基于分解组分分析的SF6气体绝缘装备故障诊断方法与技术

目录 前言 第1章绪论1 1.1气体绝缘装备分类及特点1 1.1.1气体绝缘组合电器2 1.1.2气体绝缘电缆6 1.1.3气体绝缘变压器9 1.2气体绝缘装备常见的绝缘故障12 1.2.1气体绝缘装备中的常见故障统计12 1.2.2气体绝缘装备放电性绝缘故障及其诱因13 1.2.3气体绝缘装备机械性故障及其诱因15 1.2.4气体绝缘装备过热性故障及其诱因19 1.3气体绝缘装备故障诊断方法22 1.3.1现场交接试验故障诊断方法23 1.3.2放电性故障诊断方法23 1.3.3过热故障的诊断方法28 1.4基于组分分析的气体绝缘装备故障诊断技术29 1.4.1基于SF6分解组分分析的故障诊断原理29 1.4.2基于SF6分解组分分析的故障诊断方法的地位及应用前景31 参考文献32 第2章SF6气体特性及其分解机理与影响因素34 2.1SF6气体特性及其应用34 2.1.1SF6气体的特性34 2.1.2SF6气体的应用36 2.2SF6气体的分解产物37 2.2.1SF6在放电下的分解产物37 2.2.2SF6在过热下的分解产物41 2.3SF6气体的分解机理43 2.3.1SF6在放电下的分解机理43 2.3.2SF6在过热下的分解机理45 2.4影响SF6气体分解的主要因素47 2.4.1放电能量47 2.4.2放电类型48 2.4.3过热温度48 2.4.4水分和氧气含量49 2.4.5电极材料50 2.4.6吸附剂的影响51 2.5气体绝缘设备正常运行下的组分含量51 参考文献53 第3章SF6分解组分检测方法58 3.1SF6分解组分的色谱检测法58 3.1.1色谱检测法的原理58 3.1.2SF6分解组分的色谱检测系统59 3.1.3SF6分解组分的色谱定性检测方法64 3.1.4SF6分解组分的色谱定量检测方法67 3.2SF6分解组分的色谱质谱联合检测法68 3.2.1色谱质谱的基本工作原理68 3.2.2SF6分解组分的GC/MS联合定性检测法71 3.2.3SF6分解组分的GC/MS联合定量检测法73 3.3红外检测法74 3.3.1红外检测原理75 3.3.2检测SF6分解组分的长光程气体池的设计76 3.3.3SF6分解组分的红外定性定量检测79 3.4光声光谱检测法85 3.4.1光声光谱检测的基本原理85 3.4.2光声检测装置的研制与参数测试88 3.4.3SF6分解组分的光声检测定量检测93 3.4.4温度对SF6分解组分光声光谱检测特性的影响及其数学校正94 3.5气敏传感器检测法99 3.5.1传统电化学气敏传感器检测SF6分解组分99 3.5.2碳纳米管气敏传感器检测SF6分解组分101 3.5.3TiO2纳米管气敏传感器检测SF6分解组分104 参考文献107 第4章局部放电下SF6分解特性及特征组分111 4.1气体绝缘设备中典型绝缘缺陷物理模型111 4.1.1金属突出物缺陷111 4.1.2自由导电微粒缺陷112 4.1.3绝缘子表面污秽缺陷113 4.1.4绝缘子气隙缺陷114 4.2SF6分解特征组分选择及特征组分含量比值115 4.2.1SF6特征分解组分选择及物理意义115 4.2.2特征组分含量比值选取及其物理意义115 4.3不同绝缘缺陷类型的SF6分解特性116 4.3.1分解组分含量变化规律116 4.3.2特征组分含量比值120 4.3.3PD量和特征组分产气率122 4.4不同PD强度下SF6分解特性及其特征提取124 4.4.1实验步骤124 4.4.2分解组分产量随放电时间的变化规律126 4.4.3分解组分含量与放电量的关联特性128 4.4.4分解组分有效产气速率与放电量的关联特性131 4.4.5表征PD能量的特征组分133 4.4.6表征PD能量的分解特征组分产率比值136 参考文献139 第5章局部过热下SF6分解特性及特征组分142 5.1SF6局部过热分解试验系统142 5.2不同过热故障下SF6气体分解特性145 5.2.1SF6热分解起始温度146 5.2.2在POT作用下SF6分解组分含量变化特性147 5.2.3涉及有机固体绝缘材料时SF6过热分解组分含量变化特性155 5.3主要特征分解组分的确定及其物理意义164 参考文献169 第6章微量氧气对SF6分解组分特性的影响171 6.1微量氧气来源171 6.2微量氧气对SF6局放分解影响特性及作用机制172 6.2.1微量氧气影响SF6局放分解的机理172 6.2.2低浓度段氧气含量对分解特性的影响173 6.2.3高浓度段氧气含量对分解特性的影响176 6.3微量氧气含量对局放分解特征量的影响181 6.3.1微量氧气对特征组分相对产气速率的影响181 6.3.2微量氧气对特征组分含量比值的影响184 参考文献185 第7章微量水分对SF6分解组分特性的影响188 7.1微量水分来源及其危害188 7.2微量水分对SF6局放分解的影响特性及作用机理190 7.2.1微量水分对SF6局放分解的作用机理190 7.2.2不同微量水分含量下分解特征组分含量192 7.2.3不同微量水分含量对特征组分产气速率的影响197 7.2.4微量水分对组分特征比值的影响198 参考文献201 第8章吸附剂对SF6分解组分特性的影响204 8.1常用吸附剂种类204 8.1.1活性氧化铝204 8.1.2分子筛205 8.1.3活性炭205 8.2吸附剂的吸附原理206 8.3吸附剂对SF6分解组分的吸附特性207 8.3.1不同类型吸附剂对特征组分的吸附特性208 8.3.2吸附剂对特征分解组分吸附量的分析212 8.4吸附剂对SF6局放分解的影响特性213 8.4.1实验方法213 8.4.2不同吸附剂用量下各特征分解组分含量的变化规律214 8.4.3吸附剂对主要组分特征量的影响218 8.5吸附剂对SF6局部过热分解的影响特性222 8.5.1实验方法222 8.5.2不同吸附剂用量下主要过热特征分解组分含量的变化规律223 参考文献226 第9章影响SF6分解组分特性的其他因素228 9.1金属材料对SF6分解特性的影响规律228 9.1.1金属材料对SF6分解的影响机制228 9.1.2金属材料对SF6分解特征产物的影响230 9.2气压对SF6分解特性的影响规律233 9.3有机固体绝缘材料对SF6分解特性的影响规律239 参考文献241 第10章基于DCA故障诊断的影响因素校正243 10.1化学反应动力学理论244 10.1.1零级反应245 10.1.2一级反应245 10.1.3二级反应246 10.2微水微氧对特征组分含量比值影响的化学动力学分析248 10.2.1PD作用下SF6分解的化学反应级数248 10.2.2组分浓度与反应物初始浓度之间的关系249 10.2.3特征组分含量比值与初始微水微氧浓度之间的关系250 10.3微水微氧对特征组分比值影响规律的数学模型250 10.3.1数学模型的形式250 10.3.2数学模型参数确定252 10.4微水微氧对特征组分比值影响的耦合校正253 10.4.1微水影响校正254 10.4.2微氧影响校正254 10.4.3微水微氧影响耦合校正254 10.4.4微水微氧校正实例255 10.5微水微氧校正在局部放电模式识别中的应用260 参考文献261 第11章分解组分含量为特征量的故障诊断262 11.1SF6气体绝缘性能的常规检测262 11.1.1SF6气体泄漏检测262 11.1.2SF6杂质成分检测264 11.2PD故障的特征组分267 11.2.1PD导致SF6分解生成特征产物的过程267 11.2.2SF6分解特征产物与PD能量的关系268 11.3高能放电性故障(火花放电、电弧放电)的特征组分270 11.4局部过热性故障的特征组分271 11.5以分解特征组分为特征量的诊断实例分析274 参考文献276 第12章以分解组分比值为特征量的故障诊断280 12.1比值法的基本原理280 12.2SF6分解特征组分比值的构建及其物理意义281 12.2.1c(SO2F2)/c(SOF2)的物理意义282 12.2.2c(CF4)/c(CO2)的物理意义283 12.2.3c(SOF2+SO2F2)/c(CO2+CF4)的物理意义285 12.3基于SF6分解特征组分比值的编码树故障诊断方法288 参考文献290 第13章以分解组分含量及比值为特征量的决策树故障诊断291 13.1决策树理论291 13.2决策树的生成和剪枝293 13.3基于特征组分比值的决策树建立295 13.4基于决策树的绝缘缺陷辨识295 参考文献298 第14章以分解组分含量及比值为特征量的模糊聚类故障诊断299 14.1模糊聚类的基本原理及方法299 14.1.1模糊关系的聚类299 14.1.2目标函数的模糊聚类303 14.2模糊聚类故障诊断模型与方法305 14.2.1基于模糊关系的模糊聚类故障诊断模型及方法步骤305 14.2.2基于目标函数的模糊聚类故障诊断模型及方法步骤307 14.3案例及分析310 14.3.1以分解组分含量为特征量的模糊聚类法案例分析310 14.3.2以分解组分含量比值为特征量的模糊聚类法案例分析312 参考文献313 第15章以分解组分含量及比值为特征量的支持向量机故障诊断315 15.1支持向量机的基本原理及方法315 15.2支持向量机优化319 15.2.1支持向量机核函数319 15.2.2多分类支持向量机320 15.2.3支持向量机参数优化321 15.3支持向量机故障诊断模型与方法322 15.3.1支持向量机故障诊断模型323 15.3.2支持向量机故障诊断步骤324 15.4绝缘故障诊断实例分析325 参考文献328 索引329