復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荷供不應求的有效途徑，換流變壓器是高壓直流輸電系統(tǒng)中關鍵設備之一。隨著換流變壓器投運數(shù)量增多，投入時間增長，換流變壓器油紙絕緣缺陷問題逐漸增加，嚴重影響到直流輸電系統(tǒng)的可靠運行，因此實現(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)部以復合電場為主，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，因此亟需開展對復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)部運行環(huán)境，本文搭建了一套復合電壓下油紙絕緣缺陷局部放電試驗平臺，試驗平臺由試驗腔體、加熱箱、循環(huán)泵、交流/直流電源、取油口等部分組成，該試驗平臺實現(xiàn)了任意比例復合電場的模擬，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，設計了油紙絕緣氣隙、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)測量了復合電壓下油紙絕緣局部放電過程中的脈沖電流信

3、號、特高頻信號、超聲波信號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)象與復合電壓比例之間的關系，發(fā)現(xiàn)了復合電壓中直流成分對放電現(xiàn)象的影響規(guī)律:隨著復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，放電點逐漸零散。給

4、出了復合電壓下油紙絕緣缺陷局部放電發(fā)展規(guī)律，確定了3個放電發(fā)展階段:起始階段，即局部放電強度較弱，放電次數(shù)少，放電相位分布較窄;發(fā)展階段，即局部放電強度逐漸增強或略微加重，放電次數(shù)增加，放電相位分布變寬;危險階段，即局部放電強度達到整個放電過程中最大值。
　　為了實現(xiàn)復合電壓下油紙絕緣局部放電模式識別，根據(jù)電壓比例、缺陷類型及嚴重程度三個方面，總結了48類放電模式。建立了圖譜庫，圖譜庫分為統(tǒng)計圖譜庫、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個原始指紋特征，并構建了相應的指紋庫。由于原始指紋特征進行模式識別時的正確率較低，為37.8％，為了提高識別正確率，給出了兩種指紋特征降維方法。K-L變換通過空間變換實現(xiàn)降維，對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數(shù)分別減少為9個、5個、8個和4個。分別采用降維前后的指紋特征進行模式識別，

6、通過對比平均測試正確率發(fā)現(xiàn)，經(jīng)K-L降維后，模式識別測試正確率提高了26.6％。粗糙集理論(RST)通過在原始特征中進行選擇實現(xiàn)降維，對分類界限模糊的問題較為有效。經(jīng)RST降維后的統(tǒng)計圖譜指紋庫、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數(shù)分別減少為7個、5個、12個和24個，經(jīng)RST優(yōu)化后，模式識別測試正確率提高了27.1％。兩種方法都取得了良好的優(yōu)化效果。
　　為了得到復合電壓下油紙絕緣局部放電的優(yōu)化模式識別方法

7、，進行了48種放電模式的直接模式識別，即一次性得到電壓比例、缺陷類型和嚴重程度。通過對比重復剪輯、模糊識別、隨機森林、支持向量機和BP神經(jīng)網(wǎng)絡5種模式識別方法在復合電壓下油紙絕緣局部放電類型診斷的測試正確率，給出了直接進行48種放電類型識別時的優(yōu)化方法:選用整體圖譜庫，采用RST降維方法，實施隨機森林模式識別，其測試正確率可達到85.4％。
　　為了進一步提高缺陷診斷的識別正確率，提出了分步模式識別方式，即對電壓比例、缺陷類型和嚴

8、重程度進行逐層識別。通過對比5種模式識別方法的測試正確率，給出了分步識別時的優(yōu)化方式。該方式按照缺陷類型、電壓比例和嚴重程度的分步識別順序，選用整體圖譜庫及RST優(yōu)化方法，采用隨機森林模式識別方法，其測試正確率高達90.4％，但所用時間較長，為630s。
　　為了在保證識別正確率的同時縮短識別時間，采用了多指標評價的方法實現(xiàn)了不同情況下模式識別方式選擇，給出了同時保證識別正確率和速度的優(yōu)化方式:按照電壓比例、缺陷類型、嚴重程度識別

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