基于幅比聚类GIS多点放电分离技术研究及现场应用

国网天津市电力公司城西供电分公司 王 磊

目前，基于单放电源的GIS缺陷诊断的研究已经较为成熟，但是多放电源的识别研究较少，能够有效应用于现场的技术更少，但是现在经常出现多放电源同时存在的情况，无论是空间干扰叠加GIS内部放电，还是GIS内部存在多点放电，这些情况都严重困扰着现场运维人员，为GIS安全稳定运行带来隐患[1-3]。

1 幅比聚类方法

1.1 幅比聚类原理

相位统计分布谱图（PRPD）是GIS局部放电类型识别的重要依据，悬浮放电、尖端放电等不同的放电类型，其PRPD图谱也不一样，根据这些不同图谱的不同特征，可以有效对GIS局部放电类型进行区分、识别。但是当设备内部存在两种或两种以上放电，或者空间中存在大量放电干扰时，检测传感器所接收的图谱是多种信号叠加后的图谱，这样图谱不具有典型性，为现场判断带来困难，致使检测人员无法有效识别放电类型。

针对以上问题，本文提出了一种基于幅比聚类的GIS多点放电分离技术，基本原理是不同放电点产生的局放信号，其到达不同检测传感器的传播路径、传播时间和能量衰减均不一样，但是不同传感器接收同一放电源产生的局放信号，其幅值比一定会在某一个区间范围内，通过聚类计算方法，可以有效将不同放电点产生的局放信号图谱分离出来。

当GIS存在多点放电情况时，通过计算两个或以上不同传感器所接收的信号的同步脉冲幅值的比值，并绘制幅比分布图，根据图中的尖峰数可以判断出放电源的个数，也可以进一步分离放电图谱。具体做法如下：在GIS不同可检测特高频信号的位置安装两个或两个以上局放传感器；提取接收图谱的同步脉冲幅值Vi及相位φi，并根据判断条件-相位差⊿φ≤0.5°来判断是否为同步脉冲；通过计算两传感器接收的时域波形上的所有同步脉冲的幅值之比Ri，并进行相位幅值（φi，Vi）标记；对幅比Ri进行聚类分析将不同放电模式的脉冲分离开来；根据相位幅值（φi，Vi）信息映射出每类放电脉冲的统计图谱。

1.2 幅比聚类方法在空气中的试验验证

试验方法：本试验加压回路需要采取无局放试验方式，因此电源采用隔离变压器加试验变压器来实现，试验变压器最高电压可升到110kV，隔离变压器的作用是实现高、低压电源回路中的电气隔离，以避免干扰引入。试验变压器末端出现，接保护电阻，保护电阻后再接金属导杆，金属导杆主要用来放置放电模型。常见的悬浮放电模型为螺栓系在金属导杆上，尖端放电的模型为金属丝挂在金属导杆上，干扰源采用实验室中的日光灯，在距离5m位置分别放置传感器1和传感器2，试验时可以通过调整两个传感器、放电源、干扰源的相对位置，研究不同的聚类分离效果。尖端放电的起始放电电压为41kV。试验模型放电组合：尖刺+日光灯；试验电压44kV。

图1 试验测试回路及放电模型

试验结果分析：图2（a）为采用两组传感器同步检测到的尖端放电与日光灯干扰的PRPD和幅比分布图，从图中可以看到两个明显的特征峰，因此可以判断这是两种不同放电的图谱叠加。通过进一步放电图谱分析后得到图2（b）和图2（c），从这二者中可以清晰获得尖端放电和日光灯干扰的典型图谱，从而准确识别放电类型。

图2 尖端放电与日光灯干扰的分离

1.3 实验室中真型GIS平台上局放检测的验证

1.3.1 试验方法

如图3所示，在110kV GIS真型试验平台上分别布置尖端放电和悬浮放电两种模型。尖端放电模型是通过在高压导体上挂铜线的方式实现，铜线长约2cm，直径0.5mm；悬浮放电模型是在高压母线上悬挂一个M8的螺母，螺母和高压母线形成悬浮电位。经过前期试验可得，尖端放电的起始放电电压约为35kV，悬浮放电的起始放电电压约为32kV。当试验电压加到36kV时，二者均产生稳定的放电信号，传感器1和传感器2分别布置在两个盆式绝缘子的浇筑孔上。

图3 放电模型布置

1.3.2 试验结果分析

传感器1和传感器2接收到的局放信号如图4（a）和图4（b）所示。

将图4进行图谱分离，分离方法如下：分别计算传感器1和传感器2所接收的信号同步脉冲幅值V1和V2；计算V1和V2的比值，再进行归类，获得如图4（c）所示的分离图谱，分离后的图谱信号明显为二簇；最后将脉冲映射后的PRPD叠加图谱如图5（a）也进行分离，可获得如图5（b）和图5（c）的分离图谱，图谱为典型的悬浮放电和尖端放电。

图5 放电叠加图谱

由以上试验验证可知，本文提出的多点放电的幅比分离技术能够有效的实现不同放电源叠加后的复杂信号的分离，辅助放电信号的类型识别。另外，在多次重复试验的过程中，发现在应用本文提出的幅比聚类方法进行多点放电图谱分离时，当不同放电源位置比较接近，或局放信号在到达两个传感器之间的传播路径和能量衰减比较接近时，本方法有一定的局限性，误差较大，但是可以通过调整不同传感器的位置和传感器的朝向，人为来改变信号从不同放电源至传感器的传播路径，然后再分离，结果准确可靠。

2 幅比聚类方法在现场中的应用

现场检测。本文进一步通过现场检测的方式验证幅比聚类方法的分离有效性，在某个110kV GIS站室内进行了一次检测。站内布置情况和检测位置如图6所示，检测结果如图7所示。

图6 站内GIS布置情况

图7 检测结果

由图7可知，幅比分布图为明显的三簇放电，分离后的放电图谱如图8所示，由于分离后的第一簇和第二簇放电图谱相位特征毫无规律，因此判断为干扰信号，第三簇为360°相位分布类出现单簇，典型的尖端放电图谱。

图8 分离后的三种放电统计谱图

进行检查后发现C相隔离开关处，导体上存在毛刺和划痕，实际结果与检测结果一致。

3 结语

针对多种放电故障同时存在的情况，本文提出了一种基于幅比聚类的GIS多点放电分离技术，并通过空气中试验、GIS实验室验证以及GIS现场检测中验证，证明此技术可有效分离多种放电叠加后的放电图谱，能对多点放电进行准确分离，从而便于各放电源的识别与定位，提高GIS中多点放电的缺陷诊断的准确率。值得注意的是，当不同放电源位置比较接近或局放信号在到达两个传感器之间的传播路径和能量衰减比较接近时，本方法有一定的局限性，误差较大，但是可以通过调整不同传感器的位置和传感器的朝向，人为来改变信号从不同放电源至传感器的传播路径，然后再分离，结果准确可靠。