浙江思敏电气有限公司

0引言

绝缘子覆冰是一种特殊形式的污秽。覆冰绝缘子闪络机理与污秽放电一样，也是由泄漏电流引起的，泄漏电流变化与发展是导致其是否发展成完全闪络的主要因素之一。高压输电线路由于强电、磁场环境的干扰，泄漏电流的噪声影响显著，所以利用先进的信号处理方法研究泄漏电流有着重要的意义。

长期以来，国内外学者对泄漏电流的分析理论和方法做了大量的研究，提出了各种各样的泄漏电流信号处理方法。利用先进的信号处理方法，提取了泄漏电流信号的有用特征量。常用的泄漏电流信号处理方法主要包括时域法(临闪前最大泄漏电流法、泄漏电流变化率法、脉冲计数法等)和频域法(FFT分析法、小波分形判别法、功率谱分析方法等)。本文从检测冰闪全过程的泄漏电流信号入手，采用双谱分析的新方法，分析了冰闪放电过程中不同阶段泄漏电流变化。实验证明：双谱是分析非高斯信号的有力工具，它从更高阶概率结构表征随机信号。双谱分析为冰闪区段预警提供新的理论指导。

1双谱估计的原理

1.1双谱的定义

对零均值平稳随机信号x(t)，把二阶累积量定义为

式中：E(·)为数学期望，由式(1)可以看出二阶累积量就是随机信号的自相关。

三阶累积量为

功率谱定义为自相关函数的傅立叶变换，仿照这个定义，可以定义随机信号的高阶谱。其中二阶谱定义为功率谱：

三阶谱定义为双谱：

1.2参数化双谱估计的原理

双谱的计算方法有2种：

1)直接法(定义法)2)间接法。本研究利用直接法估计算法来估计双谱。

双谱的直接法估计算法步骤如下：

1)将长度为N的实验数据{x(k)}(k=1,2，…，N)分为k段，每段为M个数据。

2) 对k段数据依次进行FFT计算，对于第i段数据{x(i)(k)}有

3)根据各段数据FFT的结果，分别求它们的双谱估计

4)对步骤3)求得的结果进行统计平均，即得双谱估计值

2实验与分析

泄漏电流数据取自以下绝缘子覆冰闪络实验：实验采用绝缘子带电覆冰，恒压、融冰闪络实验。实验原理图如图1所示。实验时使用带电覆冰的方法对试品喷水覆冰，覆冰达到重覆冰程度(一般覆冰桥接位置厚度>20mm)后停止覆冰，停止带电，冷冻15min以上进行冰的硬化，然后开始融冰，当冰面湿润并开始有水滴时加压进行融冰闪络试验，加压采用耐受法。支柱绝缘子布置图如图2所示。实验一共有3组支柱绝缘子试品!试品参数如表1和表2所示"，按照污秽度由重到轻分No.1~No.3，分别取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支柱绝缘子试品参数

表2 支柱绝缘子均压环参数

图1 实验原理接线图

图2 500KV支柱绝缘子布置图

本文分析了重污秽度下No.1覆冰绝缘子的泄漏电流双谱特性。根据实验室观测到覆冰绝缘子电弧的发展和冰层的融化状态，可以将泄漏电流划分3个区段，初始阶段、发展阶段、临闪阶段。当绝缘子覆冰后施加电压时，外观上观察不到放电现象，泄漏电流波形平稳，随着电压的升高，泄漏电流增大，高压端绝缘子钢脚出现蓝紫色局部电晕放电%进入发展阶段，伞群间冰棱尖端空气间隙的流注放电特别明显，融冰现象也逐渐加剧，蓝紫色的火花放电变成粉红色电弧放电，随后将变成间歇性白弧%进入临闪阶段，白弧迅速连通，连接串长的40%~70%左右，融冰大片散落，白弧与接地端的小弧连通而完成全面闪络。如图3所示，全过程泄漏电流波形图初始、发展、临闪阶段根据放电的发展已用虚线隔开。

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不同放电阶段下覆冰支柱绝缘子的双谱特性如图4~6所示。

图3 泄漏电流波形图

（a）初始阶段参数化双谱的3D图

（b）初始阶段双谱等高值图

图4 初始阶段泄漏电流参数化双谱的3D图及等高值图

（a）发展阶段参数化双谱的3D图

（b）发展阶段双谱等高值图

        图5 发展阶段泄漏电流参数化双谱的3D图及等高值图

对照图4~6，可发现随着支柱绝缘子放电的不断发展，在参数化双谱的3D图上表现为泄漏电

流幅值明显增加，从初始阶段到临闪阶段泄漏电流增加了5个数量级。在双谱等高值图上表现为二次相位耦合的范围变小，分布变得更加集中，图4(b)初始阶段的主体部分超出0.02范围内到图6(b)临闪阶段的主体部分在0.15范围内。在初始放

电阶段双谱中，双频率轴除对应500hz处，其它频率处有小峰值出现，表明了该成分的二次非线性相位耦合性质。二次相位耦合成分的变化可以反映出绝缘子的内在变化。

对比发生闪络的不同污秽度的覆冰绝缘子试品可知，冰闪过程中泄漏电流双谱的变化规律具有同样类似变化特性，任何一串污秽绝缘子在发生闪络的过程中，其泄漏电流双谱特性的变化均呈现类似试品串No.1的特点。双谱是处理非高斯、非线性信号的有力工具。

（a）临闪阶段参数化双谱的3D图

（b）临闪阶段双谱等高值图

图6 临闪阶段泄漏电流参数化双谱的3D图及等高值图

3结论

为了尽可能早地提供支柱绝缘子的冰闪预警，本文分析了泄漏电流双谱变化特性和冰闪过程的关系。本研究以发生冰闪的试品绝缘子串的双谱特性为研究基础，得出了下列的结论：

1)支柱绝缘子的双谱变化特性：随着放电的不断发展，二次相位耦合的范围变小，分布变得更加集中，特征频率处的振动幅值相应有明显的增加。

2)泄漏电流双谱特征可为覆冰绝缘子泄漏电流各个阶段发展做出判别，是绝缘子泄漏电流分析的有力工具，并可有效地用于绝缘子在线监测，为绝缘子预警分析提供了新的依据。