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(guó)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(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重大損失。因此，加強(qiáng)變壓器的在線監(jiān)測(cè)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(jiàn)的變壓器局部放電類型。由于氣隙放電是一個(gè)長(zhǎng)期的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(cè)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(guò)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(cè)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(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)的改進(jìn)氣隙放電等效電路模型，通過(guò)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。
　?、诨谠囼?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(guò)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(guò)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(guò)程中的能量變化。
　　③優(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(wú)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。
　　④研究了氣隙放電發(fā)展過(guò)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(guò)油中溶解氣體