變壓器局部放電自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的研制

變壓器局部放電自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的研制

0變壓器超高頻局部放電自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)頻率高，抗干擾性好，適合在線檢測(cè)。本文結(jié)合計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)和高頻臨床檢測(cè)技術(shù)，開發(fā)了一種基于高頻臨床電壓的室內(nèi)高壓自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。提取了不同架構(gòu)模型的超高頻自動(dòng)測(cè)量性能，并建立了相應(yīng)的函數(shù)函數(shù)庫，為診斷和消除由于其他原因引起的故障和缺陷的自動(dòng)識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。1超高頻本地放電自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)1.1硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成見圖1,圖中傳感器有效帶寬0.5～1.5GHz,頻譜分析儀型號(hào)Tektronix2712。1.2基于遺傳算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程見圖2。由采集程序獲取每次實(shí)驗(yàn)放電的q、u、t并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)譜圖,再由37個(gè)統(tǒng)計(jì)算子計(jì)算出這些譜圖的指紋。多次實(shí)驗(yàn)的放電指紋即構(gòu)成了它的指紋庫。對(duì)未知類型的放電,經(jīng)采集、譜圖計(jì)算、指紋計(jì)算后得到指紋值與指紋庫中每種放電的指紋相比較,應(yīng)用基于遺傳算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)放電類型的自動(dòng)識(shí)別。系統(tǒng)軟件完全采用模塊化設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)采集部分和模式識(shí)別部分均通過動(dòng)態(tài)鏈接庫實(shí)現(xiàn),有很好的可移植性和擴(kuò)展性,界面友好,操作簡單,且識(shí)別率高?？蓪?shí)現(xiàn):①寬帶頻域信號(hào)和高頻窄帶時(shí)域信號(hào)的采集;②Hqmax(φ)、Hqn(φ)、Hn(φ)、H(q)和H(p)5種二維譜圖和φ-q-n三維譜圖顯示;③放電指紋庫管理。2固體表面形態(tài)電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜,可能發(fā)生的內(nèi)部放電點(diǎn)和放電類型種類很多,部位多在某些油隙、油楔、空氣隙、有懸浮電位的金屬體、導(dǎo)體尖角和固體表面上。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試了油中紙板內(nèi)部放電、油中紙板沿面放電、油中懸浮放電、油中氣泡放電和油中尖板放電5種模型分析了相應(yīng)的超高頻放電信號(hào)。2.1油的局部放電激勵(lì)試品加壓前的背景噪聲頻譜見圖3(a),加壓后各類型放電的頻譜見圖3(b～f)。由圖3(a)可見,0.5～1GHz的測(cè)量頻帶范圍內(nèi),除系統(tǒng)熱噪聲干擾外還存在534～577MHz、696～718MHz、881～906MHz和950～985MHz4個(gè)干擾較大的頻段,其信號(hào)穩(wěn)定,均為無線電和移動(dòng)通訊干擾引起,可通過軟件的方法剔除。圖3(b～f)表明變壓器油中局部放電能激勵(lì)起超高頻電磁信號(hào)。不同放電類型其放電能量的集中頻帶有差別,故采集高頻窄帶時(shí)域時(shí)中心頻率的選取也有所不同。2.2頻窄帶時(shí)域放電選取測(cè)試的最優(yōu)中心頻率,頻譜分析儀設(shè)為POW模式,帶寬5MHz,提取100個(gè)工頻周期的高頻窄帶時(shí)域放電信號(hào)。統(tǒng)計(jì)所得放電信號(hào),計(jì)算并顯示Hqmax(φ)、Hqn(φ)、Hn(φ)、H(q)和H(p)5種二維放電譜圖(文中僅列出Hqmax(φ))及三維放電譜圖(φ-q-n)。因超高頻的放電信號(hào)幅值無相應(yīng)校正標(biāo)準(zhǔn)法,故圖中按IEC270校正的q值僅供參考。(1)放脈沖靜電勢(shì)線選取測(cè)試的中心頻率為620MHz時(shí)可得最佳信噪比。試品在較低電壓下就放電,正負(fù)半周的放電幾乎同時(shí)產(chǎn)生,譜圖形狀也十分相似。放電起始時(shí)局放脈沖總是先出現(xiàn)在電壓幅值絕對(duì)值上升部位的相位上(約90°及270°處);電壓升高后放電脈沖的相位范圍逐漸擴(kuò)展,甚至超過0°和180°,但90°和270°之后的一段相位內(nèi)沒有放電產(chǎn)生,電壓升高導(dǎo)致放電幅值增大及放電重復(fù)率增加。10kV下內(nèi)部放電對(duì)應(yīng)的二維和三維譜圖見圖4、5。(2)值大小不大時(shí)值基因值差異取測(cè)試中心頻率580MHz。正負(fù)半周的放電電壓幾乎相同,放電起始時(shí)的局放脈沖幅值相差不大。20kV下沿面放電對(duì)應(yīng)的二維和三維譜圖見圖6、7?？梢娬?fù)半周的放電都出現(xiàn)在電壓峰值周圍,相位在30～120°和210～300°的區(qū)間內(nèi),譜圖形狀呈典型的矩形分布。電壓升高導(dǎo)致局放脈沖幅值增大及放電重復(fù)率增加,而譜圖形狀變化不大。(3)相位分布特征選取測(cè)試的中心頻率為510MHz,14kV下懸浮放電的譜圖見圖8、9?？梢娖湎辔环植己軐?集中出現(xiàn)0～90°、150～270°和330～360°相位范圍內(nèi),譜圖形狀呈典型的矩形分布。電壓升高導(dǎo)致放電脈沖幅值增大及放電重復(fù)率增加,而譜圖形狀變化不大。(4)油中氣泡放電測(cè)試將干燥的絕緣紙板(厚1mm)夾在圓柱電極與板電極之間,浸入變壓器油中。因紙板事先并未浸油,紙板表面和紙板內(nèi)部附有較多氣泡,電極加壓時(shí)易發(fā)生油中氣泡放電。選取測(cè)試的中心頻率為520MHz。其正負(fù)半周的放電幾乎在相同電壓下產(chǎn)生,起始放電幅值也相差不大。9kV下油中氣泡放電譜圖見圖10、11?？梢娬?fù)半周的放電都出現(xiàn)在電壓峰值周圍,在30～140°和220～320°的區(qū)間內(nèi),譜圖形狀呈錐形對(duì)稱分布。(5)放電譜圖分析采用尖板電極結(jié)構(gòu),將厚1mm的油浸紙或紙板緊貼電極,尖電極與紙板間距為1mm,將整個(gè)電極系統(tǒng)浸入變壓器油中。選取測(cè)試的中心頻率為620MHz,加壓至10kV時(shí)出現(xiàn)放電,16kV時(shí)針電極尖端出現(xiàn)火花,32kV時(shí)紙板擊穿。針尖端出現(xiàn)火花時(shí),在紙板上留有樹枝狀的炭化痕跡,這將導(dǎo)致紙板的擊穿電壓降低。連續(xù)記錄了從開始放電到紙板被擊穿為止的超高頻放電特性。15kV下的放電譜圖見圖12、13。正負(fù)半周的放電都出現(xiàn)在電壓峰值周圍,在60～120°和230～300°的區(qū)間內(nèi)譜圖形狀呈錐形不對(duì)稱分布,正半周的放電次數(shù)和放電幅值比負(fù)半周要少得多。電壓升高導(dǎo)致放電量增大及放電重復(fù)率增加,而譜圖形狀變化不大。由上述分析可知,不同放電源其放電譜圖的形狀具有明顯的可分性,將各種放電譜圖用統(tǒng)計(jì)算子進(jìn)行操作,計(jì)算得到37個(gè)統(tǒng)計(jì)算子。存儲(chǔ)各種放電所對(duì)應(yīng)的指紋形成指紋庫即可作為局部放電識(shí)別時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較