變壓器油紙絕緣氣隙放電發(fā)展特征信息提取及階段劃分研究.pdf

1、電網(wǎng)安全直接關(guān)系到國家公共安全。輸配電設(shè)備中，大型電力變壓器一旦發(fā)生故障，不僅嚴(yán)重威脅到人身安全，而且會(huì)帶來國民經(jīng)濟(jì)的重大損失。因此，加強(qiáng)變壓器的在線監(jiān)測與故障診斷，對(duì)提高變壓器和整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平，具有十分重要的理論和實(shí)際意義。氣隙放電（又稱內(nèi)部放電）是最常見的變壓器局部放電類型。由于氣隙放電是一個(gè)長期的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過程，隨時(shí)間、電壓的不同會(huì)有很大差異，其放電模式也會(huì)在不同的階段有不同的特征。然而目前對(duì)氣隙放電的大量研究工作仍把某一個(gè)

2、發(fā)展階段的氣隙放電作為研究對(duì)象，通常是中后期的氣隙放電。在放電的中后期，氣隙放電在對(duì)絕緣進(jìn)行了長時(shí)間的劣化作用，已經(jīng)有了極大的危害性，絕緣可能面臨失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此對(duì)變壓器油紙絕緣氣隙放電發(fā)展過程特性的研究，有助于全面了解氣隙放電產(chǎn)生及發(fā)展的機(jī)理，判斷氣隙放電對(duì)絕緣性能的損害程度，提高變壓器在線監(jiān)測的準(zhǔn)確性，完善變壓器故障診斷方法。對(duì)于將放電故障扼殺在萌芽狀態(tài)，避免事故的發(fā)生具有重要意義。
　　論文結(jié)合油紙絕緣氣隙放電發(fā)展過程的關(guān)鍵

3、參數(shù)的理論分析和推導(dǎo)，仿真分析氣隙放電經(jīng)典等效電路模型不同參數(shù)元件的引入對(duì)放電仿真波形的影響，提出一種改進(jìn)的氣隙放電等效電路模型，為深入研究氣隙放電的發(fā)展及階段劃分奠定了理論基礎(chǔ)；基于實(shí)驗(yàn)室模擬氣隙放電試驗(yàn)平臺(tái)，采用恒壓法，基于局部放電脈沖電流法原理檢測獲取了氣隙放電在不同放電階段大量的試驗(yàn)樣本，研究氣隙放電信號(hào)特征發(fā)展變化規(guī)律；優(yōu)化提取特征參量，并采用模糊C-均值聚類分析方法對(duì)氣隙放電的發(fā)展階段進(jìn)行有效劃分；研究氣隙放電在不同發(fā)展階段

4、油中溶解氣體的變化規(guī)律，基于典型相關(guān)分析方法原理，對(duì)發(fā)展過程中的氣隙放電能量特征參數(shù)與油中溶解氣體含量進(jìn)行相關(guān)性分析，提出一種基于油中溶解氣體的變壓器油紙絕緣氣隙放電發(fā)展階段的診斷方法。取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果有：
　　①分析研究了與氣隙放電發(fā)展過程密切相關(guān)的起始放電電壓、氣隙放電幅值、平均統(tǒng)計(jì)時(shí)延、放電重復(fù)率和PRPD特征等參數(shù)的計(jì)算公式。深入研究氣隙放電等效電路模型中放電電阻、空間電荷、殘余電壓等模擬元件及參數(shù)大小對(duì)模擬氣隙放電波

5、形的影響。為了更好地模擬空間電荷和殘余電壓的影響，提出一種引入受控電流源和受控開關(guān)的改進(jìn)氣隙放電等效電路模型，通過調(diào)節(jié)模型參數(shù)，可以更為真實(shí)地模擬實(shí)際氣隙放電波形。
　　②基于試驗(yàn)室模擬變壓器氣隙放電試驗(yàn)平臺(tái)，采用恒壓法研究變壓器油紙絕緣氣隙放電從產(chǎn)生、發(fā)展到最終擊穿整個(gè)過程中基本特征量、統(tǒng)計(jì)特征量及放電能量特征量的放電特性變化規(guī)律。通過放電能量參數(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)將放電重復(fù)率引入放電能量的計(jì)算公式中能更好地反映氣隙放電的發(fā)展特征，提

6、出了單位時(shí)間累積放電能量這一新特征參量用于描述氣隙放電發(fā)展過程中的能量變化。
　?、蹆?yōu)化提取了表征氣隙放電發(fā)展特性的特征量。采用核主成分分析方法對(duì)29維統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行降維，得到8維新統(tǒng)計(jì)特征量。此外，構(gòu)造放電相位與放電能量和次數(shù)的φ-W-n三維圖譜，得到了相應(yīng)的相位-能量灰度圖像，并提取基于放電能量-相位灰度圖像的小波矩特征量，描述不同發(fā)展階段放電能量特征。將統(tǒng)計(jì)特征和小波矩能量特征同時(shí)作為輸入，采用模糊C-均值聚類分析方法在無任何

7、先驗(yàn)知識(shí)的情況下，將氣隙放電的發(fā)展階段有效劃分為四個(gè)階段:放電產(chǎn)生階段、放電震蕩發(fā)展階段、放電爆發(fā)階段、放電預(yù)擊穿階段。
　?、苎芯苛藲庀斗烹姲l(fā)展過程中油中產(chǎn)生七種溶解氣體的含量、絕對(duì)產(chǎn)氣速率和部分特征比值的變化規(guī)律，引入典型相關(guān)分析定性分析了氣隙放電信號(hào)特征和油中溶解氣體的關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)H2、CH4、CO、C2H2的絕對(duì)產(chǎn)氣速率以及特征比值CH4/H2，C2H2/CH4隨放電發(fā)展特征明顯，基于相關(guān)分析結(jié)果，提出一種通過油中溶解氣體