[发明专利]一种基于雷达谱图的局部放电阶段识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于雷达谱图的局部放电阶段识别方法。

背景技术

在高压直流输电系统中，换流变压器阀侧绕组承受交直流混合电压，阀侧绕组局部放电特性与纯交流或纯直流下的不同。在长期运行中，持续的局部放电会造成严重的绝缘裂化，并导致变压器故障，同时局部放电检测是诊断变压器潜在故障的有效手段。因此，交直流复合电压下油纸绝缘典型放电缺陷的局放特性的研究对于换流变压器的安全稳定运行十分重要。由于极不均匀电场下的局部放电随机性强且极不稳定，因此油纸绝缘针板模型的局放特性更为复杂。

另一方面，局部放电发展阶段识别对绝缘状态在线检测十分重要。目前已有的几种用于局部放电结果分析的识别技术如下：局放统计谱图的指纹识别技术、局放灰度图像与分形压缩技术、局放能量分布识别技术等。但这些技术均运用不同的特征量与小波变换、分形理论等结合，运算过程复杂且主要用于局放模式识别。有关局部放电从起始到击穿的过程的研究仍处于起步阶段，且鲜有报道。不可否认，基于局放特征参数时变趋势的放电阶段划分含有主观成分，而基于模糊聚类的阶段划分缺乏物理意义。因此，具有合理物理意义的客观的局部放电阶段划分和简单有效的阶段识别方法是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于雷达谱图的局部放电阶段识别方法，本发明对交直流复合电压下油纸绝缘针板模型局部放电发展过程进行了实验研究。基于传统的局部放电测试回路，通过耦合电容与检测阻抗采集局放信号，能够解决现有技术不能有效地对老化阶段进行识别的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于雷达谱图的局部放电阶段识别方法，包括以下步骤：

步骤1：进行变压器局部放电实验，利用现有技术测量待测油纸绝缘设备中局部放电脉冲的波形，对取样得到的油纸绝缘局部放电的波形进行处理，提取局部放电视在放电量、放电脉冲的相位、连续脉冲时间间隔与放电重复率(每工频周期的放电次数)。并根据记录的局部放电时域波形计算得到了脉冲等效时间与等效频率，等效时间与等效频率反映了局部放电波形特征。

公式如下：

步骤2：将数据进行归一化，并使用模糊聚类分析进行聚类，得到五个阶段起始阶段、过渡阶段、发展阶段、稳定阶段、预计穿阶段。

步骤3：雷达谱图的坐标范围应当被限制且统一。由于极不均匀电场下的局部放电分散性较大，雷达谱图的坐标范围应当比相应的特征量范围较大，因此雷达谱图的坐标范围设定如下：

其中，V_c是坐标值；v_min和v_max是坐标对应的特征量的最小值与最大值。雷达谱图坐标的范围是对应特征量范围的1.4倍。

根据局部放电雷达谱图可对发展阶段进行识别。然而，特征量的有效性是放电阶段识别的关键。因此，雷达谱图的长宽比与重心坐标比作为新的特征量。另一方面，这一过程可被看做原始特征量的降维过程。新的特征量定义如下：

其中，l是雷达谱图水平最大长度；h是雷达谱图垂直最大长度；x和y分别是雷达谱图横坐标与纵坐标，以上四个量的单位为像素。

步骤4：利用支持向量机将重心坐标和谱图长宽作为二维特征量，将二维平面分为5个部分，作为识别局部放电发展阶段的识别器。

局部放电起始阶段，纸板的绝缘强度较高。因此局部放电的起始场强较高，只有少量的低能放电在针电极处产生。因此，N_ave,Q_max和Q_ave最低，d_max较高且具有波动性，起始阶段F_eqave和T_eqave波动性较大的原因是低能放电的分散性较高。

由于起始阶段只存在少量的低能放电，所以经过起始阶段，纸板的绝缘强度轻微下降。在过渡阶段，偶然的高能放电使得Q_max和Q_ave先于N_ave增加，而d_max仍然较大且波动，由于此时局部放电仍以低能放电为主，因此N_ave依旧很低，T_eqave和F_eqave仍在波动。