基于超高频信号的gis局部放电分频故障图谱绘制方法
【专利说明】基于超高频信号的GIS局部放电分频故障图谱绘制方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及故障图谱绘制领域，特别涉及一种GIS局部放电故障图谱的绘制方 法。 【【背景技术】】
[0002] 气体绝缘全封闭式组合电器（GIS)，以其结构紧凑、检修周期长、受外界环境影响 小等优点在电力系统中得到了广泛应用。但由于GIS结构复杂，制造与检修工艺精细，使部 分常规预防性试验方法难以有效实施，而且，一旦GIS发生故障后果，会导致重大停电事故 的发生，影响较大范围用电质量。
[0003] 目前已有大量学者在该领域研宄，主要通过获得相关放电数据并进行处理进而分 析GIS局部放电的规律和实际中GIS的绝缘状态，为GIS的推广和可靠安全运行提供技术 支持。故GIS局放数据和处理手段成了研宄的关键。现在常用的局放数据的采集来源主要 来自于脉冲电流法、化学物质检测法、超声波法和超高频法，每种采集方法都有其各自的优 点和缺点，脉冲电流法在实验的环境下可以准确测量放电量，但是在现场应用容易受到干 扰，而化学物质检测法简单易操作，但放电时生成的物质不稳定，目前较常用的为超声波法 和超高频法，前者较为灵敏，且不受电信号干扰，但是传播距离短易衰减，而超高频信号抗 衰减性较好且抗干扰，其得到了更广泛的应用，而本专利所依托的数据即是有超高频方法 得到的。
[0004] GIS局放研宄中，放电数据处理后的放电图谱具有极其重要地位，目前图谱的绘制 包括PRPD和PRPSA两种模式，其中有幅值-相位图、飞行图、三维谱图等等，但这些谱图绘 制是由全部放电数据进行绘制。 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于超高频信号的GIS局部放电分频故障图谱绘制 方法，为GIS局部放电故障的检测与识别提供技术支持。本发明通过提取超高频局部放电 信号并进行自适应滤波，实时滤除干扰信号，然后自适应确定有效频点序列，计算各有效频 点特征量，并绘制随有效频点变化的动态故障图谱、分频放电特征趋势图谱和有效频点数 量变化趋势谱图。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 基于超高频信号的GIS局部放电分频故障图谱绘制方法，包括以下步骤：
[0008] 第一步、进行典型缺陷金属尖端缺陷GIS局部放电实验，同步分别获取GIS局部放 电信号？和外界干扰信号x n;
[0009] 第二步、对获取的GIS局部放电信号？进行自适应滤波，得到滤波后的频域信号 vpf;
[0010] 第三步、对滤波后的GIS局部放电信号vpf自适应选取起始有效频点f start和结束 有效频点，并按照设定的频点间隔fBW得到有效频点序列f
[0011] 第四步、每200US计算一次各有效频点A处的放电量f/j和放电相位炉j;
[0012] 第五步、统计1秒内每个有效频点fj处局部放电的放电相位.灼、放电量q」及放电 次数I，并计算每个有效频点fj处的平均放电量qave \最大放电相位<pmaxt
[0013] 第六步、绘制GIS局部放电分频故障图谱。
[0014] 本发明进一步的改进在于：所述GIS局部放电分频故障图谱为：
[0015]放电相位P厂放电量q」-放电次数rij随有效频点fj变化的动态故障图谱影像、有 效放电频点数量变化趋势谱图或分频放电特征趋势谱图中一种或多种。
[0016] 本发明进一步的改进在于：第一步中在GIS上或内部安装超高频传感器，用于采 集GIS局部放电信号x p;同时在GIS外部放置一个超高频传感器，用于采集GIS外部干扰信 号xn;所选用的两个超高频传感器，其有效频段为300MHz~2000MHz。
[0017] 本发明进一步的改进在于：第二步具体包括以下步骤：
[0018] 1)对获取的外界干扰信号#进行FFT变换，得到对应于不同频率分量的幅值序列 v n;
[0019] 2)对所有频率分量的幅值序列vn，求取中值vmecf和鲁棒标准差vmadn:
[0020] vmedn= median (v n)
[0021] vmadn= 1. 4826*median | v n_vmedn |，其中 median 为求中值运算；
[0022] 3)找到所有满足vn彡vmed n+3*vmadn的干扰频点f m;
[0023] 4)对获取的GIS局放信号xp进行FFT变换得到对应于不同频率分量的幅值序列 v p，将对应干扰频点处的幅值用零替换得到滤波后的幅值序列vpf，完成干扰信号的实时 自适应滤除。
[0024] 本发明进一步的改进在于：起始频点fstart、结束频点有效频点序列fj的确 定方法如下：
[0025] 对完成自适应滤波的GIS局放信号vpf，以300MHz为起点，2000MHz为终点，100MHz 为步进间隔，选取出现局放信号的第一个频点作为起始有效频点f start，选取最后一个出现 信号的频点作为结束频点，起始有效频点与结束有效频点之间为有效频段，在有效频段 内按照100MHz间隔得到有效频点序列
[0026]判断出现局放信号的标准为：满足vpf彡2*vmedn。
[0027] 本发明进一步的改进在于：第四步中各有效频点fj处的放电量计算方法为：
[0028]
[0029] 其中round为取整数运算，vmax为各频点处幅值最大值；为在有效频点fj处的 局放信号幅值。
[0030]本发明进一步的改进在于：绘制放电相位灼~放电量％-放电次数1随有效频点 fj变化的动态故障图谱影像的方法为：以每1秒获取的每个频点L处放电相位灼、放电量 q」及放电次数nj绘制一张三维谱图并作为动态图谱影像的一帧，从起始有效频点f 31#连 续播放至结束有效频点fmd形成动态图谱影像。
[0031] 本发明进一步的改进在于：有效放电频点数量变化趋势谱图绘制方法为：
[0032]1)有效频点数k的计算方法为：对有效频点序列fj，放电次数nj多0的频点作为 有效放电频点，统计有效放电频点数量k;其中，0为设定的放电次数阈值；
[0033] 2)以时间为横坐标，以有效频点数k为纵坐标，绘制有效频点数k随时间变化的趋 势图。
[0034] 本发明进一步的改进在于：分频放电特征趋势谱图绘制方法为：
[0035] 1)以有效频点fj为横坐标，以平均放电量qav^_为纵坐标，绘制平均放电量随有 效频点变化的趋势谱图；
[0036] 2)以有效频点fj为横坐标，以最大放电相位<pnaV为纵坐标，绘制最大放电相位 随有效频点变化的趋势谱图。
[0037] 相对于现有技术，本发明以下有益效果：
[0038] 本发明发现不同类型放电与频率有很大的关系，于是提出分频故障图谱绘制方 法，其特点在于绘制随频点变化的放电图谱，有助于理解频率和放电的关系的研宄，同时使 得GIS局部放电的图谱种类得到进一步丰富，图谱的丰富必定也推动GIS局放研宄；与目前 GIS局部放电故障图谱相比，本发明提出有效频点，并将有效频点和局部放电规律的联系起 来，对不同频点下的放电规律进行绘制，有助于研宄放电规律随着频率的变化情况，而这种 关系在以前的研宄中是仅仅通过对放电信号功率谱粗略分析，而本发明在以前研宄得到放 电信号会随着频率而变化的结论基础上，进一步提出频点的理论，使频率量化并绘制新型 放电图谱，这种图谱可以帮助我们更细致研宄放电规律同频率的变化规律，而且在本发明 绘制图谱的过程中明显发现许多频点处的放电有显著的特点，说明图谱的有效性，同时得 到的代表性频点完全可以作为一个特征参数并应用到局放故障识别等研宄中。同时以前的 图谱好多如趋势图其横坐标为时间，而局放现象很不稳定，时间横轴的图谱很难得出普遍 性的结论，而本发明部分图谱将频点作为横坐标，这样就有助于研宄放电信号的规律。分频 故障图谱的绘制方法丰富了GIS故障图谱，为GIS局放故障的诊断提供了新的依据。 【【附图说明】】
[0039] 图1为本发明分频图谱绘制方法的流程图；
[0040] 图2为自适应滤波的流程图；
[0041 ] 图3为部分频点放电三维图；
[0042] 图4为有效频点数随时间变化的趋势谱图；
[0043] 图5为平均放电量随有效频点变化的趋势谱图；
[0044] 图6为最大放电相位随有效频点变化的趋势谱图。 【【具体实施方式】】
[0045] 下面结合附图和一个具体的实施例，对本发明一种基于超高频信号的GIS局部放 电分频故障图谱绘制方法进行详细说明。
[0046]请参阅图1所示，本发明一种基于超高频信号的GIS局部放电分频故障图谱绘制 方法，包括以下步骤：
[0047] 第一步、在GIS上安装外置式超高频传感器，用于获取局部放电信号，同时在距离 GIS外腔体1米处放置一个超高频传感器，用于采集GIS外部干扰信号，所选用的两个超高 频传感器，其有效频段为300MHz~2000MHz ;制作金属尖端缺陷，进行典型缺陷金属尖端缺 陷GIS局部放电实验，采用高速存储示波器完成对两路超高频信号的高速数据采集，示波 器的采样率设置为5GSam/s ;采集局放信号的同时通过互感器采集实验工频电压信号，用 于放电相位的确定。
[0048] 第二步、如图2所示的流程，对GIS上安装外置式超高频传感器获取的GIS局部放 电信号？进行自适应滤波，实时滤除各类外界干扰信号；
[0049] 1)对在距离GIS外腔体1米处放置的超高频传感器的获取的外界干扰信号#进 行2048点的FFT变换，得到对应于不同频率分量的幅值序列v n;
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