CN116540041A - 一种高压套管沿面放电故障的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压套管沿面放电故障的检测方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、搭建套管沿面放电模拟装置；步骤2、采集试验套管发生稳定沿面放电时的信号数据；步骤3、对采集的信号数据进行处理获得标准样本；步骤4、对在线运行的高压套管进行检测。本发明所述方法能够在不停电状态下高精度检测到高压套管的沿面放电特征信息，完成套管沿面放电程度的识别与评价，从而弥补现有检测方法的周期性停电试验的过检、过试和时效性差的缺点，克服停电试验周期长、检出率低的弊端，缓解一线人员相对不足的矛盾，减少无效检修试验，节约检修成本，保障高压套管的稳定运行，进一步提高电网设备可用系数和供电可靠性，实现电网的可持续发展。
Description
技术领域
本发明属于高压套管故障检测技术领域，尤其涉及一种高压套管沿面放电故障的检测方法。
背景技术
科学合理的检修方式是保证供电可靠性的基础，也关系到电网企业的运营效益和长远发展。目前对于变压器高压套管放电故障的检测方法主要是以基于放电信号检测比如介损、电容量等参量，依据阈值判断设备是否发生故障并且需要人工经验辅助判断，目前的检测方法需将电力设备停运，虽然能够检测出套管中的局部放电缺陷，但由于测试周期长并且可能造成二次隐性损害，影响电力系统的运行稳定性，同时对经济效益和安全效益也带来不利影响。因此如何实现对高压套管放电故障的在线检测是本领域需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种高压套管沿面放电故障的检测方法，以解决上述技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提出一种高压套管沿面放电故障的检测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、搭建套管沿面放电模拟装置：制作试验套管，基于试验套管搭建套管沿面放电模拟装置；
步骤2、采集试验套管发生稳定沿面放电时的信号数据：对试验套管施加电压并采用阶梯式逐步升压，观测到试验套管发生稳定沿面放电时，采集其电信号数据与光信号数据；
步骤3、对采集的信号数据进行处理获得标准样本：采集多组试验套管发生稳定沿面放电时的电信号数据与光信号数据，取多组电信号数据的均值作为电信号数据样本，对电信号数据样本进行电信号数据处理后获得电信号标准样本；对于采集的多组光信号数据，进行光信号数据处理后作为光信号标准样本；
步骤4、对在线运行的高压套管进行检测：采集在线运行的高压套管的电信号数据与光信号数据，将采集的电信号数据经过电信号数据处理后得到待测电信号样本，采集的光信号数据作为待测光信号样本，将待测电信号样本、待测光信号样本分别与电信号标准样本、光信号标准样本进行比对，判断在线运行的高压套管是否发生沿面放电。
进一步的是，步骤1中所述制作试验套管的具体过程为：选取一根与待测高压套管规格型号相同的常规套管，在套管的下瓷套表面贴附纳米胶形成一条粘贴带，在粘贴带上粘贴直径不等的铝球形成铝球带，将粘贴了铝球带的套管作为试验套管；
所述基于试验套管搭建套管沿面放电模拟装置的具体过程为：将试验套管的接线端子通过高压引线连接到工频试验装置，接入高压试验变压器的初级绕组，以获得所需要的试验电压值；试验套管下瓷套端连接末屏接地装置，所述末屏接地装置引线上套接有高频脉冲电流传感器和低频脉冲电流传感器；在距离所述试验套管1～2m处设置有紫外成像仪和可见光测量仪，通过调整拍摄视角保证试验套管整体可在紫外成像仪和可见光测量仪成像范围内；高频脉冲电流传感器、低频脉冲电流传感器、紫外成像仪和可见光测量仪的信号输出线连接到上位机，由上位机进行信号采集。
进一步的是，所述铝球带的铝球直径范围为1～3mm，同一高度放置2或3颗铝球，铝球放置通道宽度不超过15mm；
铝球直径在直径范围内选取直径大小不等的铝球，用每个铝球直径与铝球平均直径2mm的均方差表示铝球群直径分布评价参数：
；
式中，为铝球直径分布评价参数；n为套管表面放置铝球个数；d i 为铝球直径，i=1,2,…,n；
铝球群直径分布评价参数表征套管沿面放电模拟效果，同时铝球群直径分布评价参数用于铝球群放置通道最佳宽度计算，铝球群放置通道最佳宽度d zj 满足公式：
；
式中，d zj 为铝球群放置通道最佳宽度，mm；为铝球的相对介电常数，数值为81.0；U g 为套管额定电压等级数值；K 0 =4.062；C 0 为套管表面电容值。
进一步的是，步骤2中所述试验套管发生稳定沿面放电的判断标准为：观测高频传感器信号图谱的峰值与输入峰值的差距小于2dBm，并且低频传感器信号图谱的峰值与输入峰峰值的差距小于10mV，则表示套管发生稳定沿面放电。
进一步的是，步骤2中所述电信号数据包括高频脉冲电流信号与低频脉冲电流信号，所述光信号数据包括紫外图像与可见光图像。
进一步的是，步骤3中所述电信号数据处理包括依次进行软阈值处理函数去噪、放电特征提取以及数据分类处理；所述光信号数据处理包括选取符合图像光子数标准且放电面积比最大的光信号数据。
进一步的是，所述图像光子数标准为单位时间内图像光子数重复出现最大值≥5000个/秒。
进一步的是，步骤3中所述采集多组试验套管发生稳定沿面放电时的电信号数据与光信号数据，为至少采集三组。
进一步的是，步骤4中所述将待测电信号样本、待测光信号样本分别与电信号标准样本、光信号标准样本进行比对，判断在线运行的高压套管是否发生沿面放电的具体过程为：
计算待测电信号样本与电信号标准样本的欧氏距离值，计算公式为：
；
式中，为欧式距离值，/>为待测电信号样本点，/>为电信号标准样本点；
将待测光信号样本与光信号标准样本进行图像预处理和图像配准，得到图像配准精度；
当欧氏距离值小于其设定阈值，并且图像配准精度也小于其设定阈值时，表明在线运行的高压套管发生了沿面放电。
进一步的是，所述欧氏距离值的设定阈值为0.462，所述图像配准精度的设定阈值为0.5mrad。
本发明的有益效果是：本发明所述方法能够实现对高压套管沿面放电故障的在线检测，所搭建的套管沿面放电模拟装置符合高度接近实际设备状态下沿面放电过程的稳定复现要求；本发明所述方法能够在不停电状态下高精度检测到高压套管的沿面放电特征信息，完成套管沿面放电程度的识别与评价，从而弥补现有检测方法的周期性停电试验的过检、过试和时效性差的缺点，克服停电试验周期长、检出率低的弊端，缓解一线人员相对不足的矛盾，减少无效检修试验，节约检修成本，保障高压套管的稳定运行，进一步提高电网设备可用系数和供电可靠性，实现电网的可持续发展。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为高压套管沿面放电故障的检测方法流程图；
图2为试验套管结构示意图；
图3为套管沿面放电模拟装置结构示意图。
图中，1、试验套管；2、铝球带；3、试验套管接线端子；4、试验套管下瓷套端；5、工频试验装置；6、末屏接地装置；7、高频脉冲电流传感器；8、低频脉冲电流传感器；9、紫外成像仪；10、可见光测量仪；11、上位机。
具体实施方式
实施例一
本实施例提出一种高压套管沿面放电故障的检测方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
步骤1、搭建套管沿面放电模拟装置。
1）制作试验套管：
选取一根与待测高压套管规格型号相同的常规套管，本实施例选取的是110kV 的常规油纸电容套管，在套管的下瓷套表面贴附纳米胶形成一条粘贴带，在粘贴带上粘贴直径不等的铝球形成铝球带2，粘贴的铝球直径范围为1～3mm，同一高度放置2或3颗铝球，铝球放置通道宽度不超过15mm,以限制套管沿面放电路径，将粘贴了铝球带的套管作为试验套管1，如图2所示。
铝球群的布置方式影响套管的沿面放电模拟效果，当铝球群中都选取相同直径的铝球时，套管沿面放电模拟效果差，铝球直径应在直径允许范围内选取直径大小不等的铝球，用每个铝球直径与铝球平均直径2mm的均方差表示铝球群直径分布评价参数：
；
式中，为铝球直径分布评价参数；n为套管表面放置铝球个数；d i 为铝球直径，i=1,2,…,n。
铝球群直径分布评价参数表征套管沿面放电模拟效果，同时铝球群直径分布评价参数用于铝球群放置通道最佳宽度计算，铝球群放置通道最佳宽度d zj 满足公式：
；
式中，d zj 为铝球群放置通道最佳宽度，mm；为铝球的相对介电常数，数值为81.0；U g 为套管额定电压等级数值；K 0 =4.062；C 0 为套管表面电容值。
通过铝球直径分布评价参数与其对应的铝球群放置通道最佳宽度确定铝球群布置，通过以上方式确保试验套管发生的放电类型为理想沿面放电。
2）基于试验套管搭建套管沿面放电模拟装置：
如图3所示，将试验套管接线端子3通过高压引线连接到工频试验装置5，工频实验装置包括工频电源、调压器、均压罩，通过接入220V或380V工频电源，调节调压器（即试验变压器的输入电压），接入高压试验变压器的初级绕组，根据电磁感应原理，以获得所需要的试验高压电压值。工频实验装置的作用是保证供给套管模拟所需试验电压，保证套管沿面放电模拟装置安全进行。
试验套管下瓷套端4连接末屏接地装置6，末屏接地装置包括导电底座、绝缘套、接线柱、接地引线、接地部件，末屏接地装置能实现接地密封，检查套管末屏接地的有效性。套管末屏接地装置引线上套接有高频脉冲电流传感器7和低频脉冲电流传感器8。紫外成像仪9和可见光测量仪10安装在距离试验套管1～2m处，通过调整拍摄视角保证试验套管整体可在紫外成像仪和可见光测量仪成像范围内，高频脉冲电流传感器、低频脉冲电流传感器、紫外成像仪和可见光测量仪的信号输出线连接到上位机11，由上位机进行高频脉冲电流信号、低频脉冲电流信号、紫外图像和可见光图像采集。
步骤2、采集试验套管发生稳定沿面放电时的信号数据。
对试验套管施加电压并采用阶梯式逐步升压，观测高频传感器信号图谱的峰值与输入峰值的差距小于2dBm，并且低频传感器信号图谱的峰值与输入峰峰值的差距小于10mV，则表示套管发生稳定沿面放电。利用高频脉冲电流传感器采集试验套管发生稳定沿面放电时的高频脉冲电流信号，利用低频脉冲电流传感器采集试验套管发生稳定沿面放电时的低频脉冲电流信号，利用紫外成像仪采集试验套管发生稳定沿面放电时的紫外图像，利用可见光测量仪采集试验套管发生稳定沿面放电时的可见光图像。
步骤3、对采集的信号数据进行处理获得标准样本。
采集多组试验套管发生稳定沿面放电时的电信号数据与光信号数据，至少为三组，取多组电信号数据的均值作为电信号数据样本，对电信号数据样本进行电信号数据处理后获得电信号标准样本，电信号数据处理过程包括依次进行软阈值处理函数去噪、放电特征提取、数据分类处理。
其中软阈值处理函数去噪的具体过程为：对电信号数据采用小波去噪去除信号噪声，采用的小波去噪分解尺度为5，阈值选取采用固定阈值中的Sqtwolog规则。放电特征提取的具体过程为：分析高频脉冲电流信号图谱和低频脉冲电流信号图谱，提取试验套管所得的信号图谱中的放电最大幅值、放电上升时间平均值、放电峰值的平均值、放电总次数、正负半周放电次数比值、正负半周放电最大值比值、正负半周峰值平均值比值、功率因数角、电容量等作为识别套管沿面放电的有效特征参量。数据分类处理的具体过程为：从提取的有效特征参量中选取九个有效特征参量作为维数变量构建九维空间，作为电信号标准样本：，其中/>分别为放电最大幅值、为放电上升时间平均值、为放电峰值的平均值、为放电总次数、为正负半周放电次数比值、为正负半周放电最大值比值、为正负半周峰值平均值比值、为功率因数角、为电容量。
对于采集的多组光信号数据，进行光信号数据处理后作为光信号标准样本，光信号数据处理过程包括选取符合图像光子数标准且放电面积比最大的光信号数据，其中图像光子数标准为单位时间内图像光子数重复出现最大值≥5000个/秒。放电面积比为放电面积与图像总面积的比值，放电面积可通过图像观测得到。即选取符合标准且放电面积比最大的紫外图像与可见光图像作为光信号标准样本。
步骤4、对在线运行的高压套管进行检测。
对在线运行的高压套管同理采用高频脉冲电流传感器和低频脉冲电流传感器采集其电信号数据，由紫外成像仪和可见光测量仪采集其光信号数据，高频脉冲电流传感器、低频脉冲电流传感器、紫外成像仪和可见光测量仪的信号输出线连接到上位机，由上位机进行高频脉冲电流信号、低频脉冲电流信号、紫外图像和可见光图像采集。
对于电信号数据，将采集的电信号数据经过软阈值处理函数去噪、放电特征提取以及数据分类处理后得到待测电信号样本，计算待测电信号样本与电信号标准样本的欧氏距离值，计算公式为：
；
式中，为欧式距离值，/>为待测电信号样本点，/>为电信号标准样本点。判断欧式距离值是否小于其设定阈值，欧式距离值的设定阈值为0.462，根据经验设定。
对于光信号数据，将待测光信号样本与光信号标准样本依次进行图像预处理和图像配准，具体为将采集的在线运行的高压套管的紫外图像（待配准图像）与光信号标准样本中的紫外图像进行拼接预处理，将采集的在线运行的高压套管的可见光图像（待配准图像）与光信号标准样本中的可见光图像进行拼接预处理。结合刚体变换模型和 ELM 对GoogLeNet 网络提取的特征进行参数模型预训练,输出得到最优空间变换矩阵,实现待配准图像与标准样本图像的自适应配准，由程序计算图像配准精度。判断图像配准精度是否小于其设定阈值，图像配准精度的设定阈值为0.5mrad，根据经验设定。
即当欧式距离值小于0.462并且图像配准精度小于0.5mrad时，则表明在线运行的高压套管发生了沿面放电，否则表明在线运行的高压套管未发生沿面放电。
最后应说明的是，以上所述仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种高压套管沿面放电故障的检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、搭建套管沿面放电模拟装置：制作试验套管，基于试验套管搭建套管沿面放电模拟装置；
步骤2、采集试验套管发生稳定沿面放电时的信号数据：对试验套管施加电压并采用阶梯式逐步升压，观测到试验套管发生稳定沿面放电时，采集其电信号数据与光信号数据；
步骤3、对采集的信号数据进行处理获得标准样本：采集多组试验套管发生稳定沿面放电时的电信号数据与光信号数据，取多组电信号数据的均值作为电信号数据样本，对电信号数据样本进行电信号数据处理后获得电信号标准样本；对于采集的多组光信号数据，进行光信号数据处理后作为光信号标准样本；
步骤4、对在线运行的高压套管进行检测：采集在线运行的高压套管的电信号数据与光信号数据，将采集的电信号数据经过电信号数据处理后得到待测电信号样本，采集的光信号数据作为待测光信号样本，将待测电信号样本、待测光信号样本分别与电信号标准样本、光信号标准样本进行比对，判断在线运行的高压套管是否发生沿面放电。
2.根据权利要求1所述的一种高压套管沿面放电故障的检测方法，其特征在于，步骤1中所述制作试验套管的具体过程为：选取一根与待测高压套管规格型号相同的常规套管，在套管的下瓷套表面贴附纳米胶形成一条粘贴带，在粘贴带上粘贴直径不等的铝球形成铝球带，将粘贴了铝球带的套管作为试验套管；
所述基于试验套管搭建套管沿面放电模拟装置的具体过程为：将试验套管的接线端子通过高压引线连接到工频试验装置，接入高压试验变压器的初级绕组，以获得所需要的试验电压值；试验套管下瓷套端连接末屏接地装置，所述末屏接地装置引线上套接有高频脉冲电流传感器和低频脉冲电流传感器；在距离所述试验套管1～2m处设置有紫外成像仪和可见光测量仪，通过调整拍摄视角保证试验套管整体可在紫外成像仪和可见光测量仪成像范围内；高频脉冲电流传感器、低频脉冲电流传感器、紫外成像仪和可见光测量仪的信号输出线连接到上位机，由上位机进行信号采集。
3.根据权利要求2所述的一种高压套管沿面放电故障的检测方法，其特征在于，所述铝球带的铝球直径范围为1～3mm，同一高度放置2或3颗铝球，铝球放置通道宽度不超过15mm；
铝球直径在直径范围内选取直径大小不等的铝球，用每个铝球直径与铝球平均直径2mm的均方差表示铝球群直径分布评价参数：
；
式中，为铝球直径分布评价参数；n为套管表面放置铝球个数；d i 为铝球直径，i=1,2,…,n；
铝球群直径分布评价参数表征套管沿面放电模拟效果，同时铝球群直径分布评价参数用于铝球群放置通道最佳宽度计算，铝球群放置通道最佳宽度d zj 满足公式：
；
式中，d zj 为铝球群放置通道最佳宽度，mm；为铝球的相对介电常数，数值为81.0；U g 为套管额定电压等级数值；K 0 =4.062；C 0 为套管表面电容值。
4.根据权利要求1所述的一种高压套管沿面放电故障的检测方法，其特征在于，步骤2中所述试验套管发生稳定沿面放电的判断标准为：观测高频传感器信号图谱的峰值与输入峰值的差距小于2dBm，并且低频传感器信号图谱的峰值与输入峰峰值的差距小于10mV，则表示套管发生稳定沿面放电。
5.根据权利要求1所述的一种高压套管沿面放电故障的检测方法，其特征在于，步骤2中所述电信号数据包括高频脉冲电流信号与低频脉冲电流信号，所述光信号数据包括紫外图像与可见光图像。
6.根据权利要求1所述的一种高压套管沿面放电故障的检测方法，其特征在于，步骤3中所述电信号数据处理包括依次进行软阈值处理函数去噪、放电特征提取以及数据分类处理；所述光信号数据处理包括选取符合图像光子数标准且放电面积比最大的光信号数据。
7.根据权利要求6所述的一种高压套管沿面放电故障的检测方法，其特征在于，所述图像光子数标准为单位时间内图像光子数重复出现最大值≥5000个/秒。
8.根据权利要求1所述的一种高压套管沿面放电故障的检测方法，其特征在于，步骤3中所述采集多组试验套管发生稳定沿面放电时的电信号数据与光信号数据，为至少采集三组。
9.根据权利要求1所述的一种高压套管沿面放电故障的检测方法，其特征在于，步骤4中所述将待测电信号样本、待测光信号样本分别与电信号标准样本、光信号标准样本进行比对，判断在线运行的高压套管是否发生沿面放电的具体过程为：
计算待测电信号样本与电信号标准样本的欧氏距离值，计算公式为：
；
式中，为欧式距离值，/>为待测电信号样本点，/>为电信号标准样本点；
将待测光信号样本与光信号标准样本进行图像预处理和图像配准，得到图像配准精度；
当欧氏距离值小于其设定阈值，并且图像配准精度也小于其设定阈值时，表明在线运行的高压套管发生了沿面放电。
10.根据权利要求9所述的一种高压套管沿面放电故障的检测方法，其特征在于，所述欧氏距离值的设定阈值为0.462，所述图像配准精度的设定阈值为0.5mrad。
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Citations (7)
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