高电压技术第五章

1、第五第五章章 电气设备绝缘在线检测与诊断电气设备绝缘在线检测与诊断主要内容主要内容: 第一节第一节 电气设备绝缘的状态维修电气设备绝缘的状态维修 第二节第二节 电容型设备绝缘在线检测电容型设备绝缘在线检测 第三节第三节 MOA在线检测在线检测 第四节第四节 神经网络理论在绝缘诊断中的应神经网络理论在绝缘诊断中的应 用用 第五节第五节 小波分析在绝缘诊断中的应用小波分析在绝缘诊断中的应用 第六节第六节 专家系统在绝缘诊断中的应用专家系统在绝缘诊断中的应用电容型设备绝缘电容型设备绝缘MOA在线检测在线检测(Metal Oxide Arrester-MOA)神经网络、小波分析、专家系统技术应用。神经

2、网络、小波分析、专家系统技术应用。 第一节第一节 电气设备绝缘的状态维修电气设备绝缘的状态维修绝缘性能好坏绝缘性能好坏决定设备寿命决定设备寿命检修方法：停电预试检修方法：停电预试状态维修状态维修 主要内容主要内容: 一、绝缘预防性实验的不足一、绝缘预防性实验的不足 二、绝缘的状态维修二、绝缘的状态维修一、绝缘预防性实验的不足一、绝缘预防性实验的不足1.绝缘型绝缘型预防性实验预防性实验包括：测量绝缘电阻、直流泄漏电流、直流包括：测量绝缘电阻、直流泄漏电流、直流耐压试验、测量介质损耗角正切值耐压试验、测量介质损耗角正切值 、交流耐压试验、绝缘、交流耐压试验、绝缘油试验等。油试验等。2.不足不足：预

3、防性实验合格，但投入运行后会出现事故。：预防性实验合格，但投入运行后会出现事故。原因：原因：施加很低电压进行测试不容易发现问；施加很低电压进行测试不容易发现问； 220kV设备加设备加10kV进行测试进行测试太低太低 实验周期较长，不易及时发现设备的隐患及绝缘变化的趋实验周期较长，不易及时发现设备的隐患及绝缘变化的趋势。势。3.发展趋势发展趋势：在线检测：在线检测+预防性实验预防性实验tg二、绝缘的状态维修二、绝缘的状态维修1.设备维护的三种方式：设备维护的三种方式：（大部分事故是由绝缘引起的）（大部分事故是由绝缘引起的）故障维修故障维修+预防维修（定期检测）预防维修（定期检测）+状态维修（预

4、知维修）状态维修（预知维修）2.状态维修：状态维修：根据电气设备的工作状态来确定维修工作的内容和根据电气设备的工作状态来确定维修工作的内容和 时间，制定维修方案，这种维修方式称为状态维修时间，制定维修方案，这种维修方式称为状态维修 和预知维修。其中，和预知维修。其中，基于绝缘老化的状态维修基于绝缘老化的状态维修是主是主 要内容；绝缘的状态维修基础是要内容；绝缘的状态维修基础是绝缘在线检测与诊绝缘在线检测与诊 断技断技 术术。二、绝缘的状态维修二、绝缘的状态维修3.绝缘检测内容：绝缘检测内容：电容型套管电容型套管：检测介电特性：检测介电特性 、电容量电容量C、泄漏电流、泄漏电流MOA：全电流：全

5、电流 、阻性、容性电流、阻性、容性电流( )、功耗、功耗P。油浸式电力变压器油浸式电力变压器：特征气体：特征气体 含量并识别故障类型（色谱分析）含量并识别故障类型（色谱分析）检测检测局部放电局部放电并进行定位，分析放电对绝缘并进行定位，分析放电对绝缘危害程度等。危害程度等。tgxICRII ,62422242,HCHCHCCHCOH二、绝缘的状态维修二、绝缘的状态维修 4.绝缘在线检测与诊断技术优势：绝缘在线检测与诊断技术优势： (1)在运行中及时发现绝缘缺陷和事故隐患。在运行中及时发现绝缘缺陷和事故隐患。(2)逐步替代传统的停电预防性试验，减小停电时间，节省试验逐步替代传统的停电预防性试验，

6、减小停电时间，节省试验费用。费用。(3)可以随时检测出已知有缺陷和怀疑的设备的运行情况，一旦可以随时检测出已知有缺陷和怀疑的设备的运行情况，一旦发现问题可以及时退出运行，最大限度的利用这些设备的剩余发现问题可以及时退出运行，最大限度的利用这些设备的剩余寿命。寿命。绝缘寿命的预测绝缘寿命的预测二、绝缘的状态维修二、绝缘的状态维修5.涉及内容：涉及内容： 绝缘故障机理、传感器与测量技术、数据采集、信绝缘故障机理、传感器与测量技术、数据采集、信号处理、数据库、专家系统、计算机、通讯等技术领号处理、数据库、专家系统、计算机、通讯等技术领域。域。 电气参数电气参数检测量检测量 非电气量参数：温度、压力、

7、振动、噪声等非电气量参数：温度、压力、振动、噪声等 二、绝缘的状态维修二、绝缘的状态维修6.常用电气绝缘在线检测方法常用电气绝缘在线检测方法第二节第二节 电容电容型设备绝缘在线检测型设备绝缘在线检测主要内容： 一、电容型电气设备：一、电容型电气设备： 二、二、 的测量原理的测量原理 三、影响三、影响 检测的主要因素检测的主要因素tgtg第二节第二节 电容型设备绝缘在线检测电容型设备绝缘在线检测一、电容型电气设备：一、电容型电气设备： 指全部或部分绝缘采用电容式绝缘结构的设备，如电容式电指全部或部分绝缘采用电容式绝缘结构的设备，如电容式电流流/电压互感器、高压电容式套管、耦合电容器等，占设备总电

8、压互感器、高压电容式套管、耦合电容器等，占设备总数数4050%。 检测参数：检测参数： 、C、泄漏电流、泄漏电流I、主要指介质损耗角正切主要指介质损耗角正切 的检测的检测二、二、 的测量原理的测量原理 采用谐波分析法和过零相位比较法采用谐波分析法和过零相位比较法。tgtgtg二、二、tg的测量原理的测量原理1、谐波分析法、谐波分析法57.7V5V +-u(t)i(t)被测试设备i-u )(2)2sin()(2)2cos()(211uiuNkNkUjUxUrUNkkuNUxNkkuNUriNkNkIjIxIrINkkiNIxNkkiNIr11)2sin()(2)2cos()(2tg二、二、tg的

9、测量原理的测量原理通过强弱电转换和A/D可以将电压和电流信号采集为u(k)、i(k)（k=1,2,N）,则二、二、tg的测量原理的测量原理2、过零相位比较法、过零相位比较法计数器f0Ntt1 t2TtTtfNtttui3602,360021u(t)i(t)二、二、tg的测量原理的测量原理性能良好的电容式套管：性能良好的电容式套管： 在线测得的在线测得的Cx与停电测量值之间相对误差与停电测量值之间相对误差+2% 在线测得的在线测得的 与停电测量值之间相对误差与停电测量值之间相对误差+0.5% 或或+0.3%三、影响三、影响tg 检测的主要因素检测的主要因素1、电压互感器（、电压互感器（TV）的角

10、度变化影响）的角度变化影响 TV铁芯饱和铁芯饱和+TV二次侧负载二次侧负载（自行分析如何影响？如何校正（自行分析如何影响？如何校正 之？为什么只考虑之？为什么只考虑TV却不考虑却不考虑CT饱和饱和?）tg三、影响三、影响tg 检测的主要因素检测的主要因素2、现场综合电磁场干扰、现场综合电磁场干扰 相间干扰最大相间干扰最大3、谐波含量的影响、谐波含量的影响 3次谐波次谐波低通滤波器低通滤波器含量含量1%4、传感器角差影响、传感器角差影响 电流信号转化为电压信号造成电流信号转化为电压信号造成第三节第三节 MOA在线检测在线检测主要内容：主要内容： 一、全电流法一、全电流法 二、补偿法检测二、补偿法

11、检测 阻性电流阻性电流 三、谐波分析法三、谐波分析法第三节第三节 MOA在线检测在线检测 MOA金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器过电压限制器过电压限制器(Metal Oxide Arrester-MOA) 工作电压下工作电压下MOA中有工作电流（总的泄漏电流）中有工作电流（总的泄漏电流） 阻性泄漏电流阻性泄漏电流劣化原因劣化原因 容性泄漏电流容性泄漏电流 正常时，正常时，MOA金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器过电压限制器过电压限制器 工作电压下工作电压下MOA中有工作电流（总的泄漏电流）中有工作电流（总的泄漏电流） 阻性泄漏电阻性泄漏电流流IR劣化原因劣化原因 容性泄漏电流容性泄漏电流IC 正

12、常时，正常时， IR占占I的的10%20%左右。左右。 检测方法：检测方法：全电流法全电流法、补偿法补偿法、谐波分析法谐波分析法。一一.全电流法全电流法 ， ， 增大增大1倍倍I无大变化无大变化灵敏度低灵敏度低二二.补偿法检测补偿法检测 阻性电流阻性电流 将将MOA两端的电压微分，得到一个与容性电流相同的补偿信两端的电压微分，得到一个与容性电流相同的补偿信号，然后与全电流相减，补偿掉其中的容性电流，只得到阻号，然后与全电流相减，补偿掉其中的容性电流，只得到阻性电流的方法。性电流的方法。CRIIIRCIIRI三三.谐波分析法（基波法谐波分析法（基波法+三次谐波法等）三次谐波法等）1、基波法：、基

13、波法：图图5-2 基波法检测阻性电流原理接线基波法检测阻性电流原理接线测出测出 u,i 基波基波 根据基波所占比例及变化判断根据基波所占比例及变化判断MOA的工作状态。的工作状态。缺陷缺陷：高次谐波分量在某些情况下能灵敏地反映：高次谐波分量在某些情况下能灵敏地反映MOA的状态，因此基波法需进一步完善的状态，因此基波法需进一步完善。)sin()cos(uicuiRIIIIIU,)(,00uiIIUU三三.谐波分析法（基波法谐波分析法（基波法+三次谐波法等）三次谐波法等） 2、三次谐波法、三次谐波法将将MOA全电流通过一个带通滤波器，滤出三次谐全电流通过一个带通滤波器，滤出三次谐波分量。根据阻性三

14、次谐波分量与阻性电流各次波分量。根据阻性三次谐波分量与阻性电流各次谐波分量之间的关系，达到检测谐波分量之间的关系，达到检测MOA阻性电流变阻性电流变化的目的。化的目的。优点优点：不用：不用TV，免除，免除TV的依赖。的依赖。缺陷缺陷：不同不同MOA， 的关系不一样。的关系不一样。无法反映无法反映MOA受潮及污秽状况受潮及污秽状况电网谐波存在容易造成较大误差电网谐波存在容易造成较大误差3、各次谐波分析法各次谐波分析法（基波法与三次谐波法的综（基波法与三次谐波法的综合）合）)(3RRifIcRnRRRiiIIIi总21Re第四节第四节 神经网络理论在绝缘诊断中的应用神经网络理论在绝缘诊断中的应用主

15、要内容主要内容: 一、神经网络诊断步骤一、神经网络诊断步骤 二、神经网络模型二、神经网络模型 三、神经网络诊断实例三、神经网络诊断实例 绝缘故障诊断实际上是一种模式分类识别绝缘故障诊断实际上是一种模式分类识别 可以用到神经网络技术可以用到神经网络技术 一、神经网络的诊断步骤一、神经网络的诊断步骤 实质：将专家的组织和运行经验建立在网络实质：将专家的组织和运行经验建立在网络 结构中，从而使网络具有诊断能力。因此只结构中，从而使网络具有诊断能力。因此只 要样本数据较全面而且合理，其诊断结果都要样本数据较全面而且合理，其诊断结果都 是可靠的。一旦有新的样本，也可以重新训是可靠的。一旦有新的样本，也可

16、以重新训 练神经网络，使其具有诊断新出现故障的能练神经网络，使其具有诊断新出现故障的能 力。力。一、神经网络的诊断步骤一、神经网络的诊断步骤二、神经网络模型二、神经网络模型多层前馈神经网络，多层前馈神经网络，BP算法算法（Back-propagation）。）。1、BP神经网络神经网络各层可以有多个神经元（节点）各层可以有多个神经元（节点）2、BP算法学习过程：算法学习过程：二、神经网络模型二、神经网络模型正向传播过程：输入信息正向传播过程：输入信息输入层输入层隐层隐层输出输出 反向传播过程：输出层误差反向传播过程：输出层误差隐层隐层输入层并修输入层并修改各改各 层神经元阈值和节点间权值（可用

17、层神经元阈值和节点间权值（可用Matlab神经元工具箱神经元工具箱函数实现）函数实现）3、各节点输入、各节点输入/出表示：出表示：输入层输入层：节点：节点I输出输出隐层隐层节点节点k输入：输入： k,I节点间权值节点间权值 隐层节点阈值隐层节点阈值pipiXOMikpikipkbOWnet1kiWkb二、神经网络模型二、神经网络模型输出：输出： 输出层输出层节点节点j输入：输入： 输出节点阈值输出节点阈值4、误差反向传播过程：、误差反向传播过程： 期望输出；期望输出；d实际输出实际输出KkjpkjkpjbOWnet1jbpjjppkpjjkpbOW)1 ()(pjpjpjpjpjd)exp(1

18、/1)(pkpkpknetnetfOpjnetpjpjenetfO11)(二、神经网络模型二、神经网络模型 p训练样本数；训练样本数；N输出神经元数输出神经元数三、神经网络诊断实例三、神经网络诊断实例 表表5-3 变压器故障现象与故障原因训练样本变压器故障现象与故障原因训练样本 集集pkkppipkkipbOWNjpjjkpkpkpkWOO1)1 (piNjjijidE112)(21第五节第五节 小波分析在绝缘诊断中的应用小波分析在绝缘诊断中的应用主要内容： 一.小波变换 二.局部放电信号的小波分析一一.小波变换小波变换1.FFT与与Wavelet的区别的区别FFT抗高次谐波干扰，在频域内分析

19、，无法在时域中进行分析。抗高次谐波干扰，在频域内分析，无法在时域中进行分析。不能满足混有白噪声干扰的一些快变信号（局部放电辐射电不能满足混有白噪声干扰的一些快变信号（局部放电辐射电磁信号）特征分析的要求。磁信号）特征分析的要求。小波变换小波变换时域频域内同时具有局部分析的特点。时域频域内同时具有局部分析的特点。一一.小波变换小波变换2.Wavelet（1）连续小波变换：）连续小波变换： 为复变函数，若为复变函数，若则称则称 为一个小波。为一个小波。若将若将 通过平移伸缩成通过平移伸缩成 函数，称函数，称 为基小波（母波），为基小波（母波）， 为子波。（为子波。（b平移因平移因子子，a伸缩因子伸

20、缩因子） 则信号则信号f(t)的小波变换为的小波变换为 共轭共轭)(twdwwC20| )(|)(t)(t)(t abtatba1)(,)(,tbadtttfbaWbaf_,)()(),()()(,_,ttbaba一一.小波变换小波变换2.Wavelet（2）二进小波变换：）二进小波变换：令令b=na，a= ，m、n为整数，则信号为整数，则信号f(t)经离散二进小波变换为经离散二进小波变换为（3）二进小波的分解与重构：）二进小波的分解与重构：m2dtnttfCmmmn2)(212GDDHCCjjjj11)(*)(0ntfC ， H,G二二进小波相应的低通和高通滤波进小波相应的低通和高通滤波器的

21、脉冲相应函数。器的脉冲相应函数。尺寸函尺寸函数数二二.局部放电信号的小波分析局部放电信号的小波分析1.局放信号的数学模型局放信号的数学模型上升沿为上升沿为ns级，脉宽几级，脉宽几几十个几十个ns图图5-7 局放脉冲波形局放脉冲波形 脉冲峰值；脉冲峰值； 脉冲特征宽度；脉冲特征宽度； 波长，波长， =2.36)2/()(exp)(21220TTtIti0I1T2T2T1T特点：抗干扰强，能真实反映局部放电特点：抗干扰强，能真实反映局部放电波形，已成功用于波形，已成功用于GIS、电机绝缘检测、电机绝缘检测二二.局部放电信号的小波分析局部放电信号的小波分析2.小波分析小波分析 保留原始信号的低频成分，即原信号的大致轮廓保留原始信号的低频成分，即原信号的大致轮廓 保留原始信号的高频成分保留原始信号的高频成分j尺度尺度局部放电的低频成分明显呈现出来，高频成分减小。局部放电的低频成分明显呈现出来，高频成分减小。3.局放信号小波变换特征局放信号小波变换特征：(1)放电量小的信号谱分布在高频区放电量小的信号谱分布在高频区(2)放电量放