基于检修决策目的的GIS尖端放电阶段判断方法及判断装置与流程

本发明属于局部放电技术领域，尤其是一种基于检修决策目的的gis尖端放电阶段判断方法及判断装置。

背景技术：

目前，随着我国电力工业的发展，电力系统中设备的电压等级和容量不断提高，变电站场地、环境情况、设备技术要求及经济性等因素使得传统的敞开式电器设备越来越不能适应现代电力的建设。

sf6气体绝缘全封闭组合电器(gasinsulatedmetal-enclosedswitchigear，简称gis)因结构紧凑、占地面积小、检修周期长以及安全可靠性高等优点受到越来越多的应用。然而，gis设备由于其封闭性及内部不可视性，因此很难分析判断其存在的缺陷，尤其是对其危害程度的评估，这给现场检修决策带来了很大的困扰，甚至严重阻碍了gis设备应用及电力工业的发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于检修决策目的的gis尖端放电阶段判断方法及判断装置，能够实现gis尖端放电缺陷所处的放电阶段，判断危害程度，为现场检修决策提供科学指导意见。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于检修决策目的的gis尖端放电阶段判断方法，包括以下步骤：

步骤1、对试验全过程获取的放电指纹特征向量，获取各个放电阶段的聚类中心；

步骤2、提取待诊断的局部放电特征指纹，计算局部放电特征指纹与各个放电阶段的聚类中心之间的距离；

步骤3、判断局部放电特征指纹与各个放电阶段的聚类中心之间的距离，将距离的最小值对应的类别确定为待诊断局部放电现象所处的放电阶段。

在步骤1前还包括如下处理：定义尖端放电阶段，划分放电指纹特征向量。

所述放电阶段包括：放电起始阶段、放电发展阶段和放电严重阶段。

所述放电起始阶段为：局部放电形成的电晕以及对尖刺的烧蚀作用会使得尖端电极附近电场的不均匀程度降低；所述放电发展阶段为：电极间隙始终有部分正离子从尖端电极向地电极移动，整个间隙中的离子浓度会越来越大；所述放电严重阶段为：正空间电荷在板电极附近形成强电场，并由此激发强烈的电离过程，使得在外施电压负半周时的放电过程剧烈发展。

所述放电指纹特征向量包括：局部放电相位宽度、正负半周放电次数之比、正负半周平均放电幅值之比、放电幅值熵值、最大放电幅值熵值、vmax-φ谱图负半周偏斜度、放电时间间隔的均值和⊿ui分布谱图的盒维数。

所述步骤1采用k-means聚类方法获取各个放电阶段的聚类中心，包括放电起始阶段、放电发展阶段和放电严重阶段的聚类中心。

所述步骤2采用欧氏距离平方来计算局部放电特征指纹与各个放电阶段的聚类中心之间的距离。

一种基于检修决策目的的gis尖端放电阶段判断装置，包括：

获取模块，用于对试验全过程获取的放电指纹特征向量，获取各个放电阶段的聚类中心；

计算模块，用于提取待诊断的局部放电特征指纹，计算局部放电特征指纹与各个放电阶段的聚类中心之间的距离；

判断模块，用于判断局部放电特征指纹与各个放电阶段的聚类中心之间的距离，将距离的最小值对应的类别确定为待诊断局部放电现象所处的放电阶段。

所述放电指纹特征向量包括：局部放电相位宽度、正负半周放电次数之比、正负半周平均放电幅值之比、放电幅值熵值、最大放电幅值熵值、vmax-φ谱图负半周偏斜度、放电时间间隔的均值和⊿ui分布谱图的盒维数。

所述放电阶段包括：放电起始阶段、放电发展阶段和放电严重阶段。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，其通过试验全过程获取的放电指纹特征向量与三个放电阶段的聚类中心的距离来判断局部放电现象所处的放电阶段，实现gis尖端放电缺陷的所处的发展状态及危害程度的判断，以辅助检修决策为目的，为现场检修决策提供科学指导意见。

附图说明

图1为尖端放电指纹特征随时间变化趋势示意图；

图2为尖端放电放电阶段划分原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

本发明的设计思想是：

在局部放电的发展过程中部分特征参量会呈现非线性的变化趋势，甚至于在每个试验段内都存在先增大后减小的情况，这说明依靠非线性变化参量的大小，无法对局部放电的严重程度进行判断，而且也无法对放电阶段进行准确划分，因此提取能够有效表征尖端放电局部放电不同发展阶段及严重程度的单调变化特征参量，显得尤为必要。本专利根据尖端放电各阶段的放电数据，提取了如表1所示、呈现单调变化的8类放电，依据这些放电指纹特征可进一步给出尖端放电演化状态的诊断方法。

表1尖端放电严重程度表征特征指纹

另外，图1分别为尖端放电的8个特征参量随试验时间的变化趋势，图中粗线为对曲线进行指数平滑后的结果。可见8个放电指纹特征随试验时间的增长均呈现单调增大或减少的趋势，由此作为表征局部放电严重程度的特征参量。

从图1来看，尖端放电指纹特征在试验达到一定时间后会发生突变，整个试验阶段共发生两次突变。下面从机理的角度解释试验中发生两次突变的原因：

当电压达到一定值后，由于极性效应在负半周出现较为密集的幅值较小的放电，当放电条件不发生劣化时，局部放电形成的电晕以及对尖刺的烧蚀作用会使得尖端电极附近电场的不均匀程度降低，放电会维持在这一阶段；当放电条件进一步劣化时，尖端电极在正半周产生过量正离子，在负半周时这些过量的正离子尚未完全迁移，从而加剧了负半周时的放电，这时放电进入第二阶段，在这一阶段中，电极间隙始终有部分正离子从尖端电极向地电极移动，且由于负半周的放电加剧，整个间隙中的离子浓度会越来越大；当电极间隙中靠近板电极附近的正离子浓度会逐渐累积到很高的水平，当板电极负极性时，正空间电荷在板电极附近形成强电场，并由此激发强烈的电离过程，从而使得在外施电压负半周(负尖正板)时的放电过程剧烈发展，这时放电进入第三阶段。

将上述特征量进行聚类分析来定义尖端放电的起始阶段sini、发展阶段sdev和严重阶段sser，这样对于放电阶段的划分更为有意义。通过k-means聚类方法得到对所提取的特征指纹进行聚类，得到三个放电阶段的聚类中心。利用试验获取的放电指纹特征作为放电严重程度诊断聚类样本数据库，利用所提取的放电严重程度表征特征按照最小距离原则即可对局部放电的放电阶段进行自动判别。

基于上述设计思想，本发明的基于检修决策目的的gis尖端放电阶段判断方法包括以下步骤：

步骤1、定义尖端放电严重程度阶段，划分放电指纹特征向量。

本专利定义的放电指纹特征向量包括：局部放电相位宽度/°正负半周放电次数之比(n+/n-)、正负半周平均放电幅值之比(μ(v+)/μ(v-))、放电幅值熵值(en(v))、最大放电幅值熵值(en(vmax))、vmax-φ谱图负半周偏斜度放电时间间隔的均值(μ⊿t)、⊿ui分布谱图的盒维数(⊿ui(db))。放电指纹特征向量(cf)数学表达式如下：

步骤2、对试验全过程获取的放电指纹特征向量(cf)采用k-means聚类方法获取三个放电阶段的聚类中心cfcenter(cf1、cf2、cf3)，其中cf1、cf2、cf3分别对应放电起始阶段、放电发展阶段和放电严重阶段的聚类中心。

步骤3、提取待诊断的局部放电特征指纹cfx，计算cfx与三个放电阶段的聚类中心(cf1、cf2、cf3)之间的欧氏距离平方di²。

步骤4、判断欧氏距离平方di²的大小，欧氏距离平方di²的最小值对应的类别即为待诊断局部放电现象所处的放电阶段。

图2给出了尖端放电8个特征指纹前两个特征指纹放电相位宽度和正负半周放电次数之比所得到的放电阶段判断结果，横坐标表示相位宽度，纵坐标表示正负半周放电次数之比，三个放电阶段的聚类结果中，底部阴影部分代表放电起始阶段，上部浅灰色阴影部分代表放电发展阶段，上部黑色阴影部分代表放电严重阶段。

基于上述gis尖端放电阶段判断方法，本发明还提供一种基于检修决策目的的gis尖端放电阶段判断装置，该gis尖端放电阶段判断装置包括：

获取模块，用于对试验全过程获取的放电指纹特征向量，获取各个放电阶段的聚类中心；

计算模块，用于提取待诊断的局部放电特征指纹，计算局部放电特征指纹与各个放电阶段的聚类中心之间的距离；

判断模块，用于判断局部放电特征指纹与各个放电阶段的聚类中心之间的距离，将距离的最小值对应的类别确定为待诊断局部放电现象所处的放电阶段。

本发明未述及之处适用于现有技术。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。