基于多傳感器信息融合的特高壓gis局部放電檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種特高壓設(shè)備局部放電檢測方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于多 傳感器信息融合的特高壓GIS局部放電檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣體絕緣組合電器是將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、母線等多種設(shè)備全部封閉在 充滿六氟化硫氣體金屬外殼中的組合式開關(guān)電器，氣體絕緣組合電器是高壓輸變電工程中 的關(guān)鍵設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障，將可能造成電網(wǎng)重大事故發(fā)生。絕緣降低是氣體絕緣組合電器 設(shè)備故障的主要原因，對氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear，GIS)進(jìn)行在線局 部放電(Partial Discharge，PD)檢測可有效掌握GIS內(nèi)部絕緣狀況，預(yù)防GIS絕緣故障跳閘 造成電網(wǎng)事故。
[0003] GIS局部放電會產(chǎn)生聲波和電磁信號，跳動粒子和局部放電為兩個聲波發(fā)射源，在 腔體外壁中傳播的聲波除縱波外還有橫波，超聲波檢測法通過超聲波探頭檢測ro產(chǎn)生的超 聲波及振動信號來檢測信號，超高頻法(Ultra High Frequency，UHF)通過天線接收產(chǎn) 生的300~3000MHz頻段UHF電磁波信號來檢測PD信號。同時由于不同絕緣缺陷引起的PD所 產(chǎn)生不同的分解化合氣體，通過檢測GIS氣室中分解組份即可判斷是否有PD發(fā)生，SF6分解 物檢測法通過對引起的GIS內(nèi)部SF6氣體分解生成的各種特征氣體含量來檢測ro信號。這 三種方法是目前在GIS局部放電檢測領(lǐng)域內(nèi)較為有效的方法。
[0004] 超聲波法受到現(xiàn)場噪聲干擾較大，超高頻檢測法不能夠準(zhǔn)確進(jìn)行故障定位，SF6氣 體分解物組份檢測法時效性差。同時兩種信號在GIS內(nèi)部傳輸至探頭過程中衰減較快，增加 了超聲波或者超高頻傳感器放電信號采集及濾波分析等難度，故此兩種單一方法精確定位 故障位置效果并不理想。故障氣室產(chǎn)生SF6氣體分解物，可以進(jìn)行故障定位。但是SF6分解物 組分檢測法一般是在PD發(fā)生15小時后，其時效性較差。且SF6氣體分解物含量達(dá)到一定數(shù) 量，才能夠有效識別，如果故障放電量較小可能檢測效果較差，短脈沖放電不一定產(chǎn)生足夠 的分解物。
[0005] 在GIS內(nèi)部模擬突出物A類缺陷、附著物B類缺陷、絕緣子氣隙C類缺陷及自由微粒D 類缺陷等4種絕緣缺陷，運(yùn)用此三種方法進(jìn)行故障檢測，對檢測圖譜分析可知:超聲波檢測 法對D類自由金屬顆粒缺陷引起的ro檢測效果最明顯，對B類絕緣子附著污染物缺陷放電檢 測并不明顯;超高頻檢測法中對A類金屬突出物和C類絕緣子氣隙缺陷引起的ro檢測效果最 為明顯，對D類自由金屬微粒缺陷放電檢測效果最差;SF6分解物組分檢測法一般是在PD發(fā) 生15小時后，SF6氣體分解物含量達(dá)到一定數(shù)量，才能夠有效識別，其中A類金屬突出物和B 類絕緣子附著污染物缺陷產(chǎn)生的ro最穩(wěn)定，且產(chǎn)氣量大、分解速率高，識別效果最好，C類絕 緣子氣隙缺陷PD產(chǎn)氣量相對較小，識別效果較差。同時氣體中的吸附劑和干燥劑可會嚴(yán)重 影響化學(xué)方法測的準(zhǔn)確性。
[0006] 申請?zhí)枮?01410049395.4的專利公開一種適用于特高壓換流變壓器繞組內(nèi)部局 部放電定位方法及裝置，按數(shù)據(jù)流向連接順序依次包括:DFB激光器、光纖起偏器集成模塊、 單相三柱并聯(lián)結(jié)構(gòu)傳播電路、光纖檢偏器集成模塊、PIN光電探測器及處理模塊、16通道局 部放電同步檢測系統(tǒng)、特高壓換流變壓器繞組內(nèi)部局部放電定位系統(tǒng);在單相三柱并聯(lián)結(jié) 構(gòu)傳播電路中內(nèi)置16個光纖電流傳感單元，獲取局部放電信號比例關(guān)系，并分析與外接閥 側(cè)套管、網(wǎng)側(cè)套管和鐵心接地的局部放電信號的關(guān)聯(lián)特征，實(shí)現(xiàn)換流變壓器現(xiàn)場局部放電 試驗(yàn)中干擾信號的辨識及多柱并聯(lián)網(wǎng)側(cè)及閥側(cè)放電源的定位?？捎行У嘏袆e設(shè)備絕緣狀 況，為專家綜合評估特尚壓換流變性能提供依據(jù)。
[0007] 申請?zhí)枮?01510106402.4的專利公開一種交流特高壓主變調(diào)變聯(lián)合局部放電試 驗(yàn)系統(tǒng)，包括變頻電源、試驗(yàn)變壓器、補(bǔ)償電抗器、電容分壓器、局部放電檢測系統(tǒng)、以及調(diào) 壓補(bǔ)償變壓器和交流特高壓主體變壓器，變頻電源的輸出端與試驗(yàn)變壓器的低壓側(cè)連接， 試驗(yàn)變壓器的高壓側(cè)與調(diào)壓補(bǔ)償變壓器的低壓側(cè)連接，調(diào)壓補(bǔ)償變壓器的高壓側(cè)與交流特 高壓主體變壓器的低壓側(cè)連接，在試驗(yàn)變壓器和調(diào)壓補(bǔ)償變壓器之間并聯(lián)補(bǔ)償電抗器和電 容分壓器，在交流特高壓主體變壓器和調(diào)壓補(bǔ)償變壓器上均裝有局部放電檢測系統(tǒng)。
[0008] 上述基于單一類型傳感器的三種在線檢測目前存在不同的問題，同時針對特高壓 的具體情況，會出現(xiàn)不同的局限性，所以本發(fā)明分析局部放電產(chǎn)生時的信號，結(jié)合當(dāng)前電子 信息、控制理論學(xué)科和電力檢測技術(shù)，提出一種基于多傳感器信息融合的1000kv GIS局部 放電在線檢測方法的整體方案和算法實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于多傳感器信息融 合的特高壓GIS局部放電檢測方法，可有效避免基于單一類型傳感器在線檢測裝置存在的 誤報(bào)、漏報(bào)及不報(bào)現(xiàn)象，對l〇〇〇kV GIS設(shè)備絕緣狀態(tài)檢測的研究有一定的參考價值。用以解 決現(xiàn)有1000kV氣體絕緣組合電器局部放電缺陷檢測手段單一，精度低、準(zhǔn)確率低等問題。
[0010] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:基于多傳感器信息融合的特高壓GIS 局部放電檢測方法，包括如下步驟：1)信號采集：由多類傳感器組成集合單元，通過集合單 元采集現(xiàn)場信息并轉(zhuǎn)換為電信號；2)信息融合:經(jīng)過數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理將同質(zhì)傳感器的采 集信息進(jìn)行融合;3)故障定位:定位部分局部放電故障，包括進(jìn)行初步判別故障位置的一級 數(shù)據(jù)融合和運(yùn)用D-S證據(jù)論進(jìn)行的決策融合，實(shí)現(xiàn)放電故精確定位;4)故障類型判斷:采用 不同類別的傳感器采集方法檢測出故障類型后，運(yùn)用D-S證據(jù)理論進(jìn)行決策級融合，得出準(zhǔn) 確性較高的故障類型;5)決策輸出：由故障分析軟件實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果的判定和輸出。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述集合單元包括超聲波傳感器、超高頻傳感器和SF6氣體檢測傳感 器。
[0012] 進(jìn)一步地，所述超聲波傳感器和所述超高頻傳感器設(shè)置在同一氣室GIS盆式絕緣 子或者外殼上，所述SF6氣體檢測傳感器設(shè)置在GIS氣室氣體密度表計(jì)出口處； 進(jìn)一步地，所述信息融合是同時將超聲波傳感器、將超高頻傳感器、SF6氣體檢測傳感 器采集到的局放信號經(jīng)由光纖，由數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對數(shù)據(jù)行預(yù)處理。
[0013] 進(jìn)一步地，所述上位機(jī)包括安裝有客戶端軟件的PC終端，所述客戶端軟件軟件運(yùn) 用專家系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。
[0014] 進(jìn)一步地，所述故障定位包括局部放電故障定位部分，對超聲波和超高頻法采用 TD0A法，首先利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一級數(shù)據(jù)融合，初步判別故障位置;再利用只有故障氣室 產(chǎn)生SF6氣體分解物這一特點(diǎn)，將TDOA與SF6氣體分解物組份檢測法識別故障位置結(jié)果，運(yùn) 用D-S證據(jù)論進(jìn)行決策融合，實(shí)現(xiàn)放電故精確定位； 進(jìn)一步地，所述故障分析軟件包括Labview軟件，用來實(shí)現(xiàn)輸出放電位置、類型識別結(jié) 果。
[0015] 進(jìn)一步地，所述上位機(jī)連接邏輯控制模塊、數(shù)字信號處理器和網(wǎng)絡(luò)端口。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明將多傳感器信息對特高壓GIS局部放電檢測的方法進(jìn)行融合，克服了單一類型 傳感器在線檢測目前存在的不同問題:首先，克服了超高頻檢測法不能夠準(zhǔn)確進(jìn)行故障定 位以及SF6氣體分解物組份檢測法時效性差的問題；同時，通過三種單一檢測方法的互補(bǔ)， 克服了外界不同因素干擾的問題，很大程度上提高了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性;因此，運(yùn) 用聲波、高頻、分解物組份相結(jié)合的在線檢測方法，存在互補(bǔ)的協(xié)同作用，可以對l〇〇〇kV GIS設(shè)備ro故障進(jìn)行完全有效識別，滿足《國家電網(wǎng)公司高壓開關(guān)設(shè)備在線檢測裝置規(guī)范》 的要求，通過設(shè)計(jì)多傳感器信息融合在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有效避免基于單一類型傳感器在 線檢測裝置存在的誤報(bào)、漏報(bào)及不報(bào)現(xiàn)象，對l〇〇〇kV GIS設(shè)備絕緣狀態(tài)檢測的研究有很大 的參考價值，并大大提升了故障檢測的時效性和類型識別的準(zhǔn)確性，值得廣泛推廣與使用。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的GIS局部放電多信息融合方法流程圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明的聲電檢測故障定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0019] 圖3是本發(fā)明一級數(shù)據(jù)融合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0020] 圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)信息融合的算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0022] 如圖1至圖4所示，圖1為本發(fā)明提供的基于多傳感器信息融合的GIS局部放電在線 檢測方法原理示意圖。它包括：1)多類傳感器的集合，由超聲波、超高頻、SF6氣體檢測傳感 器三種不同類型傳感器構(gòu)成，將現(xiàn)場采集到的信息轉(zhuǎn)換為電信號；2)同質(zhì)傳感器采集信息 融合部分，將采集到的局放信號經(jīng)由光纖，由數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，先對數(shù)據(jù) 行預(yù)處理，將處理后的同質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合;3)局部放電故障定位部分，對超聲波和超高 頻法采用TD0A法，首先利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一級數(shù)據(jù)融合，初步判別故障位置，然后利用只 有故障氣室產(chǎn)生SF6氣體分解物這一特點(diǎn)，將TD0A與SF6氣體分解物組份檢測法識別故障位 置結(jié)果，運(yùn)用D-S證據(jù)論進(jìn)行決策融合，實(shí)現(xiàn)放電故精確定位;4)判斷局部放電故障類型，采 用3種單一方法檢測出故障類型后，運(yùn)用D-S證據(jù)理論進(jìn)行決策級融合，得出準(zhǔn)確性較高的 故障類型;5)決策輸出，由Labview軟件實(shí)現(xiàn)輸出放電位置、類型識別結(jié)果。
[0023] 本發(fā)明的重點(diǎn)在于局部放電故障定位部分和類型部分的判斷，下面以檢測方法采 用一個超高頻傳感器、六個超聲波傳感器以及多個SF6氣體傳感器聯(lián)合檢測的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說 明。
[0024]第一步，對超聲波和超高頻傳感器進(jìn)行聲電聯(lián)合檢測，采用到達(dá)時間差TD0A法結(jié) 合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合，判別出故障位置，進(jìn)行一級融合，如圖2所示，由一個超高頻傳感器 和六個超聲波傳感器排