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污秽绝缘子泄漏电流特性与污秽预警方法研究

李璟延  
【摘要】: 随着我国超高压和特高压电网的建设和运行,污闪事故的治理和防治已成为关乎我国电力工业安全生产的重要任务之一。为了适应建设统一坚强智能电网的发展需要,必须提高输电线路外绝缘状态检测与控制的有效性和科学性,实现污闪治理的智能化。传统的污闪防治策略主要以每年定期清扫或调整绝缘子爬电距离为主,这些方法不仅要消耗大量的劳动力,而且无法正确地掌握绝缘子表面的污秽状况,导致防治工作存在很大的盲目性,防治污闪的效果并不显著。虽然有大量的文献在不断地探索污闪的特性和机理,但是有许多的关键性问题仍需要人们继续去解决。污闪是污秽绝缘子沿面放电的极端结果,而污闪与泄漏电流之间又有着密切的联系。因此,研究的关键点应着眼于探索污闪过程中的泄漏电流特性,提取有效的特征量,最终建立起泄漏电流和污秽度的关系,使污闪防治工作最终进入科学化,从而提升电网监管的智能化水平。 实测的污秽绝缘子泄漏电流信号中总是包含大量噪声干扰,很难准确提取泄漏电流的有效特征量。本文首先利用四种小波阈值去噪方法分别对未出现局部电弧时不同信噪比的实测泄漏电流信号进行去噪,提取出四种阈值去噪前后的泄漏电流波形、泄漏电流有效值以及三次谐波与基波幅值比等特征量,对比分析三个特征量的四种阈值去噪效果,优选出最适合提取泄漏电流信号特征量的小波去噪方法。通过分析得出在信噪比大于1.0时,对于小泄漏电流信号的波形、有效值两个特征量采用自适应阈值是最佳的去噪方法;而对于三次谐波与基波的幅值比这个特征量而言,四种阈值去噪法获得的比值对真实比值的逼近效果基本一样。综合比较从实测信号提取的各个特征量前后的去噪效果,提出自适应阈值法是提取未出现局部电弧前泄漏电流信号特征量的最佳软去噪方法。 经过大量的试验样本采集和试验分析,对污闪全过程泄漏电流的特性进行了深入研究。针对泄漏电流的时频域特性,从泄漏电流有效值、泄漏电流波形、泄漏电流功率谱以及谐波成分等入手,发现并提出污秽放电发展全过程可以划分为三个区段,即安全区、预报区和危险区,这样能很好地将污闪放电发展阶段与泄漏电流的变化特点联系起来,试验证明该划分不受绝缘子形状、污秽等级等因素的影响,具有可推广性。同时,明确了泄漏电流时域和频谱域的区段分界线,为进一步研究污秽放电预警提供了有力的理论指导。研究表明,泄漏电流有效值、泄漏电流波形以及功率谱最大谱峰值增长速率三个特征量可以为区段污闪预警系统的建立提供有效帮助,同时这三个特征量可从泄漏电流的角度来完善对污闪机理的描述。 对于污闪预警系统而言,泄漏电流是最重要的预测输入信息量。污秽度的增大和环境湿度的增加都会使泄漏电流增大,如何区分这两种影响因素是后续研究的关键。运行电压下,在远离闪络的安全区(50 mA)内,分别改变湿度和污秽度,研究泄漏电流的相应变化,实现将绝缘子污秽状态预测提前到安全区来的目的,从而为后续操作赢得更多时间。针对现有污秽绝缘子在线检测系统大多基于泄漏电流时域特征而忽略了泄漏电流频域成分中含有丰富信息量的问题,本文提出了利用傅里叶变换与功率谱估计相结合频域分析法,并参考电流波形区段变化,提出三次谐波与基波幅值比和功率谱中高频能量与总能量比这两个频谱特征量可以作为区别泄漏电流影响因素的两个重要特征量。重复试验证明,在重污状态下,这两个特征量的阈值是存在的,同样对于重度污秽的预测是很有帮助的。 研究的最终目的是为实际工程中输电线路防污闪预警和污秽度预测提供科学的指导,优化绝缘子污秽度预测输入特征量,提高预测时间裕度和可靠性是建立综合预警系统的关键。基于重复性试验研究,测取了相同运行状态下相同采样时段内的泄漏电流,研究发现泄漏电流有效值均值、有效值最大值和有效值标准差这三个特征量是最优化的输入参量。根据建立的三特征量与污秽度的回归拟合关系,对比分析了两种绝缘子的泄漏电流三特征量与污秽度的关系,推导验证了耐污型绝缘子泄漏电流三个特征量小于普通型绝缘子的原因。最后,提出在污秽沿面放电的安全区段内,主要利用优化的泄漏电流三个特征量作为污秽度预测神经网络模型的输入量,仿真和试验结果对比表明,本文所建立的预测模型平均误差在3.6%以下,符合实际工程需要。 本文的研究结果填补了目前对污秽绝缘子泄漏电流特性认识的不完整性,完善了以泄漏电流变化为基础对污闪机理研究的描述,建立了泄漏电流与污秽放电发展阶段的过程关系,不仅为输电线路防污预警系统特征量的优化选择提供了理论依据,而且对输电线绝缘子清扫决策也有明确的指导作用。


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