【正文】 器，待測局放信號與同類型濾波器相匹配。 小波變換為分析信號時頻特征提供了有力工具，通過小波變換，將原來局限于時域或頻域的信號擴展到三維時頻面，使信號時頻特征得到分離，這對分析寬帶超高頻局放脈沖具有實際意義 [31]。時頻聯(lián)合分析既能反映信號的頻域內容，也能反映出該頻率內容隨時間的變化規(guī)律，將信號的時域分析和頻域分析緊密地結合起來 [26]。l n [ l n ( 1 ( ) ) ] , l n ( )y y x xy H q x q??? ? ?? ? ? ? （ ） 文獻 [29,30]認為，混合放電的 H(q) 符合多參數(shù)威布爾分布，通過威布爾分析，能夠估計出各組 H(q) 之威布爾參數(shù)及權重值，即分離出各單一放電的 H(q) ，根據權重值的大小就能判斷各組放電的放電量相對大小。 1 e x p [ ( ) ] ( 0 )()0 ( 0 )q qHqq????? ? ? ??? ?? ?? （ ） 18 式中 q 是系統(tǒng)監(jiān)測到的各放電量與最小放電量 (系統(tǒng)靈敏度 )之間的差值。 威布爾參數(shù) 文獻 [29， 30]應用威布爾 (Weibull)分布對放電脈沖幅值進行了分析，將得到的統(tǒng)計參數(shù)作為模式識別 特征量 。 ⑷ 修正的互相關系數(shù) mcc mcc Q cc?? ? ? （ ） 修正的互相關系數(shù) mcc 用于評價 φq 譜圖正負半周內放電模式的差異。 ⑶ 相位不對稱度 Φ /in in? ? ???? （ ） 式中 in?? 、 in?? 分別是 φq 譜圖正負半周內放電的起始相角。 ⑵ 放電量因數(shù) Q 1111wwi i i iiiwwiiiin q n qQnn? ? ? ???????????? （ ） 式中 in? 、 in? 是相窗 i 內的放電重復率 (即單位時 間內的放電次數(shù) )，上標 ―+‖、―–‖對應于 φ ? q 譜圖的正負半周。互相關系數(shù) cc 反映了譜圖在正負半周內的形狀相似程度。 ⑶ 局部峰點數(shù) Pe 局部峰點數(shù)用于描述譜圖輪廓上局部峰的個數(shù)。 ⑵ 陡峭度 Ku 4 41[ ( ) . /] 3wixiK u x p x???? ? ? ?? () 上式中的各量定義均與 ()式中的對應量定義相同。 1） φq 、 φn 譜圖的形狀差異特征 ⑴ 偏斜度 Sk 3 31 ( ) . /WiiiS K x p x???? ? ?? () 式中 W是半周期內的相窗數(shù) ,xi 是第 i個相窗的相位； Δx是相窗寬度； pi 、 μ 和σ是把譜圖看成概率密度分布圖、以 φi 為隨機變量時，相窗 i 內的事件出現(xiàn)的概率、均值和標準差。 目前局部放電模式特征提取常用的方法主要有統(tǒng)計特征參數(shù)法、分形特征參數(shù)法、數(shù)字圖像矩特征參數(shù)法、波形特征參數(shù)法、小波特征參數(shù)等。 局部放電 特征參數(shù) 在 局部放電模式識別中，由于 放電信號波形、頻譜和統(tǒng)計特性 的數(shù)據量 較大 ，如果直接對 其 放電模式進行識別，將是 非常 困難的。 由于局部放電是否危險， 在很大程度上 取決于放電 缺陷 的類型。 15 第 四 章 局部放電模式識別 GIS 可能出現(xiàn)不同類型的局部放電，如浮電位放電 、金屬顆粒放電、 金屬 尖端放電、固體絕緣內部缺陷放電 、固體絕緣沿面放電 等。 3）根據放電信號幅值和放電類型，再根據圖 5 的經驗數(shù)據，估計局部放電量。 圖 5 不同類型缺 陷放電量與特高頻檢測結果的關系 在實際局部放電檢測中，可綜合 考慮局部放電類型和信號傳播路徑的影響 ，對 局部放電量 進行粗略的 估計 ， 步驟如下： 1） 在完成局部放電定位后，將 UHF 傳感器放置在離放電源最近的檢測位置，測量局部放電信號幅值。 通過模擬實驗得到 局部放電 特高頻 信號幅值與局部放電 量 的統(tǒng)計 關系，如圖 5 所示 。 局部放電量定性校準 英國 Strathclyde大學的研究員 Martin Judd曾利用雪崩晶體管放電發(fā)生器模擬固定脈沖寬度為 ，幅值從 0～ 400mA變化的 放電 電流脈沖， 進一步 通過 UHF傳感器接收其輻射出的信號 ， 試驗 結果 表明電流脈沖的幅值與傳感器輸出的信號幅值之 間存在著線性關系。 局部放電特高頻檢測 裝置 大多直接采用 電壓幅值（ mV）或分貝數(shù)（ dB）描述放電強度，但對于不同的放電缺陷測量結果相互間無法比較，即使對于同一放電缺陷不同制造商檢測裝置的測量結果也難以進行對比。 監(jiān)測信號的趨勢分析 在測得局部放電 UHF信號幅值時，要確定局部放電量， 就 需要 消除 局部放電類型和信號傳播路徑的影響，而這兩方面的變化很復雜，使局部放電量的估計具有很大的近似性。對于不同類型局部放電， UHF 傳感具有不同的檢測靈敏度； （ 3）信號傳播路徑。 在局部放電 UHF 檢測中 ， 檢測信號的 響應 幅值和 三方面 因素有關： （ 1）局部放電大小。 13 第三章 局部放電嚴重程度判定 在局部放電檢測中， 對 局部放電 嚴重程度的 估計 是最為 關注的問題。檢測 時 ， 首先通過頻譜儀的自由觸發(fā)及最大掃頻模式測量局部放電信號在整個頻域上的分布 ， 以 發(fā)現(xiàn) 放電幅值最大的頻率點 (中心頻率 )， 然后在 ZeroSpan 模式下采集此中心頻率下的時域信號 ， 此時選用頻譜分析儀的外觸發(fā)方式 。根據檢波信號在工頻信號上的相位分布及檢波信號的波形特征 , 可 進行絕緣缺陷局放類型的識別。即使如此 ， 檢波信號依然保留了大量重要 PD信息 ， 如 PD 脈沖峰值、相位、 脈沖重復率等。檢波原本指從高頻載波信號中取出低頻調制信號 ， 這里 特 指將 UHF振蕩信號的高頻成分濾除 ， 僅保留信號的幅值和相位信息。 由于特高頻局部放電檢測 至少需要 測量 一個工頻周期以上的 百 MHz到GHz 的放電信號 ， 常用的 A/ D 轉換系統(tǒng) 在采樣率和存儲深度等方面很難滿足要求 ，且 數(shù)據處理難度 大 。與此同時 ， 對 多個 工頻 周期 的 UHF 信號進行統(tǒng)計 分析，將更有利于 進行 放電缺陷的嚴重程度判斷和 模式識別 ， 但 這要求 系統(tǒng)具有強 大的數(shù)據采集、存儲和處理能力。在早期的 UHF 法測量中 ， 一般采用掃頻式的頻譜分析儀 ， 通過考察信號頻譜分布和最高幅值 (閾值 ) 來 12 判斷試品或設備的絕緣狀況和產生原因。同時，為了避開空氣中 頻率范圍 在200MHz 以下的電暈干擾信號，在特高頻放大器前 需 加裝高通濾波器，因此放大器工作頻帶 一 般在 200MHz～ 3000MHz 范圍內 ， 但在很多情況下為了避免手機通訊干擾的影響，測量頻帶 根據噪聲環(huán)境相應縮減 。圖 2為日本 Hitachi公司研制的兩種內置傳感器：半圓板偶極子型和二次元對數(shù)周期型傳感器 [18] 圖 2 日 本 H i t a c h i 公 司 研 制 的 U H F 傳 感 器 11 我國清華大學、西安交通大學、重慶大學、上海交通大學等 科研單位 對內置和外置 UHF傳感器都做了相應的研究 ，圖 3為國內研制的幾種 超寬帶外置傳感器 [20]。 10 圖 4 GIS 體內和體外局部放電 UHF 傳感 圖 5為英國 Strathclyde大學研制的幾種傳感器（其中 (a)為內置型， (b)、 (c)為外置型）， Strathclyde大學對 UHF傳感器的研究起步較早 [17]，目前它的各型傳感器比較完備，應用較廣。內置傳感器可獲得較高的靈敏度（目前英國新制造的 GIS 均要求加裝內置傳感器），但 對制造安裝的要求較高，特別是對 已投運 的 GIS 安裝內置傳感器通常是不可行的，這時只能選擇外置傳感器。整個傳感器采用金屬材料屏蔽，以防止外部信號干擾。并且嘗試利用視在放電量結合特高頻信號聯(lián)合標定 GIS模型的局部放電，認為不同放電類型有其不同的放電線性關系曲線，可粗略的進行 GIS視在放電量的標定工作。 清華大學的劉衛(wèi)東 、高文勝 等利用 外置 傳感器 和自主開發(fā)的便攜式 UHF局部放電綜合檢測儀 在多家 GIS制造廠 和 40多個變電站進行實地測量，曾 檢測 到 8起放電 缺陷 。 重慶大學的孫才新、唐炬等對多種內置傳感器的模型及其性能 進行了較為系統(tǒng)的 研究，并在實驗室對 GIS局部放電進行實際測量。因此，他們認為在 GIS內部的電磁波中 TE波和 TM波占主要成分。 9 國內西安交通大學的邱毓昌、王建生、張超鳴等對放電脈沖產生的電磁波在GIS同軸腔體的傳播特性進行了理論分析和測量，他們認為電磁波成分中的 TEM波為非色散波，在 GSI內部傳播時，一旦頻率高于 1000MHz之后，沿傳播方向衰減很快 。 挪威 Delft大學的 Meijer曾對比了 IEC60270法、 VHFHF窄頻帶和 UHF寬頻帶法檢測局部放電的結果，三種方法的測量頻帶分別為 10～ 500Hkz、 3GHz范圍內、 500～1500MHz。 日本東芝電氣公司曾應用特高頻法對 2個 300kV變電站的局部放電進行過測量，研究表明，變電站內部的電磁干擾可從套管處傳入，影響內置傳感器的接收效果，但是干擾的頻帶范圍多在 500MHz以下，且衰減很快。 德國 Stuttgart大學的研究人員曾同時應用超聲波法和特高頻 法，對 550kV GIS模型內部的尖刺缺陷放電進行檢測，然后對比不同方法的靈敏度和抗干擾特性，試驗發(fā)現(xiàn)特高頻法靈敏度 較高 ，在 GIS母線腔內， 特高頻 傳感器可測量到距離 10m處的視在放電量 10PC的放電源。通過現(xiàn)場試驗，認為安裝 25～ 30組三相傳感器就可監(jiān)測整個變電站的局部放電情況 [11]。利用頻譜分析儀的 point onwave模式，在一個工頻周期內對自由微粒、固定尖刺、絕緣子表面的污穢和懸浮電極進行缺陷的類型識別。 英國 Strathclyde大 學的 Hmapton和 Pearson于 上世紀 80年代初就 開始 420kV GIS局部放電特高頻監(jiān)測系統(tǒng)的研究，將特高頻傳感器內置于 GIS內部，整套系統(tǒng) 具 有較高的靈敏度，有利于外部干擾 的抑制 。 8 第二章 GIS 局部放電特高頻檢測技術 特高頻檢測技術現(xiàn)狀 采用特高頻法檢測 GIS 中局部放電產生的 UHF 信號是 20 世紀 80 年代初期由英國中央電力局（ Central Electricity Generating Board， CEGB）開發(fā)出來的。 e) 靈敏度可以滿足工程要求。合理布置 UHF傳感器 , 可通過電磁波到達不同傳感器的時差來對局放源進行定位 , 且具有相當高的定位精度； c) 根據所測放電電磁波信號頻譜和統(tǒng)計特征 , 可以區(qū)分不同的缺陷類型； d) 可以進行長期 在線 監(jiān)測。 根據 GIS 中電磁波的傳播特點，利用特高頻 檢測的 主要優(yōu)點如 下： a) 抗干擾能力強。因此在用波導理論進行局部放電測量時可以不考慮這種衰減。二次感應能夠顯著增大局部放電檢測的靈敏度，同時也能夠增大電磁干擾信號的影響。 在局部放電特高頻測量過程中，變電站的所有金屬物體將會對特高頻傳感器產生二次感應。 7 采用特高頻測量能夠實現(xiàn)局部放電源的空間定位， UHF 信號傳播過程中衰減比較快，離開放電源的距離不同，探測到的放電信號的幅值將顯著下降，因此，通過比較 UHF 信號的幅值可以進行放電的 大致 定位。（ 2）即使電氣設備相鄰區(qū)域存在 UHF 干擾，由于 UHF 信號傳播時衰減較快，其影響范圍較小，不會產生遠距離的干擾。 采用特高頻測量能夠提高局部放電現(xiàn)場測試的抗干擾性能，主要原因如下：（ 1）電氣設備內部的局部放電信號能夠達到 UHF 頻段，而電力系統(tǒng)中的電磁干擾信號，如空氣中的電暈放電，一般低于 UHF 頻段。例如：空氣中電暈放電所產生的脈沖電流具有比較低的陡度，能夠產生比較低頻率的電磁暫態(tài)，主要分布在 200MHz 以下；相比之下，固體絕緣和 SF6 氣體中發(fā)生的局部放電所產生的脈沖電流則具有比較高的陡度，所產生的電磁暫態(tài)的頻率能夠達到 1GHz 以上。 局部放電的特高頻 檢測 局部放電是電氣絕緣中局部區(qū)域的電擊穿，伴隨有正負電荷的中和， 從而產生寬頻帶的電磁暫態(tài)和電磁波。而且由于超聲傳感器檢測有效范圍較小 ， 在局部放電 檢測 時 ， 傳感器的有效傳感范圍較小， 需對 GIS 進行逐點 探查， 檢測的工作量很大 ，目前主要用于 GIS 的帶電檢測。在 GIS 內 SF6 的聲波吸收率相對很強（其值為 26 dB/m，類似條件下空氣僅為 dB/m），并且隨頻率增大而增加。主要原因在于， GIS內部結構復雜，通常存在多種聲傳播介質，如 盆式 絕緣 子 、 SF6氣體絕緣 和金屬構件等，它們的介質聲速差異很大，這樣就會造成沿不同路徑傳播