分析在絕緣診斷中的應(yīng)用小波分析在絕緣診斷中的應(yīng)用 第六節(jié)第六節(jié) 專家系統(tǒng)在絕緣診斷中的應(yīng)用專家系統(tǒng)在絕緣診斷中的應(yīng)用電容型設(shè)備絕緣電容型設(shè)備絕緣MOA在線檢測在線檢測(Metal Oxide Arrester-MOA)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用。神經(jīng)

2、網(wǎng)絡(luò)、小波分析、專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用。 第一節(jié)第一節(jié) 電氣設(shè)備絕緣的狀態(tài)維修電氣設(shè)備絕緣的狀態(tài)維修絕緣性能好壞絕緣性能好壞決定設(shè)備壽命決定設(shè)備壽命檢修方法：停電預(yù)試檢修方法：停電預(yù)試狀態(tài)維修狀態(tài)維修 主要內(nèi)容主要內(nèi)容: 一、絕緣預(yù)防性實驗的不足一、絕緣預(yù)防性實驗的不足 二、絕緣的狀態(tài)維修二、絕緣的狀態(tài)維修一、絕緣預(yù)防性實驗的不足一、絕緣預(yù)防性實驗的不足1.絕緣型絕緣型預(yù)防性實驗預(yù)防性實驗包括：測量絕緣電阻、直流泄漏電流、直流包括：測量絕緣電阻、直流泄漏電流、直流耐壓試驗、測量介質(zhì)損耗角正切值耐壓試驗、測量介質(zhì)損耗角正切值 、交流耐壓試驗、絕緣、交流耐壓試驗、絕緣油試驗等。油試驗等。2.不足不足：預(yù)

3、防性實驗合格，但投入運(yùn)行后會出現(xiàn)事故。：預(yù)防性實驗合格，但投入運(yùn)行后會出現(xiàn)事故。原因：原因：施加很低電壓進(jìn)行測試不容易發(fā)現(xiàn)問；施加很低電壓進(jìn)行測試不容易發(fā)現(xiàn)問； 220kV設(shè)備加設(shè)備加10kV進(jìn)行測試進(jìn)行測試太低太低 實驗周期較長，不易及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的隱患及絕緣變化的趨實驗周期較長，不易及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的隱患及絕緣變化的趨勢。勢。3.發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢：在線檢測：在線檢測+預(yù)防性實驗預(yù)防性實驗tg二、絕緣的狀態(tài)維修二、絕緣的狀態(tài)維修1.設(shè)備維護(hù)的三種方式：設(shè)備維護(hù)的三種方式：（大部分事故是由絕緣引起的）（大部分事故是由絕緣引起的）故障維修故障維修+預(yù)防維修（定期檢測）預(yù)防維修（定期檢測）+狀態(tài)維修（預(yù)

4、知維修）狀態(tài)維修（預(yù)知維修）2.狀態(tài)維修：狀態(tài)維修：根據(jù)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)來確定維修工作的內(nèi)容和根據(jù)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)來確定維修工作的內(nèi)容和 時間，制定維修方案，這種維修方式稱為狀態(tài)維修時間，制定維修方案，這種維修方式稱為狀態(tài)維修 和預(yù)知維修。其中，和預(yù)知維修。其中，基于絕緣老化的狀態(tài)維修基于絕緣老化的狀態(tài)維修是主是主 要內(nèi)容；絕緣的狀態(tài)維修基礎(chǔ)是要內(nèi)容；絕緣的狀態(tài)維修基礎(chǔ)是絕緣在線檢測與診絕緣在線檢測與診 斷技斷技 術(shù)術(shù)。二、絕緣的狀態(tài)維修二、絕緣的狀態(tài)維修3.絕緣檢測內(nèi)容：絕緣檢測內(nèi)容：電容型套管電容型套管：檢測介電特性：檢測介電特性 、電容量電容量C、泄漏電流、泄漏電流MOA：全電流：全

5、電流 、阻性、容性電流、阻性、容性電流( )、功耗、功耗P。油浸式電力變壓器油浸式電力變壓器：特征氣體：特征氣體 含量并識別故障類型（色譜分析）含量并識別故障類型（色譜分析）檢測檢測局部放電局部放電并進(jìn)行定位，分析放電對絕緣并進(jìn)行定位，分析放電對絕緣危害程度等。危害程度等。tgxICRII ,62422242,HCHCHCCHCOH二、絕緣的狀態(tài)維修二、絕緣的狀態(tài)維修 4.絕緣在線檢測與診斷技術(shù)優(yōu)勢：絕緣在線檢測與診斷技術(shù)優(yōu)勢： (1)在運(yùn)行中及時發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷和事故隱患。在運(yùn)行中及時發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷和事故隱患。(2)逐步替代傳統(tǒng)的停電預(yù)防性試驗，減小停電時間，節(jié)省試驗逐步替代傳統(tǒng)的停電預(yù)防性試驗，

6、減小停電時間，節(jié)省試驗費(fèi)用。費(fèi)用。(3)可以隨時檢測出已知有缺陷和懷疑的設(shè)備的運(yùn)行情況，一旦可以隨時檢測出已知有缺陷和懷疑的設(shè)備的運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題可以及時退出運(yùn)行，最大限度的利用這些設(shè)備的剩余發(fā)現(xiàn)問題可以及時退出運(yùn)行，最大限度的利用這些設(shè)備的剩余壽命。壽命。絕緣壽命的預(yù)測絕緣壽命的預(yù)測二、絕緣的狀態(tài)維修二、絕緣的狀態(tài)維修5.涉及內(nèi)容：涉及內(nèi)容： 絕緣故障機(jī)理、傳感器與測量技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、信絕緣故障機(jī)理、傳感器與測量技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、信號處理、數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)、計算機(jī)、通訊等技術(shù)領(lǐng)號處理、數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)、計算機(jī)、通訊等技術(shù)領(lǐng)域。域。 電氣參數(shù)電氣參數(shù)檢測量檢測量 非電氣量參數(shù)：溫度、壓力、

7、振動、噪聲等非電氣量參數(shù)：溫度、壓力、振動、噪聲等 二、絕緣的狀態(tài)維修二、絕緣的狀態(tài)維修6.常用電氣絕緣在線檢測方法常用電氣絕緣在線檢測方法第二節(jié)第二節(jié) 電容電容型設(shè)備絕緣在線檢測型設(shè)備絕緣在線檢測主要內(nèi)容： 一、電容型電氣設(shè)備：一、電容型電氣設(shè)備： 二、二、 的測量原理的測量原理 三、影響三、影響 檢測的主要因素檢測的主要因素tgtg第二節(jié)第二節(jié) 電容型設(shè)備絕緣在線檢測電容型設(shè)備絕緣在線檢測一、電容型電氣設(shè)備：一、電容型電氣設(shè)備： 指全部或部分絕緣采用電容式絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)備，如電容式電指全部或部分絕緣采用電容式絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)備，如電容式電流流/電壓互感器、高壓電容式套管、耦合電容器等，占設(shè)備總電

8、壓互感器、高壓電容式套管、耦合電容器等，占設(shè)備總數(shù)數(shù)4050%。 檢測參數(shù)：檢測參數(shù)： 、C、泄漏電流、泄漏電流I、主要指介質(zhì)損耗角正切主要指介質(zhì)損耗角正切 的檢測的檢測二、二、 的測量原理的測量原理 采用諧波分析法和過零相位比較法采用諧波分析法和過零相位比較法。tgtgtg二、二、tg的測量原理的測量原理1、諧波分析法、諧波分析法57.7V5V +-u(t)i(t)被測試設(shè)備i-u )(2)2sin()(2)2cos()(211uiuNkNkUjUxUrUNkkuNUxNkkuNUriNkNkIjIxIrINkkiNIxNkkiNIr11)2sin()(2)2cos()(2tg二、二、tg的

9、測量原理的測量原理通過強(qiáng)弱電轉(zhuǎn)換和A/D可以將電壓和電流信號采集為u(k)、i(k)（k=1,2,N）,則二、二、tg的測量原理的測量原理2、過零相位比較法、過零相位比較法計數(shù)器f0Ntt1 t2TtTtfNtttui3602,360021u(t)i(t)二、二、tg的測量原理的測量原理性能良好的電容式套管：性能良好的電容式套管： 在線測得的在線測得的Cx與停電測量值之間相對誤差與停電測量值之間相對誤差+2% 在線測得的在線測得的 與停電測量值之間相對誤差與停電測量值之間相對誤差+0.5% 或或+0.3%三、影響三、影響tg 檢測的主要因素檢測的主要因素1、電壓互感器（、電壓互感器（TV）的角

10、度變化影響）的角度變化影響 TV鐵芯飽和鐵芯飽和+TV二次側(cè)負(fù)載二次側(cè)負(fù)載（自行分析如何影響？如何校正（自行分析如何影響？如何校正 之？為什么只考慮之？為什么只考慮TV卻不考慮卻不考慮CT飽和飽和?）tg三、影響三、影響tg 檢測的主要因素檢測的主要因素2、現(xiàn)場綜合電磁場干擾、現(xiàn)場綜合電磁場干擾 相間干擾最大相間干擾最大3、諧波含量的影響、諧波含量的影響 3次諧波次諧波低通濾波器低通濾波器含量含量1%4、傳感器角差影響、傳感器角差影響 電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號造成電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號造成第三節(jié)第三節(jié) MOA在線檢測在線檢測主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 一、全電流法一、全電流法 二、補(bǔ)償法檢測二、補(bǔ)償法

11、檢測 阻性電流阻性電流 三、諧波分析法三、諧波分析法第三節(jié)第三節(jié) MOA在線檢測在線檢測 MOA金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器過電壓限制器過電壓限制器(Metal Oxide Arrester-MOA) 工作電壓下工作電壓下MOA中有工作電流（總的泄漏電流）中有工作電流（總的泄漏電流） 阻性泄漏電流阻性泄漏電流劣化原因劣化原因 容性泄漏電流容性泄漏電流 正常時，正常時，MOA金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器過電壓限制器過電壓限制器 工作電壓下工作電壓下MOA中有工作電流（總的泄漏電流）中有工作電流（總的泄漏電流） 阻性泄漏電阻性泄漏電流流IR劣化原因劣化原因 容性泄漏電流容性泄漏電流IC 正

12、常時，正常時， IR占占I的的10%20%左右。左右。 檢測方法：檢測方法：全電流法全電流法、補(bǔ)償法補(bǔ)償法、諧波分析法諧波分析法。一一.全電流法全電流法 ， ， 增大增大1倍倍I無大變化無大變化靈敏度低靈敏度低二二.補(bǔ)償法檢測補(bǔ)償法檢測 阻性電流阻性電流 將將MOA兩端的電壓微分，得到一個與容性電流相同的補(bǔ)償信兩端的電壓微分，得到一個與容性電流相同的補(bǔ)償信號，然后與全電流相減，補(bǔ)償?shù)羝渲械娜菪噪娏?，只得到阻號，然后與全電流相減，補(bǔ)償?shù)羝渲械娜菪噪娏?，只得到阻性電流的方法。性電流的方法。CRIIIRCIIRI三三.諧波分析法（基波法諧波分析法（基波法+三次諧波法等）三次諧波法等）1、基波法：、基

13、波法：圖圖5-2 基波法檢測阻性電流原理接線基波法檢測阻性電流原理接線測出測出 u,i 基波基波 根據(jù)基波所占比例及變化判斷根據(jù)基波所占比例及變化判斷MOA的工作狀態(tài)。的工作狀態(tài)。缺陷缺陷：高次諧波分量在某些情況下能靈敏地反映：高次諧波分量在某些情況下能靈敏地反映MOA的狀態(tài)，因此基波法需進(jìn)一步完善的狀態(tài)，因此基波法需進(jìn)一步完善。)sin()cos(uicuiRIIIIIU,)(,00uiIIUU三三.諧波分析法（基波法諧波分析法（基波法+三次諧波法等）三次諧波法等） 2、三次諧波法、三次諧波法將將MOA全電流通過一個帶通濾波器，濾出三次諧全電流通過一個帶通濾波器，濾出三次諧波分量。根據(jù)阻性三

14、次諧波分量與阻性電流各次波分量。根據(jù)阻性三次諧波分量與阻性電流各次諧波分量之間的關(guān)系，達(dá)到檢測諧波分量之間的關(guān)系，達(dá)到檢測MOA阻性電流變阻性電流變化的目的。化的目的。優(yōu)點優(yōu)點：不用：不用TV，免除，免除TV的依賴。的依賴。缺陷缺陷：不同不同MOA， 的關(guān)系不一樣。的關(guān)系不一樣。無法反映無法反映MOA受潮及污穢狀況受潮及污穢狀況電網(wǎng)諧波存在容易造成較大誤差電網(wǎng)諧波存在容易造成較大誤差3、各次諧波分析法各次諧波分析法（基波法與三次諧波法的綜（基波法與三次諧波法的綜合）合）)(3RRifIcRnRRRiiIIIi總21Re第四節(jié)第四節(jié) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在絕緣診斷中的應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在絕緣診斷中的應(yīng)用主

15、要內(nèi)容主要內(nèi)容: 一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷步驟一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷步驟 二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 三、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷實例三、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷實例 絕緣故障診斷實際上是一種模式分類識別絕緣故障診斷實際上是一種模式分類識別 可以用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷步驟一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷步驟 實質(zhì)：將專家的組織和運(yùn)行經(jīng)驗建立在網(wǎng)絡(luò)實質(zhì)：將專家的組織和運(yùn)行經(jīng)驗建立在網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)中，從而使網(wǎng)絡(luò)具有診斷能力。因此只結(jié)構(gòu)中，從而使網(wǎng)絡(luò)具有診斷能力。因此只 要樣本數(shù)據(jù)較全面而且合理，其診斷結(jié)果都要樣本數(shù)據(jù)較全面而且合理，其診斷結(jié)果都 是可靠的。一旦有新的樣本，也可以重新訓(xùn)是可靠的。一旦有新的樣本，也可

16、以重新訓(xùn) 練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使其具有診斷新出現(xiàn)故障的能練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使其具有診斷新出現(xiàn)故障的能 力。力。一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷步驟一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷步驟二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，BP算法（算法（Back-propagation）。）。1、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層可以有多個神經(jīng)元（節(jié)點）各層可以有多個神經(jīng)元（節(jié)點）2、BP算法學(xué)習(xí)過程：算法學(xué)習(xí)過程：二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型正向傳播過程：輸入信息正向傳播過程：輸入信息輸入層輸入層隱層隱層輸出輸出 反向傳播過程：輸出層誤差反向傳播過程：輸出層誤差隱層隱層輸入層并修輸入層并修改各改各 層神經(jīng)元閾值和節(jié)點間權(quán)值（可

17、用層神經(jīng)元閾值和節(jié)點間權(quán)值（可用Matlab神經(jīng)元工具箱神經(jīng)元工具箱函數(shù)實現(xiàn)）函數(shù)實現(xiàn)）3、各節(jié)點輸入、各節(jié)點輸入/出表示：出表示：輸入層輸入層：節(jié)點：節(jié)點I輸出輸出隱層隱層節(jié)點節(jié)點k輸入：輸入： k,I節(jié)點間權(quán)值節(jié)點間權(quán)值 隱層節(jié)點閾值隱層節(jié)點閾值pipiXOMikpikipkbOWnet1kiWkb二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸出：輸出： 輸出層輸出層節(jié)點節(jié)點j輸入：輸入： 輸出節(jié)點閾值輸出節(jié)點閾值4、誤差反向傳播過程：、誤差反向傳播過程： 期望輸出；期望輸出；d實際輸出實際輸出KkjpkjkpjbOWnet1jbpjjppkpjjkpbOW)1 ()(pjpjpjpjpjd)exp(

18、1/1)(pkpkpknetnetfOpjnetpjpjenetfO11)(二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 p訓(xùn)練樣本數(shù)；訓(xùn)練樣本數(shù)；N輸出神經(jīng)元數(shù)輸出神經(jīng)元數(shù)三、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷實例三、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷實例 表表5-3 變壓器故障現(xiàn)象與故障原因訓(xùn)練樣本變壓器故障現(xiàn)象與故障原因訓(xùn)練樣本 集集pkkppipkkipbOWNjpjjkpkpkpkWOO1)1 (piNjjijidE112)(21第五節(jié)第五節(jié) 小波分析在絕緣診斷中的應(yīng)用小波分析在絕緣診斷中的應(yīng)用主要內(nèi)容： 一.小波變換 二.局部放電信號的小波分析一一.小波變換小波變換1.FFT與與Wavelet的區(qū)別的區(qū)別FFT抗高次諧波干擾，在頻域內(nèi)分

19、析，無法在時域中進(jìn)行分析。抗高次諧波干擾，在頻域內(nèi)分析，無法在時域中進(jìn)行分析。不能滿足混有白噪聲干擾的一些快變信號（局部放電輻射電不能滿足混有白噪聲干擾的一些快變信號（局部放電輻射電磁信號）特征分析的要求。磁信號）特征分析的要求。小波變換小波變換時域頻域內(nèi)同時具有局部分析的特點。時域頻域內(nèi)同時具有局部分析的特點。一一.小波變換小波變換2.Wavelet（1）連續(xù)小波變換：）連續(xù)小波變換： 為復(fù)變函數(shù)，若為復(fù)變函數(shù)，若則稱則稱 為一個小波。為一個小波。若將若將 通過平移伸縮成通過平移伸縮成 函數(shù)，稱函數(shù)，稱 為基小波（母波），為基小波（母波）， 為子波。（為子波。（b平移因平移因子子，a伸縮因子

20、伸縮因子） 則信號則信號f(t)的小波變換為的小波變換為 共軛共軛)(twdwwC20| )(|)(t)(t)(t abtatba1)(,)(,tbadtttfbaWbaf_,)()(),()()(,_,ttbaba一一.小波變換小波變換2.Wavelet（2）二進(jìn)小波變換：）二進(jìn)小波變換：令令b=na，a= ，m、n為整數(shù)，則信號為整數(shù)，則信號f(t)經(jīng)離散二進(jìn)小波變換為經(jīng)離散二進(jìn)小波變換為（3）二進(jìn)小波的分解與重構(gòu)：）二進(jìn)小波的分解與重構(gòu)：m2dtnttfCmmmn2)(212GDDHCCjjjj11)(*)(0ntfC ， H,G二二進(jìn)小波相應(yīng)的低通和高通濾波進(jìn)小波相應(yīng)的低通和高通濾波器

21、的脈沖相應(yīng)函數(shù)。器的脈沖相應(yīng)函數(shù)。尺寸函尺寸函數(shù)數(shù)二二.局部放電信號的小波分析局部放電信號的小波分析1.局放信號的數(shù)學(xué)模型局放信號的數(shù)學(xué)模型上升沿為上升沿為ns級，脈寬幾級，脈寬幾幾十個幾十個ns圖圖5-7 局放脈沖波形局放脈沖波形 脈沖峰值；脈沖峰值； 脈沖特征寬度；脈沖特征寬度； 波長，波長， =2.36)2/()(exp)(21220TTtIti0I1T2T2T1T特點：抗干擾強(qiáng)，能真實反映局部放電特點：抗干擾強(qiáng)，能真實反映局部放電波形，已成功用于波形，已成功用于GIS、電機(jī)絕緣檢測、電機(jī)絕緣檢測二二.局部放電信號的小波分析局部放電信號的小波分析2.小波分析小波分析 保留原始信號的低頻成分，即原信號的大致輪廓保留原始信號的低頻成分，即原信號的大致輪廓 保留原始信號的高頻成分保留原始信號的高頻成分j尺度尺度局部放電的低頻成分明顯呈現(xiàn)出來，高頻成分減小。局部放電的低頻成分明顯呈現(xiàn)出來，高頻成分減小。3.局放信號小波變換特征局放信號小波變換特征：(1)放電量小的信號譜分布在高頻區(qū)放電量小的信號譜分布在高頻區(qū)(2)放電量放