局部放電下六氟化硫分解特性與放電類型辨識及影響因素校正.pdf

1、現(xiàn)有的局部放電檢測和識別方法均存在各種不足，難以滿足氣體絕緣組合電器（Gas Insulated Switchgear，GIS）局部放電在線監(jiān)測的要求。脈沖電流法、超聲波法和光測法抗干擾能力較弱，測量精度不高，且超聲波法和光測法都不能進(jìn)行放電量的標(biāo)定，超高頻法抗電磁干擾能力強(qiáng)，但其模式識別的性能還需繼續(xù)提高才能滿足現(xiàn)場應(yīng)用的要求，其放電量標(biāo)定問題也未完全解決。
　　國內(nèi)外大量研究表明，SF6氣體在局部放電下會發(fā)生分解并與GIS氣室

2、中的微量水分和氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成一系列化學(xué)物質(zhì)，通過檢測GIS氣室中的SF6分解組分即可判斷是否有局部放電發(fā)生，且不同類型絕緣缺陷引起的局部放電，其導(dǎo)致SF6分解產(chǎn)生的組分在含量、產(chǎn)氣速率、含量比值等各方面會有所差異，可以通過檢測SF6分解組分對放電故障類型進(jìn)行識別。此外SF6氣體的分解總量與放電量之間存在聯(lián)系，通過檢測SF6氣體的分解速率及放電重復(fù)率可以大致判斷放電量水平。這種局部放電檢測和識別方法本質(zhì)上是一種化學(xué)方法，可以避免現(xiàn)場強(qiáng)

3、烈的電磁干擾和噪聲干擾，具有較高的理論研究意義和良好的應(yīng)用前景。但選取何種分解組分作為特征分解組分，如何利用組分分析來診斷故障類別，如何消除各種因素對識別的影響，以及如何利用分解速率來確定放電量，目前還沒有得到解決。
　　本文綜合考慮分解組分的穩(wěn)定性、易檢測性以及所表征的物理意義等各方面，從 SF6眾多的分解組分中選取了SO2F2、SOF2、CF4和 CO2作為特征分解組分，用于分析各種局部放電下SF6的分解特性。利用SF6局部放

4、電分解實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行了包括金屬突出物、自由導(dǎo)電微粒、絕緣子表面污穢和絕緣子氣隙四種絕緣缺陷引起的局部放電下的SF6分解實(shí)驗(yàn)，在每種局部放電下都測量了四種特征分解組分的含量，分析了各種局部放電下特征分解組分含量以及特征組分含量比值的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)各種局部放電下特征分解組分在含量、產(chǎn)氣率以及含量比值等方面存在明顯的差異，可以用SF6分解組分對局部放電類型進(jìn)行識別。
　　采用模糊C均值聚類作為分析方法，分別以四種特征分解組分含量和三組特征組

5、分含量比值作為特征量，對四種局部放電下得到的SF6分解組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了聚類分析，結(jié)果表明以特征組分含量比值作為特征量時的聚類結(jié)果要優(yōu)于以特征分解組分含量作為特征量時的結(jié)果，因此本文選擇特征組分含量比值作為識別局部放電的特征量，所選取的三組特征組分含量比值為 c(SO2F2)/c(SOF2)、c(CF4)/c(CO2)和c(CF4+CO2)/c(SO2F2+SOF2)，結(jié)合SF6在局部放電下的分解過程，分析了它們所對應(yīng)的物理意義。利用決策樹

6、理論，以上述的特征量作為輸入量，構(gòu)建了用于局部放電識別的決策樹，并取得了良好的識別效果。同時基于支持向量機(jī)理論，構(gòu)建了用于識別不同局部放電的智能識別系統(tǒng)，采用粒子群優(yōu)化理論對支持向量機(jī)的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，驗(yàn)證結(jié)果顯示，該智能識別系統(tǒng)比決策樹具有更好的識別效果。
　　利用金屬突出物缺陷，進(jìn)行了不同微水和微氧含量下的SF6分解實(shí)驗(yàn)，得到了不同微水和微氧含量下的四種特征分解組分含量隨時間變化的規(guī)律，分析發(fā)現(xiàn)，SOF2、SO2F2和 CO2

7、三種特征分解組分的含量都是隨著水分和氧氣含量的增加而增加的，CF4的含量幾乎不隨著水分和氧氣含量的變化而變化。通過對不同微水和微氧含量下的c(SO2F2)/c(SOF2)、c(CF4)/c(CO2)和c(CF4+CO2)/c(SO2F2+SOF2)三組特征組分含量比值的分析可以發(fā)現(xiàn)，它們的值都是隨微水和微氧含量的增加而逐漸減小的。微水微氧含量對基于 SF6分解組分的局部放電識別系統(tǒng)影響非常顯著，當(dāng)微水微氧含量變化時，所建立的支持向量機(jī)識

8、別系統(tǒng)的識別率大幅下降，甚至完全不能識別。
　　結(jié)合各種分解產(chǎn)物的生成過程，并利用化學(xué)動力學(xué)理論分析發(fā)現(xiàn)，SF6與O2和H2O反應(yīng)生成SOF2和SO2F2的化學(xué)反應(yīng)屬于二級反應(yīng)，有機(jī)絕緣材料和金屬中所含有的C與O2和F原子反應(yīng)生成CO2和CF4的化學(xué)反應(yīng)也為二級反應(yīng)?；诙壏磻?yīng)的反應(yīng)物與生成物濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，推導(dǎo)得出三組特征組分含量比值與氣室中初始O2和H2O含量的關(guān)系可以統(tǒng)一寫成冪函數(shù)的形式，結(jié)合各種O2和H2O含量下特征

9、組分含量比值的數(shù)據(jù)，采用最小二乘擬合的方法，得到了O2和H2O含量對特征組分含量比值影響規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)數(shù)學(xué)模型，提出了通過校正來消除微水微氧影響的思想，并建立了微水和微氧對特征組分含量比值影響的校正方法，給出了相應(yīng)的校正公式，可以將一種水分和氧氣含量下得到的特征組分含量比值數(shù)據(jù)校正到另外一種氧氣和水分含量下。利用構(gòu)建的局部放電支持向量機(jī)識別系統(tǒng)，對比了數(shù)據(jù)在校正前和校正后的識別正確率，結(jié)果顯示，通過所提出的微水微氧校正方法校正后，