復(fù)合電壓下油紙絕緣局部放電發(fā)展過程及缺陷診斷方法.pdf

1、高壓直流輸電是解決電力負(fù)荷供不應(yīng)求的有效途徑，換流變壓器是高壓直流輸電系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備之一。隨著換流變壓器投運(yùn)數(shù)量增多，投入時(shí)間增長(zhǎng)，換流變壓器油紙絕緣缺陷問題逐漸增加，嚴(yán)重影響到直流輸電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，因此實(shí)現(xiàn)換流變壓器缺陷診斷具有重要意義。與交流變壓器不同，換流變壓器內(nèi)部以復(fù)合電場(chǎng)為主，局部放電和油中溶解氣體情況與交流變壓器不同，現(xiàn)有交流診斷方法有待商榷，因此亟需開展對(duì)復(fù)合電壓下油紙絕緣缺陷局部放電過程及診斷方法的研究。
　　為

2、了模擬了換流變壓器內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境，本文搭建了一套復(fù)合電壓下油紙絕緣缺陷局部放電試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)平臺(tái)由試驗(yàn)腔體、加熱箱、循環(huán)泵、交流/直流電源、取油口等部分組成，該試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了任意比例復(fù)合電場(chǎng)的模擬，可以在20～130℃之間任意調(diào)節(jié)油溫，并且將流量控制在0～1.2m3/h之間。根據(jù)換流變壓器常見問題，設(shè)計(jì)了油紙絕緣氣隙、柱板沿面、針板沿面及匝間放電4種模型模擬油紙絕緣典型缺陷。采用傳感器系統(tǒng)測(cè)量了復(fù)合電壓下油紙絕緣局部放電過程中的脈沖電流信

3、號(hào)、特高頻信號(hào)、超聲波信號(hào)及油中溶解氣體濃度。
　　研究了交流、1∶1、1∶3、1∶5和1∶7比例交直流復(fù)合電壓下油紙絕緣缺陷模型局部放電過程，觀察了局部放電起始到絕緣失效的局部放電現(xiàn)象，分析了局部放電現(xiàn)象與復(fù)合電壓比例之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了復(fù)合電壓中直流成分對(duì)放電現(xiàn)象的影響規(guī)律:隨著復(fù)合電壓中直流成分的增加，局部放電起始電壓逐漸升高，局部放電次數(shù)減少，局部放電量減小，油中溶解氣體組成成分減少，局部放電相位寬度變窄，放電點(diǎn)逐漸零散。給

4、出了復(fù)合電壓下油紙絕緣缺陷局部放電發(fā)展規(guī)律，確定了3個(gè)放電發(fā)展階段:起始階段，即局部放電強(qiáng)度較弱，放電次數(shù)少，放電相位分布較窄;發(fā)展階段，即局部放電強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)或略微加重，放電次數(shù)增加，放電相位分布變寬;危險(xiǎn)階段，即局部放電強(qiáng)度達(dá)到整個(gè)放電過程中最大值。
　　為了實(shí)現(xiàn)復(fù)合電壓下油紙絕緣局部放電模式識(shí)別，根據(jù)電壓比例、缺陷類型及嚴(yán)重程度三個(gè)方面，總結(jié)了48類放電模式。建立了圖譜庫，圖譜庫分為統(tǒng)計(jì)圖譜庫、波形圖譜庫、色譜庫及包含上述三

5、種庫的整體圖譜庫。依據(jù)圖譜庫分別提取了72、13、17及102個(gè)原始指紋特征，并構(gòu)建了相應(yīng)的指紋庫。由于原始指紋特征進(jìn)行模式識(shí)別時(shí)的正確率較低，為37.8％，為了提高識(shí)別正確率，給出了兩種指紋特征降維方法。K-L變換通過空間變換實(shí)現(xiàn)降維，對(duì)多分類問題中的非線性問題較為有效。經(jīng)K-L變換降維后的統(tǒng)計(jì)圖譜指紋庫、波形圖譜指紋庫、色譜指紋庫及整體圖譜指紋庫的指紋特征個(gè)數(shù)分別減少為9個(gè)、5個(gè)、8個(gè)和4個(gè)。分別采用降維前后的指紋特征進(jìn)行模式識(shí)別，

6、通過對(duì)比平均測(cè)試正確率發(fā)現(xiàn)，經(jīng)K-L降維后，模式識(shí)別測(cè)試正確率提高了26.6％。粗糙集理論(RST)通過在原始特征中進(jìn)行選擇實(shí)現(xiàn)降維，對(duì)分類界限模糊的問題較為有效。經(jīng)RST降維后的統(tǒng)計(jì)圖譜指紋庫、波形圖譜指紋庫、色譜指紋庫及整體圖譜指紋庫中的指紋特征個(gè)數(shù)分別減少為7個(gè)、5個(gè)、12個(gè)和24個(gè)，經(jīng)RST優(yōu)化后，模式識(shí)別測(cè)試正確率提高了27.1％。兩種方法都取得了良好的優(yōu)化效果。
　　為了得到復(fù)合電壓下油紙絕緣局部放電的優(yōu)化模式識(shí)別方法

7、，進(jìn)行了48種放電模式的直接模式識(shí)別，即一次性得到電壓比例、缺陷類型和嚴(yán)重程度。通過對(duì)比重復(fù)剪輯、模糊識(shí)別、隨機(jī)森林、支持向量機(jī)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)5種模式識(shí)別方法在復(fù)合電壓下油紙絕緣局部放電類型診斷的測(cè)試正確率，給出了直接進(jìn)行48種放電類型識(shí)別時(shí)的優(yōu)化方法:選用整體圖譜庫，采用RST降維方法，實(shí)施隨機(jī)森林模式識(shí)別，其測(cè)試正確率可達(dá)到85.4％。
　　為了進(jìn)一步提高缺陷診斷的識(shí)別正確率，提出了分步模式識(shí)別方式，即對(duì)電壓比例、缺陷類型和嚴(yán)

8、重程度進(jìn)行逐層識(shí)別。通過對(duì)比5種模式識(shí)別方法的測(cè)試正確率，給出了分步識(shí)別時(shí)的優(yōu)化方式。該方式按照缺陷類型、電壓比例和嚴(yán)重程度的分步識(shí)別順序，選用整體圖譜庫及RST優(yōu)化方法，采用隨機(jī)森林模式識(shí)別方法，其測(cè)試正確率高達(dá)90.4％，但所用時(shí)間較長(zhǎng)，為630s。
　　為了在保證識(shí)別正確率的同時(shí)縮短識(shí)別時(shí)間，采用了多指標(biāo)評(píng)價(jià)的方法實(shí)現(xiàn)了不同情況下模式識(shí)別方式選擇，給出了同時(shí)保證識(shí)別正確率和速度的優(yōu)化方式:按照電壓比例、缺陷類型、嚴(yán)重程度識(shí)別

9、的分步識(shí)別順序，選用色譜庫和K-L變換優(yōu)化方法，對(duì)電壓比例和缺陷類型進(jìn)行識(shí)別時(shí)采用隨機(jī)森林模式識(shí)別方法，對(duì)嚴(yán)重程度進(jìn)行識(shí)別時(shí)采用重復(fù)剪輯模式識(shí)別方法，其測(cè)試正確率可保持在89.7％，并且且識(shí)別所用時(shí)間由630s減少到150s，加快了識(shí)別速度。
　　綜上所述，本文得到了復(fù)合電壓下油紙絕緣局部放電的優(yōu)化模式識(shí)別方法，選用色譜庫和K-L變換優(yōu)化方法，采用隨機(jī)森林和重復(fù)剪輯按照電壓比例、缺陷類型、嚴(yán)重程度的順序進(jìn)行分步識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確