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      換流變壓器直流局放超寬頻帶檢測(cè)數(shù)據(jù)處理需求分析

      2022-03-20 11:40:54司文榮傅晨釗劉家妤倪鶴立徐琴
      電力與能源 2022年1期
      關(guān)鍵詞:脈沖電流耐壓頻帶

      司文榮,傅晨釗,劉家妤,倪鶴立,徐琴

      (華東電力試驗(yàn)研究院有限公司,上海 200437)

      上海電網(wǎng)是全國(guó)最大的受端型電網(wǎng),具有單位面積用電負(fù)荷大、受電比例高、直流輸電工程落點(diǎn)集中等特點(diǎn)。其中,外來(lái)直流送電在夏季高峰時(shí)約高達(dá)負(fù)荷的50%,換流變壓器作為直流輸電系統(tǒng)中的核心設(shè)備,其運(yùn)行狀態(tài)直接影響系統(tǒng)的可靠性。換流變壓器設(shè)備油紙的絕緣缺陷引發(fā)放電、擊穿的故障最多,用于出廠、現(xiàn)場(chǎng)交接和診斷性的交流和直流耐壓局部放電(Partial Discharge,簡(jiǎn)稱PD)試驗(yàn),成為管控?fù)Q流變壓器絕緣狀態(tài)的首要手段。然而,基于GB/T 7354—2018《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 局部放電測(cè)量》(以下簡(jiǎn)稱“GB/T 7354—2018”)標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電流法的直流耐壓PD試驗(yàn)常無(wú)法處理隨機(jī)干擾脈沖源,這使得換流變壓器在現(xiàn)場(chǎng)僅通過(guò)交流耐壓PD試驗(yàn)后便投入運(yùn)行[1]。

      傳感器耦合PD源和干擾源產(chǎn)生的脈沖電流波形均具有各自時(shí)域特征,并且短期時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定并具有“自相似性”[2],將試驗(yàn)檢測(cè)回路上產(chǎn)生的脈沖電流波形進(jìn)行十?dāng)?shù)兆赫茲的超寬頻帶和高采樣率的“全信息”采集,脈沖電流波形-時(shí)間序列基于智能算法可以實(shí)現(xiàn)PD源和隨機(jī)噪聲源的快速分離和顯示[3-4]。試驗(yàn)人員只需關(guān)注與耐壓幅值相關(guān)的PD源信號(hào),可為換流變壓器是否通過(guò)PD試驗(yàn)提供可信依據(jù)。此外,試驗(yàn)過(guò)程對(duì)應(yīng)的脈沖電流波形-時(shí)間序列還可以為換流變壓器后期絕緣狀態(tài)分析和試驗(yàn)提供包含豐富信息的歷史比對(duì)數(shù)據(jù)。調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前還沒有關(guān)于“直流耐壓試驗(yàn)超寬頻帶PD智能檢測(cè)技術(shù)”用于換流變壓器的研究報(bào)道[5-6]。

      本文主要研究國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的換流變壓器直流耐壓PD試驗(yàn)程序,以及與基于超寬頻帶檢測(cè)的脈沖群快速智能聚類和分離技術(shù)的融合方案,包含剔除噪聲源后與加壓幅值相關(guān)的PD源放電幅值、頻次等數(shù)據(jù)處理和顯示技術(shù),在滿足工程應(yīng)用的同時(shí)方便試驗(yàn)操作人員對(duì)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的把控和判斷,并考慮后期耐壓數(shù)據(jù)追溯和對(duì)比分析的需求[7-10]。

      1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)電壓、時(shí)間及要求

      目前,換流變壓器直流耐壓PD試驗(yàn)主要相關(guān)的在執(zhí)行中的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。在表1中,GB/T 7354—2018定義了PD試驗(yàn)的術(shù)語(yǔ)和有關(guān)的被測(cè)參量,規(guī)定了使用的試驗(yàn)回路、測(cè)量回路、通用的模擬及數(shù)字測(cè)量方法,并給出了校準(zhǔn)方法及對(duì)校準(zhǔn)儀器的要求、試驗(yàn)程序、區(qū)分PD和外界干擾的準(zhǔn)則。因此,該標(biāo)準(zhǔn)適用于電氣設(shè)備、組件或系統(tǒng)在頻率400 Hz及以下的交流電壓試驗(yàn)或直流電壓試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的PD測(cè)量。GB/T 7354—2018規(guī)定的脈沖電流法PD檢測(cè)可分為寬帶和窄帶測(cè)量這2種,也是表1其他標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行參照的方法,即所謂的常規(guī)脈沖電流法。寬帶檢測(cè)法的下限檢測(cè)頻率f1為30~100 kHz,上限檢測(cè)頻率f2≤1 MHz,檢測(cè)頻帶寬度Δf為100~900 kHz,其具有脈沖分辨率高、信息相對(duì)豐富的優(yōu)點(diǎn),但信噪比低;窄帶檢測(cè)法的頻帶寬度Δf較小,一般為9~30 kHz,中心頻率fm為50 kHz~1 MHz,其具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)具有脈沖分辨率低、信息不夠豐富的缺點(diǎn)。

      表1 換流變壓器PD測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯總

      GB/T 7354—2018中給出了超寬頻帶PD測(cè)量?jī)x的定義:可以用非常寬頻帶示波器或選頻儀器(例如頻譜分析儀)配上合適的耦合裝置來(lái)測(cè)量PD。目前基于脈沖電流、檢測(cè)頻帶數(shù)十兆赫茲及以上的高頻法/寬帶法/超寬頻帶法檢測(cè)PD統(tǒng)稱為“超寬頻帶脈沖電流法”,用以區(qū)別現(xiàn)行廣泛使用的傳統(tǒng)脈沖電流法。

      換流變壓器與電力變壓器不同,應(yīng)按GB/T 7354—2018中通用PD試驗(yàn)檢測(cè)中描述的進(jìn)行交流電壓和直流電壓下的PD試驗(yàn),直流電壓下的PD試驗(yàn)只在閥側(cè)進(jìn)行。其中,PD現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)交流和直流下的施壓方法具體如下。

      根據(jù)DL/T 1243—2013得到換流變壓器交、直流耐壓PD試驗(yàn)接線圖如圖1所示。在圖1中,G為發(fā)電機(jī)組;L為補(bǔ)償電抗器;T為中間變壓器;V為電壓測(cè)量裝置;a,b為閥側(cè)繞組線端;C1,C2為閥側(cè)高壓套管電容;A,N為網(wǎng)側(cè)繞組線端;S為調(diào)壓繞組高壓端;C3,C4為網(wǎng)側(cè)高壓套管電容;Z為檢測(cè)阻抗;PDE為局部放電測(cè)試儀;ZF為直流發(fā)生器;R1,R2為保護(hù)電阻。

      圖1 換流變壓器交、直流耐壓PD試驗(yàn)接線圖

      交流電壓下的PD試驗(yàn)可以分為:①閥側(cè)施壓,見圖1(a)和圖1(b),根據(jù)換流變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使用一套高電壓無(wú)電暈的中間升壓變壓器,從閥側(cè)Δ繞組或Y繞組施加電壓,使網(wǎng)側(cè)及閥側(cè)繞組匝間和高壓繞組線端對(duì)地達(dá)到試驗(yàn)電壓要求;②網(wǎng)側(cè)施壓,見圖1(c),在網(wǎng)側(cè)的調(diào)壓繞組上施加交流電壓,使網(wǎng)側(cè)及閥側(cè)繞組感應(yīng)出高壓;③直流電壓下的PD試驗(yàn),見圖1(d),閥側(cè)繞組線端短接后在高壓側(cè)直接施加直流電壓,非被試驗(yàn)繞組短接并與換流變壓器外殼一起可靠接地。在圖2(a)中,閥側(cè)繞組線端b測(cè)基于套管的PD測(cè)量省略。

      下面對(duì)涉及的換流變壓器直流電壓下PD試驗(yàn)電壓、記錄及要求進(jìn)行詳細(xì)討論。

      2 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

      GB/T 7354—2018在附錄I中給出了直流電壓試驗(yàn)期間PD試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估。具體內(nèi)容如下:PD試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估應(yīng)在恒定試驗(yàn)電壓水平下,對(duì)記錄到的每個(gè)PD脈沖的視在電荷q與時(shí)間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行,如圖2所示。確定連續(xù)PD脈沖之間的時(shí)間間隔是非常重要的,推薦的分辨時(shí)間為2 ms。如果能顯示時(shí)間期間的PD脈沖數(shù)m與超過(guò)閾值水平的視在電荷幅值的關(guān)系,還可以獲得關(guān)于PD特性的附加信息,如圖3所示。圖3是根據(jù)圖2所示的PD脈沖序列推導(dǎo)計(jì)算出來(lái)的。而且,展示在視在電荷幅值規(guī)定限值內(nèi)出現(xiàn)的脈沖數(shù)m有助于評(píng)估直流電壓試驗(yàn)時(shí)的PD活動(dòng)規(guī)律。

      圖2 視在脈沖隨測(cè)量時(shí)間的顯示模式

      圖3 PD脈沖數(shù)m與視在電荷范圍的柱狀圖

      GB/T 18494.2—2007 要求使用正極性電壓,試驗(yàn)電壓應(yīng)在1 min內(nèi)升至規(guī)定的水平并保持120 min,此后電壓應(yīng)在1 min內(nèi)降低至零。在整個(gè)外施直流電壓耐受試驗(yàn)過(guò)程中,應(yīng)進(jìn)行PD測(cè)量。PD測(cè)量應(yīng)按GB/T 1094.3—2003《電力變壓器 第3部分:絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙》附錄A的適用部分進(jìn)行,測(cè)量?jī)x器符合GB/T 7354—2003的規(guī)定。驗(yàn)收準(zhǔn)則如下:如果在試驗(yàn)最后30 min內(nèi),記錄到不小于2 000 pC的脈沖數(shù)不超過(guò)30個(gè),并且在試驗(yàn)的最后10 min內(nèi),記錄到不小于2 000 pC的脈沖數(shù)不超過(guò)10個(gè),則應(yīng)認(rèn)為此試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)驗(yàn)收,不需要繼續(xù)進(jìn)行PD試驗(yàn)。如果此條件未滿足,則可以將試驗(yàn)延長(zhǎng)30 min。延長(zhǎng)30 min的施壓只允許進(jìn)行一次,當(dāng)在此30 min內(nèi)的不小于2 000 pC的脈沖數(shù)不超過(guò)30個(gè),并且在最后10 min內(nèi)不小于2 000 pC的脈沖數(shù)不超過(guò)10個(gè)時(shí),則應(yīng)認(rèn)為該項(xiàng)試驗(yàn)合格。

      3 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

      DL/T 1243—2013對(duì)±800 kV及以下?lián)Q流變壓器現(xiàn)場(chǎng)的交流耐壓、直流耐壓PD試驗(yàn)進(jìn)行規(guī)定,其中直流電壓下的PD試驗(yàn)規(guī)定如下。

      (1)直流PD試驗(yàn)僅在閥側(cè)繞組進(jìn)行。在試驗(yàn)時(shí),不能預(yù)加電壓。試驗(yàn)電壓按出廠試驗(yàn)電壓的85%(或按合同規(guī)定值)施加,持續(xù)時(shí)間為90 min。

      (2)應(yīng)使用專業(yè)的直流PD測(cè)試儀。在測(cè)量時(shí),不僅要求測(cè)量PD,還需要記錄固定時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)。試驗(yàn)期間,直流電壓不應(yīng)有較大波動(dòng)。

      (3)試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行直流PD測(cè)量,在最后30 min內(nèi),超過(guò)2 000 pC的放電脈沖次數(shù)應(yīng)不超過(guò)30個(gè),在最后10 min內(nèi),超過(guò)2 000 pC的放電脈沖數(shù)應(yīng)不超過(guò)10個(gè)。

      DL/T 1999— 2019對(duì)±800 kV及以下單相換流變壓器的現(xiàn)場(chǎng)直流耐壓PD試驗(yàn)進(jìn)行規(guī)定,相關(guān)內(nèi)容如下。

      (1)直流PD測(cè)試儀定義,用于直流電壓下檢測(cè)、記錄和統(tǒng)計(jì)PD的數(shù)字式PD測(cè)試儀器;其應(yīng)滿足GB/T 7354的要求,并且應(yīng)至少有2個(gè)獨(dú)立通道,具有脈沖PD和脈沖數(shù)量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能,具有PD信號(hào)聯(lián)系存儲(chǔ)和播放功能,并且連續(xù)存儲(chǔ)時(shí)間不小于150 min。

      (2)試驗(yàn)電源應(yīng)使用正極性電壓。試驗(yàn)時(shí),不能預(yù)加電壓。試驗(yàn)電壓按出廠試驗(yàn)電壓的85%(或按合同規(guī)定值)施加。

      (3)試驗(yàn)程序如圖4所示。在圖4中,Ud為試驗(yàn)電壓;t1為升壓時(shí)間;t2為持續(xù)試驗(yàn)時(shí)間;t3為降壓時(shí)間。

      圖4 變壓器直流PD試驗(yàn)程序(DL/T 1999—2019)

      1) 接通試驗(yàn)電源后,應(yīng)平穩(wěn)勻速而且連續(xù)加壓至試驗(yàn)電壓值,不允許對(duì)換流變壓器絕緣結(jié)構(gòu)預(yù)先施加較低的電壓。升壓時(shí)間t1應(yīng)不大于1 min。升壓過(guò)程中應(yīng)監(jiān)測(cè)直流發(fā)生器輸出電流變化情況,若出現(xiàn)電流值突然增大或減小等異?,F(xiàn)象,應(yīng)立即停止試驗(yàn),查明原因。

      2) 電壓升至規(guī)定的水平后保持不變,同時(shí)進(jìn)行PD檢測(cè)。持續(xù)時(shí)間t2為90 min。試驗(yàn)過(guò)程中,電壓波動(dòng)應(yīng)不超過(guò)±3%(算術(shù)平均值)。若試驗(yàn)回路設(shè)備和被試驗(yàn)換流變壓器發(fā)生外部閃絡(luò)、放電、異響、電流突然變化等異常情況,應(yīng)立即停止試驗(yàn),查明原因。

      3) 在試驗(yàn)完成后,應(yīng)快速降低電壓。降壓時(shí)間t3應(yīng)不大于1 min。待電壓測(cè)量裝置示值接近“零”時(shí),方可進(jìn)行放電和接地。若根據(jù)合同規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)需按出廠試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行此試驗(yàn),試驗(yàn)電壓及時(shí)間應(yīng)符合GB/T 18494.2—2007要求。

      4) 直流PD的測(cè)量及試驗(yàn)結(jié)果判斷:對(duì)被試驗(yàn)閥側(cè)繞組套管端部注入2 000 pC方波進(jìn)行校準(zhǔn),并在1 000 pC驗(yàn)證其線性度;接通試驗(yàn)電源時(shí),應(yīng)記錄通道的背景噪聲水平。在50%試驗(yàn)電壓下,檢測(cè)的脈沖水平應(yīng)不大于1 000 pC,否則應(yīng)采取抑制干擾脈沖的措施。在持續(xù)試驗(yàn)時(shí)間t2期間,應(yīng)記錄每個(gè)10 min內(nèi)的脈沖格式,對(duì)應(yīng)幅值和極性;在試驗(yàn)的最后30 min內(nèi),記錄到不小于2 000 pC的有效放電脈沖數(shù)應(yīng)不超過(guò)30個(gè),并且在最后10 min內(nèi),不小于2 000 pC的有效放電脈沖數(shù)應(yīng)不超過(guò)10個(gè)。如果此條件未滿足,則可以將試驗(yàn)延長(zhǎng)30 min。延長(zhǎng)30 min的試驗(yàn)只允許進(jìn)行一次,在此30 min內(nèi),不小于2 000 pC的有效放電脈沖數(shù)應(yīng)不超過(guò)30個(gè),并且在最后10 min內(nèi),不小于2000 pC的有效放電脈沖數(shù)應(yīng)不超過(guò)10 個(gè)。

      DL/T 1999—2019在附錄C中給出了換流變壓器直流PD測(cè)量干擾識(shí)別方法,基于雙通道檢測(cè)的方法及接線圖如圖5所示。在圖5中,S為交流電源;G為高壓直流發(fā)生器;F為高壓直流發(fā)生器配備的直流分壓器;T為被試驗(yàn)換流變壓器;E1為地網(wǎng);E2為套管末屏附近的接地點(diǎn);C1,C2為被試驗(yàn)換流變壓器閥側(cè)套管電容;Zm1,Zm2為檢測(cè)阻抗;PD1,PD2為直流PD測(cè)試儀的測(cè)量和輔助通道。

      圖5 采用極性判別識(shí)別外部脈沖的換流變壓器直流PD測(cè)量接線圖

      直流PD的特征參數(shù)是視在放電量和脈沖個(gè)數(shù),并且直流PD的脈沖個(gè)數(shù)取決于油紙絕緣材料的電氣時(shí)間常數(shù),其數(shù)值遠(yuǎn)低于交流PD脈沖的周期重復(fù)時(shí)間。在實(shí)際測(cè)量時(shí),由于直流PD脈沖呈現(xiàn)的隨機(jī)性,無(wú)相位參考,重復(fù)率低,因此不能完全采用交流PD測(cè)量時(shí)的脈沖鑒別方法。但直流PD脈沖與所施加的直流電壓極性有關(guān),采用極性判斷方法將被試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部的PD信號(hào)與外部干擾區(qū)分開來(lái),是解決現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的主要技術(shù)手段。外部干擾由引線竄入變壓器內(nèi)部,其傳輸回路一路經(jīng)過(guò)套管末屏接地線匯入大地,另一路則經(jīng)過(guò)網(wǎng)側(cè)繞組、鐵心等接地部位的接地線匯入大地。換流變壓器內(nèi)部放電的傳輸回路可以由放電點(diǎn)經(jīng)套管末屏、大地、鐵心接地到放電點(diǎn)構(gòu)成回路。因此,外部干擾在套管接地線和鐵心接地線上產(chǎn)生的電流極性相同,而變壓器內(nèi)部放電在套管接地線和鐵心接地線上產(chǎn)生的電流極性相反。

      4 直流耐壓PD試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理需求

      根據(jù)國(guó)家、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)電壓、時(shí)間及要求,形成的直流耐壓PD試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理需求匯總?cè)绫?所示。

      5 脈沖群智能數(shù)據(jù)處理和顯示技術(shù)

      5.1 直流耐壓試驗(yàn)PD智能檢測(cè)系統(tǒng)配置

      基于表2所示直流耐壓PD試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理需求匯總以及直流耐壓試驗(yàn)超寬頻帶PD智能檢測(cè)技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)示意圖,超頻頻帶采集裝置的相關(guān)性能參數(shù)及工作模式如下:超頻頻帶采集裝置的脈沖通道采樣率250 MS/s、50 MHz模擬帶寬、12 Bit分辨率、32 MS存儲(chǔ)深度以及±1 mV~±25 V輸入量程;系統(tǒng)檢測(cè)傳感器可以使用帶寬大于50 MHz的羅氏線圈或檢測(cè)阻抗,而電壓通道與分壓器低壓臂相接,記錄當(dāng)前試驗(yàn)電壓信號(hào);脈沖通道前端接入10 kHz~50 MHz的帶通濾波器,濾除低頻干擾和無(wú)用的高頻信號(hào),輸入阻抗為50 Ω,與信號(hào)傳輸電纜良好匹配。

      表2 直流耐壓PD試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理需求匯總

      此外,超頻頻帶采集裝置工作時(shí),參數(shù)設(shè)置如下:脈沖波形采集長(zhǎng)度設(shè)置為250個(gè)點(diǎn)、500個(gè)點(diǎn)、…、1 250個(gè)點(diǎn),分別對(duì)應(yīng)脈沖記錄時(shí)間長(zhǎng)度為1~5 μs,用于適應(yīng)不同長(zhǎng)度的脈沖電流波形;脈沖通道為觸發(fā)通道,觸發(fā)類型(上升沿或下降沿)根據(jù)直流電壓極性設(shè)置(當(dāng)傳感器與試品串接時(shí),觸發(fā)類型與直流電壓極性相同;而當(dāng)傳感器與耦合電容串接時(shí),觸發(fā)類型與直流電壓極性相反);觸發(fā)閾值即為采集PD電流脈沖波形的最小峰值,可以根據(jù)直流PD試驗(yàn)的放電量進(jìn)行設(shè)置,如表3所示。在表3中,閾值設(shè)置可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況往下調(diào)整。

      表3 直流耐壓PD試驗(yàn)脈沖觸發(fā)閾置設(shè)置表

      5.2 脈沖群智能數(shù)據(jù)處理和顯示流程設(shè)計(jì)

      由分析可知,超寬頻帶數(shù)據(jù)采集裝置工作模式為:脈沖觸發(fā),記錄脈沖電流波形P及其對(duì)應(yīng)時(shí)刻t和電壓U,波形長(zhǎng)度可以設(shè)置為1,2,3,4,5 μs:

      Pulsej[pj(i),tj,Uj],
      j=1,2,…,N;i=1,2,…,k

      (1)

      式中j——第j個(gè)脈沖;N——脈沖電流波形的總個(gè)數(shù);k——每個(gè)脈沖電流波形的點(diǎn)數(shù),即脈沖波形由k個(gè)點(diǎn)組成,其與采樣率成正比。

      電壓通道采集電壓信號(hào)Uj,脈沖通道在設(shè)置觸發(fā)閾值后,超寬頻帶數(shù)據(jù)采集裝置將采集獲取脈沖電流-時(shí)間序列Pulsej,其可能為PD信號(hào),也可能含有隨機(jī)干擾源信號(hào)。根據(jù)直流耐壓試驗(yàn)超寬頻帶PD智能檢測(cè)技術(shù)方案,設(shè)計(jì)相應(yīng)的脈沖群智能數(shù)據(jù)處理和顯示流程如圖6所示。

      圖6 脈沖群智能數(shù)據(jù)處理和顯示流程(以時(shí)頻散布參數(shù)法為例)

      (1)脈沖數(shù)據(jù)預(yù)處理。使得采集裝置獲取的原始脈沖電流波形(原始信號(hào))形成具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)且易處理的脈沖-時(shí)間序列。為了便于后續(xù)脈沖群的快速變換及快速分類,軟件模塊對(duì)超寬頻帶檢測(cè)獲取單個(gè)脈沖電流波形的幅值-時(shí)間序列進(jìn)行如下預(yù)處理:

      (2)

      式中ai——第i個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幅值;Δt(i-1)——第i個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間(Δt為采樣時(shí)間間隔)。

      式(2)使得在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí),無(wú)需存儲(chǔ)單個(gè)脈沖電流波形對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息(其由采樣率和記錄點(diǎn)數(shù)決定),而只需要存儲(chǔ)其幅值信息和觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)(時(shí)刻)。

      (2)脈沖群波形快速變換。利用現(xiàn)有的具有一定物理意義的快速變換(例如DFT),形成脈沖的頻域波形,與脈沖時(shí)域波形對(duì)應(yīng)。以DFT為例,對(duì)脈沖波形pj(t)進(jìn)行快速變換,可得:

      (3)

      式中Mi——第i個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幅值;Δf(i-1)——第i個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率分量(采樣率fs=kΔf,Δf=1/Δt)。

      同一脈沖源不同記錄點(diǎn)數(shù)下的時(shí)域和頻域波形處理效果見圖7,其中頻域處理的圖形X坐標(biāo)取至50 MHz(250 MS/s采樣率下DFT變換對(duì)應(yīng)的X坐標(biāo)應(yīng)為125 MHz)。

      圖7 脈沖電流波形時(shí)域和頻域處理效果(250 MS/s示例)

      (3)脈沖群波形特征提取。利用非線性映射(F函數(shù))實(shí)現(xiàn)時(shí)域和頻域波形的特征參數(shù)提取,映射成脈沖群的2D平面參數(shù)分布或3D空間參數(shù)分布。在實(shí)際應(yīng)用中,由于獲得的脈沖波形序列其特征參數(shù)比較復(fù)雜,往往不是[0,1]區(qū)間中的數(shù),因此在無(wú)監(jiān)督聚類分析前,需要把各個(gè)原始特征參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。以時(shí)頻散布特征參數(shù)提取方法中的時(shí)間散布Tj(j=1,2,…,N,N為脈沖總個(gè)數(shù))處理為例:

      (4)

      (5)

      求各數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化值Tj′:

      Tj′=(Tj-T)/σT

      (6)

      由于所得標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)Tj′不一定在[0,1]閉區(qū)間內(nèi),為了把標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)壓縮到[0,1]閉區(qū)間,再采用極值標(biāo)準(zhǔn)化公式:

      (7)

      (4)脈沖群聚類分析?;?D平面或3D空間參數(shù)分布,進(jìn)行無(wú)監(jiān)督聚類或人工手動(dòng)聚類,形成子脈沖群的2D平面或3D空間參數(shù)分布。其中人工手動(dòng)聚類技術(shù)可以轉(zhuǎn)化成矩形時(shí)頻散布濾波器,具體描述如圖8所示。

      圖8 矩形時(shí)頻散布濾波器

      根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置多個(gè)矩形時(shí)頻散布濾波器以滿足工程應(yīng)用需求。

      (5)子脈沖群重組和展示。對(duì)各子脈沖群進(jìn)行軟件峰值保持,形成峰值-時(shí)間序列,生成TARPD圖等(直流),為試驗(yàn)操作人員對(duì)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的把控和判斷提供直觀依據(jù)??紤]后期耐壓數(shù)據(jù)追溯和多次試驗(yàn)對(duì)比分析需求,Pulsej原始數(shù)據(jù)從試驗(yàn)加壓前至試驗(yàn)電源切斷后全部保存。

      6 結(jié)語(yǔ)

      本文分析了換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)直流耐壓PD試驗(yàn)技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀,綜述了國(guó)內(nèi)現(xiàn)行國(guó)家和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的換流變壓器直流耐壓PD試驗(yàn)程序,給出了與超寬頻帶檢測(cè)用脈沖群快速智能聚類和分離技術(shù)的融合技術(shù)方案,形成了能夠在滿足工程應(yīng)用的同時(shí)方便試驗(yàn)操作人員對(duì)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的把控和判斷的換流變壓器直流耐壓試驗(yàn)超寬頻帶PD智能檢測(cè)技術(shù)。對(duì)脈沖群智能數(shù)據(jù)處理和顯示技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,包括矩形時(shí)頻散布濾波器,可為換流變壓器用超寬頻帶直流局部放電測(cè)試技術(shù)研究與系統(tǒng)研制提供參考依據(jù)。

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