0引言

絕緣子覆冰是一種特殊形式的污穢。覆冰絕緣子閃絡(luò)機(jī)理與污穢放電一樣，也是由泄漏電流引起的，泄漏電流變化與發(fā)展是導(dǎo)致其是否發(fā)展成完全閃絡(luò)的主要因素之一。高壓輸電線(xiàn)路由于強(qiáng)電、磁場(chǎng)環(huán)境的干擾，泄漏電流的噪聲影響顯著，所以利用先進(jìn)的信號(hào)處理方法研究泄漏電流有著重要的意義。

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)泄漏電流的分析理論和方法做了大量的研究，提出了各種各樣的泄漏電流信號(hào)處理方法。利用先進(jìn)的信號(hào)處理方法，提取了泄漏電流信號(hào)的有用特征量。常用的泄漏電流信號(hào)處理方法主要包括時(shí)域法(臨閃前最大泄漏電流法、泄漏電流變化率法、脈沖計(jì)數(shù)法等)和頻域法(FFT分析法、小波分形判別法、功率譜分析方法等)。本文從檢測(cè)冰閃全過(guò)程的泄漏電流信號(hào)入手，采用雙譜分析的新方法，分析了冰閃放電過(guò)程中不同階段泄漏電流變化。實(shí)驗(yàn)證明：雙譜是分析非高斯信號(hào)的有力工具，它從更高階概率結(jié)構(gòu)表征隨機(jī)信號(hào)。雙譜分析為冰閃區(qū)段預(yù)警提供新的理論指導(dǎo)。

1雙譜估計(jì)的原理

1.1雙譜的定義

對(duì)零均值平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)x(t)，把二階累積量定義為

式中：E(·)為數(shù)學(xué)期望，由式(1)可以看出二階累積量就是隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)。

三階累積量為

功率譜定義為自相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換，仿照這個(gè)定義，可以定義隨機(jī)信號(hào)的高階譜。其中二階譜定義為功率譜：

三階譜定義為雙譜：

1.2參數(shù)化雙譜估計(jì)的原理

雙譜的計(jì)算方法有2種：

1)直接法(定義法)2)間接法。本研究利用直接法估計(jì)算法來(lái)估計(jì)雙譜。

雙譜的直接法估計(jì)算法步驟如下：

1)將長(zhǎng)度為N的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù){x(k)}(k=1,2，…，N)分為k段，每段為M個(gè)數(shù)據(jù)。

2) 對(duì)k段數(shù)據(jù)依次進(jìn)行FFT計(jì)算，對(duì)于第i段數(shù)據(jù){x(i)(k)}有

3)根據(jù)各段數(shù)據(jù)FFT的結(jié)果，分別求它們的雙譜估計(jì)

4)對(duì)步驟3)求得的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，即得雙譜估計(jì)值

2實(shí)驗(yàn)與分析

泄漏電流數(shù)據(jù)取自以下絕緣子覆冰閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)采用絕緣子帶電覆冰，恒壓、融冰閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)使用帶電覆冰的方法對(duì)試品噴水覆冰，覆冰達(dá)到重覆冰程度(一般覆冰橋接位置厚度>20mm)后停止覆冰，停止帶電，冷凍15min以上進(jìn)行冰的硬化，然后開(kāi)始融冰，當(dāng)冰面濕潤(rùn)并開(kāi)始有水滴時(shí)加壓進(jìn)行融冰閃絡(luò)試驗(yàn)，加壓采用耐受法。支柱絕緣子布置圖如圖2所示。實(shí)驗(yàn)一共有3組支柱絕緣子試品!試品參數(shù)如表1和表2所示"，按照污穢度由重到輕分No.1~No.3，分別取ρESDD=0.1mg/cm2，ρNSDD=1.0mg/cm2;ρESDD=0.05mg/cm2，ρNSDD=0.5mg/cm2;ρESDD=0.025mg/cm2，ρNSDD=0.25mg/cm2。

表1 500KV支柱絕緣子試品參數(shù)

表2 支柱絕緣子均壓環(huán)參數(shù)

圖1 實(shí)驗(yàn)原理接線(xiàn)圖

圖2 500KV支柱絕緣子布置圖

本文分析了重污穢度下No.1覆冰絕緣子的泄漏電流雙譜特性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室觀(guān)測(cè)到覆冰絕緣子電弧的發(fā)展和冰層的融化狀態(tài)，可以將泄漏電流劃分3個(gè)區(qū)段，初始階段、發(fā)展階段、臨閃階段。當(dāng)絕緣子覆冰后施加電壓時(shí)，外觀(guān)上觀(guān)察不到放電現(xiàn)象，泄漏電流波形平穩(wěn)，隨著電壓的升高，泄漏電流增大，高壓端絕緣子鋼腳出現(xiàn)藍(lán)紫色局部電暈放電%進(jìn)入發(fā)展階段，傘群間冰棱尖端空氣間隙的流注放電特別明顯，融冰現(xiàn)象也逐漸加劇，藍(lán)紫色的火花放電變成粉紅色電弧放電，隨后將變成間歇性白弧%進(jìn)入臨閃階段，白弧迅速連通，連接串長(zhǎng)的40%~70%左右，融冰大片散落，白弧與接地端的小弧連通而完成全面閃絡(luò)。如圖3所示，全過(guò)程泄漏電流波形圖初始、發(fā)展、臨閃階段根據(jù)放電的發(fā)展已用虛線(xiàn)隔開(kāi)。

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不同放電階段下覆冰支柱絕緣子的雙譜特性如圖4~6所示。

圖3 泄漏電流波形圖

（a）初始階段參數(shù)化雙譜的3D圖

（b）初始階段雙譜等高值圖

圖4 初始階段泄漏電流參數(shù)化雙譜的3D圖及等高值圖

（a）發(fā)展階段參數(shù)化雙譜的3D圖

（b）發(fā)展階段雙譜等高值圖

        圖5 發(fā)展階段泄漏電流參數(shù)化雙譜的3D圖及等高值圖

對(duì)照?qǐng)D4~6，可發(fā)現(xiàn)隨著支柱絕緣子放電的不斷發(fā)展，在參數(shù)化雙譜的3D圖上表現(xiàn)為泄漏電

流幅值明顯增加，從初始階段到臨閃階段泄漏電流增加了5個(gè)數(shù)量級(jí)。在雙譜等高值圖上表現(xiàn)為二次相位耦合的范圍變小，分布變得更加集中，圖4(b)初始階段的主體部分超出0.02范圍內(nèi)到圖6(b)臨閃階段的主體部分在0.15范圍內(nèi)。在初始放

電階段雙譜中，雙頻率軸除對(duì)應(yīng)500hz處，其它頻率處有小峰值出現(xiàn)，表明了該成分的二次非線(xiàn)性相位耦合性質(zhì)。二次相位耦合成分的變化可以反映出絕緣子的內(nèi)在變化。

對(duì)比發(fā)生閃絡(luò)的不同污穢度的覆冰絕緣子試品可知，冰閃過(guò)程中泄漏電流雙譜的變化規(guī)律具有同樣類(lèi)似變化特性，任何一串污穢絕緣子在發(fā)生閃絡(luò)的過(guò)程中，其泄漏電流雙譜特性的變化均呈現(xiàn)類(lèi)似試品串No.1的特點(diǎn)。雙譜是處理非高斯、非線(xiàn)性信號(hào)的有力工具。

（a）臨閃階段參數(shù)化雙譜的3D圖

（b）臨閃階段雙譜等高值圖

圖6 臨閃階段泄漏電流參數(shù)化雙譜的3D圖及等高值圖

3結(jié)論

為了盡可能早地提供支柱絕緣子的冰閃預(yù)警，本文分析了泄漏電流雙譜變化特性和冰閃過(guò)程的關(guān)系。本研究以發(fā)生冰閃的試品絕緣子串的雙譜特性為研究基礎(chǔ)，得出了下列的結(jié)論：

1)支柱絕緣子的雙譜變化特性：隨著放電的不斷發(fā)展，二次相位耦合的范圍變小，分布變得更加集中，特征頻率處的振動(dòng)幅值相應(yīng)有明顯的增加。

2)泄漏電流雙譜特征可為覆冰絕緣子泄漏電流各個(gè)階段發(fā)展做出判別，是絕緣子泄漏電流分析的有力工具，并可有效地用于絕緣子在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，為絕緣子預(yù)警分析提供了新的依據(jù)。