GIS內多絕緣缺陷產生混合局部放電信號的分離研究

郭海 李德

摘要：為對GIS內多絕緣缺陷所產生的單-PD信號予以辨別，文章對多PD信號特點予以分析，借此對PD信號于GIS內傳播及混合機制開展深層次分析，并對GIS內多絕緣缺陷同時所產生的多PD信號開展深層次研究，無限逼近信號混合模型、真實物理模型間差距。以考慮PD信號延遲為基礎，對多PD信號予以辨別，以此對GIS內多絕緣缺陷加以辨別。

關鍵詞：GIS;多絕緣缺陷;混合局部放電信號

中圖分類號：TM835 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945{2019）12-0014-02

氣體絕緣組合電器內部結構所具備的復雜性及絕緣缺陷類型所具備的多態(tài)性導致存在多種絕緣缺陷可能性較高，因此，需對兩種組合絕緣缺陷產生局部放電混合信號開展分離研究，結合PD混合信號開展分離研究，借助小波去噪手段，將PD信號所受到的信號干擾降至較低，實現PD信號的一定還原，將此作為GIS內多絕緣缺陷產生辨別依據。此外，也借助實測等方式對多PD信號進行有效分離，對多PD信號產生原因予以部分辨別，對GIS內多絕緣缺陷予以辨別。

1GIS概述

氣體絕緣組合電器（Gas Insulated Switchgear，GIS）具備維護工作量小、占地面積較小及運行穩(wěn)定等優(yōu)勢，于城市電網建設、城市電網改造中得以廣泛應用。據國內外相關文獻顯示，因GIS內部多會無可避免的產生多種絕緣缺陷致使局部放電（Partial Discharge，PD）產生。因GIS組成具備體積龐大、內部結構復雜及組建單元較多等特點，為各類絕緣缺陷于GIS內不同部位發(fā)展、產生創(chuàng)造相應條件，此外，因PD信號所具備的分散性、隨機性，使得GIS內多絕緣缺陷辨別具備較高復雜程度。

2多PD信號特點

GIS內單一絕緣缺陷產生的PD信號于沿近似同軸波導的腔體傳播過程中，腔體內交叉接頭、彎角部件、盆式絕緣子等同SF6共同組成傳播介質，此種傳播介質具備不均勻等特點，使得電磁波于腔體內產生透射、色散及反射等物理傳播過程，衰減電磁波能量，使得PD特點波形衰退時間較長。此外，若PD信號沿同軸波導路徑向腔內盡頭傳播，且產生多次反射，此時經反射電磁波將再次被相同傳感器檢測。于PD信號波形呈現方面則為落后在PD特性波形的振蕩信號。反射波能量同PD信號特性相較而言具備較大衰竭幅度。所以，PD信號實則為反映電磁波傳播間距反射波形、表征絕緣缺陷種類的特性波形二者的疊加、混合。PD信號借助物理傳播流程可讓將電磁波能量于傳播途中不斷衰減，所以，GIS外置傳感器于實際檢測中產生PD距離是有限的。絕緣缺陷于不同位置的相同時間所產生的多PD信號，據相同傳感器位置較近PD源能量同相距傳感器較遠的PD源能量相較而言，能量較大。PD信號產生來源即為對PD信號波形的主要反映。所以，實際上，結合某一傳感器開展分析可得，其余較遠信號均可視作干擾予以消除，僅將主要信號予以保留即可。此外，針對GIS內多絕緣缺陷所構成的PD信號于腔體內開展異向，或同向傳播時，除具備信號混合、幅值加減外，還具備不同信號的相對傳播時延過程，使得外置傳感器所檢查到的信號并非均為PD信號的簡單疊加，此類信號具備互相干擾、幅值衰減、相對傳播時延等復雜性較強的混合流程。

3多PD信號分離

3.1單-PD信號檢測及分析

借助實驗室GIS模擬研究平臺，先對所創(chuàng)建的4類典型絕緣缺陷分別獨立開展產生PD實驗，隨后將4類典型絕緣缺陷以兩兩組合方式開展PD實驗，借助外置UHF傳感器對PD信號加以檢測并實行分離，將分裂信號同單一信號予以比對分析。借助已創(chuàng)建高壓導體金屬突出物（簡稱為N類缺陷）、絕緣子氣隙（簡稱為G類缺陷）、自由金屬微粒（簡稱為P類缺陷）及絕緣子污染（簡稱為M類缺陷），將此四類典型缺陷模型分別放置在GIS內，外部施電壓，當各絕緣缺陷產生穩(wěn)定PD信號時停止，借助安裝于絕緣子外側UHF傳感器對各PD信號行檢測，分別所測得信號波形如圖1。

結合表1對去噪前后所估計信噪比行比較發(fā)現，各PD信號經去噪后信噪比均得以大幅升高且均至少為20dB，借此可充分表明噪聲對各PD信號干擾已降至較小。于理論角度而言，任何去噪手段均無法將噪聲干擾予以徹底消除，對真實信號予以還原。所以，本研究將去噪后所得各PD信號視作單獨絕緣缺陷多產生的真實信號，便于開展后續(xù)比較工作。不同絕緣缺陷所對應PD波形均各有差異。此外，于信號特征波形后，還存在部分較小信號能量反射波。此類現象主要產生原因即為信號于GIS傳播過程中遭遇GIS管壁產生反射所致。由此也可表明，所產生反射波因GIS空間差異，波形也存在一定差異。

3.2兩絕緣缺陷多信號檢測及分析

將上述4類絕緣缺陷行兩兩分組可至少得出4組絕緣缺陷物理模型，詳細分組如下：（1）N類、M類;（2）P類、G類;（3）N類、P類;（4）M類、G類。于上文所述實驗平臺中以分組形式開展絕緣缺陷實驗，但外施電壓達到相應數值時，2類絕緣缺陷將會同時產生穩(wěn)定PD信號，借助性能相同的2個天線傳感器對PD信號行檢測，以P類、G類組為例，實測多PD信號。

結合實測多PD信號觀察可得，噪聲干擾現象較為嚴重，同樣借助小波去噪法對此組信號行去噪，將噪聲污染所造成的干擾降至較低。

對各組多PD信號去噪前后信噪比行比對，便于針對干擾程度行評價，發(fā)現多PD信號波形發(fā)射波形、特征波形間具備較大差異，所以，實測多PD信號不可直接作為判別GIS內絕緣缺陷類型判定依據。若盲目借助此類多PD信號對絕緣缺陷類型行比對，勢必得出錯誤結論，因此需對混合信號行分離，將單一PD信號加以還原方可為后續(xù)辨別提供參考依據。

4結束語

針對GIS內多絕緣缺陷可能產生的多PD混合信號難以辨別現象，可借助實測手段對各絕緣缺陷所產生PD信號了解，借助小波降噪法盡可能將噪聲干擾降至較低，將PD信號予以還原，為GIS內多絕緣缺陷辨別提供相應參考數據。其中，需注意的是不可盲目借助多PD信號對絕緣缺陷類型行比對，需先將混合信號行分離后，還原單一信號方可為絕緣缺陷辨別提供參考，提高對GIS內多絕緣缺陷辨別準確性。