大型电力变压器中局部放电信号传播特性的仿真研究.pdf

《大型电力变压器中局部放电信号传播特性的仿真研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大型电力变压器中局部放电信号传播特性的仿真研究.pdf（64页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、重庆大学硕士学位论文大型电力变压器中局部放电信号传播特性的仿真研究姓名：许中荣申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：唐炬20040521重庆人学硕士论文中文摘要摘要大型电力变压器的局部放电在线监测技术是高电压绝缘检测与诊断领域研究的热门课题。由于产生在实际电力变压器内部的局部放电信号非常微弱，加上在电力变压器内部绕组以及不同电介质问的传播，使得检测系统采集提取到的信号严重衰减和畸变，给局部放电在线诊断带来了极大的困难，甚至造成误判断，不能及时预警，从而导致电力变压器出现严重事故。本论文针对大型电力变压嚣的局部放电在线监测系统在现场应用中存在的问题，分别基于大型电力变压器局部放电的在线监测的

2、脉冲电流法和超高频检测法，研究了局部放电信号的传播特性。取得的主要成果有：利用S a b e r 仿真软件，基于局部放电脉冲电流法，建立了电力变压器绕组、电力变压器及其外联网络和在线检测系统的暂态模型。研究了局部放电信号在其中传播的频率特性。提出了一种基于局部放电信号传播特性研究的电力变压器绕组改进模型，通过对变压器绕组全新模型的复数方程法和网孔法的理论计算以及S a b e r 仿真分析，研究了绕组频率特性与绕组参数的关系。对局部放电在线监测中的微电流传感器的各性能参数对传感器通频带的影响进行了分析，并设计了与采集系统相匹配的信号预处理系统。研究了复杂的外联网络对局部放电信号在电力变压器中传

3、播特性的影响，着重分析了外联网络的复杂程度，外联网络的运行状态，多台电力变压器对局部放电信号传播的影响。针对大型电力变压器局部放电超高频检测法进行了初探性的研究。对超高频、超宽频传感技术和局部放电信号的特性进行了分析，研究了局部放电所激发电磁波在电力变压器内部的各种传播方式，提出了超高频检测的测量系统方案和外置天线安装的注意事项，为建立电力变压器局部放电超高频检测系统研究奠定基础。通过有限元分析软件A N S Y S 中的高频电磁场分析，假定变压器油箱为高频谐振腔，并将局部放电所激发的点源电磁波用偶极子天线的辐射电流源进行等效，对局部放电的电磁波信号在电力变压器中传播特性进行了仿真，计算出了电

4、磁场、远场、近场、天线辐射图的和方向增益，为局部放电超高频电磁波在电力变压器内部传播特性的研究提供理论基础。关键词：电力变压器，局部放电，外联网络，超高频检测法，传播特性重庆人学硕士论文英文摘要A B S T R A C TL a r g ep o w e rt r a n s f o r m e rp a r t i a ld i s c h a r g e(P D)o n l i n em o n i t o r i n gt e c h n o l o g yi sah o tt o p i ci nh i g hv o l t a g ei n s u l a t i o nd e t

5、 e c t i o na n dd i a g n o s i sd o m a i n F o rP Ds i g n a l sg e n e r a t e di nf i e l dp o w e rt r a n s f o r m e ri sv e r yf a i n t，a t t a c h i n gt op r o p a g a t i o ni np o w e rt r a n s f o r m e ri n t e m a lw i n d i n g sa n db e t w e e nd i f f e r e n td i e l e c t r i

6、 c s，w h i c hm a d es a m p l i n g&e x t r a c t i n gs i g n a l ss e v e r ea t t e n u a t i o na n da b e r r a t i o n I ti sah u g ed i f f i c u l t yf o rP Do n l i n ed i a g n o s i s，m o r e o v e rt e n d st om i s-j u d g ea n du n a b l et oe a r l y-w a r ni nt i m e，a n dt h e nl e

7、 a d st oas e v e r ef a i l u r ei np o w e rt r a n s f o r m e r A c c o r d i n gt ot h ep r o b l e m se x i s t e di nf i e l dl a r g ep o w e rt r a n s f o r m e rP Do n l i n em o n i t o r i n gs y s t e m，t h i sp a p e rr e s e a r c h e st h eP Dp r o p a g a t i o nc h a r a c t e r i

8、 s t i c sb a s e do np u l s ec u r r e n tm e t h o da n du l t r a-h i g h-f r e q u e n c y(U H F)d e t e c t i o nm e t h o dr e s p e c t i v e l y T h em a i nr e s u l t sa r eo b t a i n e da sf o l l o w i n g：U t i l i z i n gs i m u l a t i o ns o f t w a r eS a b e r,b a s e do nP Dp u

9、l s ec u r r e n tm e t h o d，t h et r a n s i e n tm o d e l sa r ee s t a b l i s h e df o rp o w e rt r a n s f o r m e rw i n d i n g s，p o w e rt r a n s f o r m e ra n di t se x t e r n a ln e t w o r k，a n do n-l i n ed e t e c t i o ns y s t e m T h ep r o p a g a t i o nf r e q u e n c yc h

10、 a r a c t e r i s t i c so fP Ds i g n a l sa r es t u d i e d T h ea d v a n c e dm o d e lo fp o w e rt r a n s f o r m e rw i n d i n gb a s e do nP Ds i g n a l sp r o p a g a t i o ni sp u tf o r w a r df o rt h ef i r s tt i m e T h r o u g ht h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o na n ds i

11、m u l a t i o na n a l y s i sf o rt r a n s f o r m e rw i n d i n gb r a n d-n e wm o d e l，t h er e l a t i o n sb e t w e e nw i n d i n gf r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c sa n dw i n d i n gp a r a m e t e r sa r ed i s c u s s e d M e a n w h i l et h ei n f l u e n c eo fc u r r e

12、n tt r a n s d u c e r(C T)p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r st op a s s b a n di sa n a l y s e d T h e n，t h ep a p e rs t u d i e st h ei n f l u e n c eo ft h ec o m p l e xe x t e r n a ln e t w o r kt oP Ds i g n a lp r o p a g a t i o nc h a r a c t e r i s t i c T h ep r i m a r ye x p

13、l o r a t i o no fl a r g ep o w e rt r a n s f o r m e rP DU H Fd e t e c t i o nm e t h o di sd i s c u s s e d U H Fa n du l t r aw i d t hf r e q u e n c y(U W F)s e n s i n gt e c h n i q u ea n dP Ds i g n a lc h a r a c t e r i s t i ci sa n a l y s e d V a r i e t i e so fp r o p a g a t i o

14、 nm o d e so fe l e c t r o m a g n e t i c(E M)w a v ee x c i t e db yP Ds i g n a li np o w e rt r a n s f o r m e ri ss t u d i e da n dt h eU H Fd e t e c t i o nm e a s u r e m e n ts y s t e mi se s t a b l i s h e d T h r o u g hh i g hf r e q u e n c yE Mf i e l da n a l y s i so ff i n i t

15、ee l e m e n ta n a l y s i s(F E A)s o f t w a r eA N S Y S，a s s u m i n gt r a n s f o r m e ro i l t a n ki sah i g hf r e q u e n c yc a v i t y,a n dP De x c i t e dp o i n ts o u r c eE Mw a v ei se q u i v a l e n tt or a d i c a l i z a t i o nc u r r e n ts o u r c eo fd i p o l ea n t e n

16、 n a，P DE Mw a v es i g n a lp r o p a g a t i o ni np o w e rt r a n s f o r m e ri Ss i m u l a t e da n dc a l c u l a t e d K e y w o r d s：P o w e rT r a n s f o r m e r,P a r t i a lD i s c h a r g e(P D)，E x t e r n a lN e t w o r k，U l t r a-H i g I lF r e q u e n c y(U H F)D e t e c t i o n

17、M e t h o d，P r o p a g a t i o nC h a r a c t e r i s t i c s重庆人学颁士论文1 绪论1 绪论1 1 引言本章首先论述了局部放电在电力变压器绕组中传播特性的研究意义，对电力变压器局部放电在线检测的研究现状作了分析和总结，具体地从电力变压器局部放电的检测方法、局部放电的抗干扰技术、局部放电定位技术、局部放电传感器技术方面作了深入的论述，最后提出本论文研究的主要内容。1 2 局部放电在电力变压器绕组中传播特。眭的研究意义随着电力系统的发展、电压等级和自动化程度的提高，电力设备的绝缘问题越来越突出，为了保证系统运行的可靠性和安全性，作为从

18、传统的计划性维修向状态性维修过渡的电力设备绝缘在线监测技术在电力系统中逐步得到广泛地应用，表现出巨大的社会经济效益和广阔的发展前景。但是，由于该技术目前还处于初期阶段，应用效果不是很令人满意，需要不断探索、研究新的理论和技术，并在实际应用中总结完善。电力设备绝缘的在线监测包括局部放电(P D)试验和油中溶解气体分析(D G A)等多方面的内容，其中局部放电的在线监测与其它绝缘监测方法相比检测灵敏度高，反映的信息更全面，成为绝缘在线监测研究的重点和热点。通过局部放电的在线监测，可以及时发现设备绝缘中的许多问题，避免费时费力的预防型试验，从而为电力设备的安全可靠运行提供保证1 2 I。电力变压器局

19、部放电在线监测涉及到当今科技中的许多高新技术，如计算机技术，信号处理技术、小波分析技术、人工智能技术、人工神经网络技术、传感器技术等等，是一门多学科、多领域交叉综合应用、发展的新课题，具有重要的学术意义例。变压器局部放电信号的提取是成功进行变压器绝缘状态诊断的基础【4 I。目前，已有众多的变压器局部放电在线监测系统投入运行，但监测效果都不太令人们满意。其中的原因之一，就是对变压器内部的局部放电信号的传播特性认识较为粗略，现普遍将局放信号的传输路径看作是一纯的容性网络，对绕组及其变压器所连外联设备的影响没有作深入的研究口1 1 6 。这样做一方面仅仅只能在一定的误差范围内测到局部放电的视在放电量

20、，忽略了其中所包含的更丰富的信息：另一方面，由于绕组对局放原始信号的畸变作用，某些监测结果可能是错误的。因此，为了选择信号失真小、幅度强的在线监测频带、最佳的监测点，以便更有效地提取局放信号和更好的识别各种放电类型，有必要深入分析和研究局部放电信号在电力变压器中的传播特性1 7 1。由于变压器是绕组类设备，变压器内部的局部放电信号将经绕组向两端传播重庆大学硕士论文绪论至监测装置，从而导致作为故障诊断基础信息的放电脉冲信号发生一定程度的畸变。在电力变压器中由绝缘缺陷产生的局部放电源可能位于绕组高压引线、绕组端部的绝缘屏、绕组对地绝缘、匝间绝缘或油中杂质。而局部放电又可能是气泡放电、尖端放电或沿面

21、放电等多种类型捧J。目前在变压器局部放电离线试验中，普遍采用以视在放电量的大小作为判断故障程度的标准。但视在放电量的大小与监测系统的频率响应以及放电点至测量点之间的传递函数等都有关系，因此单纯用视在放电量的大小来判断放电的危害程度是不够充分的【9 J【”I。在实际工程中，人们不仅希望能从局部放电信号的强弱来判断变压器的整体绝缘劣化水平，还希望能从这些信号中获取更为详细的有关绝缘状况的信息，如故障类型、严重程度以及故障点位置等。对变压器内部局部放电进行检测时，通常只能从变压器外壳接地引下线、高中压套管末屏接地线、中性点接地线以及铁芯及夹件的接地引出线等有限的几个测量端获得信号【l“。放电点在绕组

22、中的出现具有很强的随机性，所测到的局部放电信号从放电源经过变压器绝缘介质、绕组到达外部的测量装置，必然受到绕组结构传播特性的多种影响，具体表现为造成信号幅值的衰减、波形的畸变、时延等现象，这些影响跟脉冲传播的距离和路径存在较强的关系，这就使得根据检-N N 的放电信号估算放电强度，进而判断故障类型、分析故障严重程度以及对故障进行定位发生困难。显然这一困难的解决完全依赖于对放电脉冲在绕组中传播规律的认识。另外从信号与系统的角度来看，变压器绕组及其在线监测设备可以看成是一个复杂的系统，而监测到的信号就是该系统对局部放电电流脉冲的响应。变压器在实际的运行中要受到电磁、热、机械力等的作用，沿绕组长度的

23、各处都有可能产生局部放电，同时，不同的局部放电类型会产生不同的激励信号，这使得分析局部放电信号的传播特性变得非常复刹7 9 1 1 1 0】【1 2】。因此，建立符合局部放电信号传播的变压器绕组模型，是对局部放电信号传播特性研究的关键1 9】【1 0】。以往研究的变压器绕组局部放电的传播特性都是基于在真实变压器注入电流脉冲信号，用示波器观察信号监测端的波形来分析局部放电的特性诸如局部放电的探测、精确定位、视在放电量的大小等【l。由于变压器绕组结构的不同，要求能够了解变压器绕组中的哪些参数对绕组的频率特性有影响，通过真实变压器的局部放电试验是既困难又不经济的事。而通过仿真试验，建立符合局部放电信

24、号传播的变压器绕组模型，对局部放电信号传播特性研究是既经济又有效的【”J。因为现有的局部放电在线监测系统在有些变电站运行十分良好，而在有些变电站运行很不理想。究其原因很多，一般认为由于脉冲电流传感器的频带是固定的，而电力变压器的绕组形式不尽相同，导致在有的变电站运行不错，而有的变电站则非常糟糕。这就要求我们清楚地了解局部放电信号在电力变压器内部是如何传输?如何通过变压器绕组进入我们的测试系统?变压器外联2重庆人学硕士论文1 绪论网络对局部放电信号传播的影响又是如何【1 5】【1 6】?传感器的安装位置和传感器的带宽又是怎么确定的?所以，在现有研究成果的基础上，对局部放电信号在大型电力变压器及其

25、外联网络中的传播特性进行仿真研究是非常必要的，具有重要的学术意义和实用意义。另外，局部放电所激发的电磁波在变压器中的传播是机理如何?这直接影响超高频(U H F)局部放电检测的有效性和准确性。1 3 电力变压器局部放电的研究现状局部放电是导致电力变压器绝缘劣化的重要原因。自2 0 世纪中期起，人们就开始对局部放电作了较深入的研究，并取得了很大的进展。随着电力系统的发展和电压等级的提高，局部放电已经成为电力变压器绝缘劣化的重要原因，因而局部放电的检测和评价也就成为绝缘状况监测的重要手段1 1 7 1 1 1 8 1。因此，无论是研究机构、制造厂商，还是电力系统运行部门，都愈来愈关心局放检测技术的

26、发展，并广泛地把局部放电检测作为质量监控的重要指标。目前，对于电力变压器内部发生的局部放电，人们已基本能通过采用多种检测手段检测到。随着数字信号处理技术的迅速发展，对淹没在各种干扰下的放电脉冲的提取也较容易做到，提出了多种抗干扰技术。对于变压器制造厂家和现场监护人员来说，在确定变压器内部存在局部放电后，快速准确地对局放源定位，这对于迅速排除故障、保障电力系统的正常运行。1 3 1 检测电力变压器局部放电的方法电力变压器局部放电在线监测在国内外都有广泛地研究，从整个行业系统来看，国外如日本、加拿大、美国、德国已有局部放电在线监测系统投入运行，取得了良好的效果。在国内，也有许多研究的成果应用到实际

27、当中，如由清华大学和吉林省电力科学研究院合作研制的变压器局部放电在线监测系统。局部放电的检测都是以局放所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的物理量来表征局放的状态。电力变压器局放过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及生成一些新的生成物，并引起局部过热。因此，相应的出现了电脉冲检测法、超声波检测法、光测法、化学检测法、红外检测法等多种常见的传统检测方法。近几年来，局放检测在数字化测量、超高频叫H F)检测等方面有了较快的发展1 4 1 1 伸1 1 2 0 1。脉冲电流法是通过检测阻抗、检测电力变压器套管末屏接地线、外壳接地线、铁心接地线以及绕组中由于局放引起的脉冲电流，获得视在放电量

28、f 2”。它是研究最早、应用最广泛的一种检测方法，I E C 对此制定了专门的标准。检测变压器局放脉冲的电流传感器通常用罗哥夫斯基线圈制成。电流传感器按频带可分为窄带和宽带两种，窄带传感器频宽一般在1 0 k H z 左右，中心频率在2 0 3 0 k H z 之间或更高，具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点，但输出波形严重畸变；宽带传感器3重庆大学硕十论文1 绪论带宽为1 0 0 k H z 左右或更宽，中心频率在2 0 0,-4 0 0 k H z 之间，具有脉冲分辨率高等优点，但信噪比低。该方法的主要缺点是：(1)由于检测阻抗和放大器对测量的灵敏度、准确度、分辨率以及动态范围等都有影响，因此

29、当试样的电容量比较大时，受耦合阻抗的限制，测试仪器的测量灵敏度也受到了一定的限制；(2)测试频率低，一般小于1 M H z，因而包含的信息量少；(3)在离线状态其灵敏度较高，而现场中易受外界干扰噪声的影响，抗干扰能力差。超高频(U H F)局部放电检测是针对传统检测方法的不足，近几年出现的一种新的检测方法超高频(u H F)检测法【2 2 2 5 1。超高频局放检测通过传感变压器内部局部放电所产生的超高频(3 0 0 3 0 0 0 M H z)电信号，实现局部放电的检测和定位，并实现抗干扰。每一次局部放电都发生正负电荷中和，伴随有一个陡的电流脉冲，并向周围辐射电磁波。试验结果表明：局部放电所

30、辐射的电磁波的频谱特性与局放源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。当放电间隙比较小时，放电过程的时间比较短，电流脉冲的陡度比较大，辐射高频电磁波的能力比较强；而放电间隙的绝缘强度比较高时，击穿过程比较快，此时电流脉冲的陡度比较大，辐射高频电磁波的能力比较强。变压器油隔板结构的绝缘强度比较高，因此变压器中的局部放电能够辐射很高频率的电磁波，最高频率能够达到数G H z。研究表明，变压器中局部放电脉冲上升沿时间基本数纳秒，因此，它发射的电磁波中超高频分量相当丰富。这些超高频成分可以用电容传感器或超高频天线加以接收。声测法、光测法和化学检测等非电检测法，由于其抗干扰性好、受电气特性影响不大且操作方

31、便，因而在未来的检测中将会有进一步发展1 4J。目前，声测法作为主要的辅助测量手段，随着对局放超声波测量研究的深入，有可能定量地分析放电强度，从而有可能形成从检测到定位的局放判别标准。光测法在未来的局放检测中也将起到定的作用，随着光纤技术及光纤传感器的发展，该方法作为其它方法的辅助还是有一定意义的。化学检测在变压器故障诊断(特别是在线监测1 中有着极其广泛的应用，形成的模式识别系统也有了较大的发展，可实现故障的自动识别，随着研究的进一步深入，未来建立统一的判断标准对故障诊断将有极大的推动作用。脉冲电流法是目前国际上唯一有标准的局放检测方法，尽管测量频率低、频带窄、信息量少，但依据1 E C 2

32、 7 0 标准进行测量，所得数据具有可比性，目前是不可替代的。随着科技的发展，信号分析技术(神经网络、指纹分析、专家系统、模糊诊断、分形等)越来越多地应用到变压器局部放电检测中，对那些按I E C 2 7 0 标准测量得到的放电数据，进行模式识别和绝缘剩余寿命评估，推动了局放检测技术的发展。射频(R F)检测给我们提供了一条新的途径可以通过检测远高于传统测量频率的局放信号来对电力变压器进行诊断，消除干扰的影响，从而实现局放4重庆大学硕十论文1 绪论脉冲信号精确提取。近几年发展起来的超高频法就是该思路的发展，利用超高频法研究变压器的局部放电，克服了传统的脉冲电流法测量频率低、频带窄的缺点，可以较

33、全面地研究局部放电的本征特征。尽管近年来对变压器局部放电进行超高频检测还处于初步探索阶段，但由于它的一系列潜在的显著优点，因而在局部放电检测(特别是在线检测)中将有广阔前景【2 6 2 9 I。U H F 法与脉冲电流法不同：脉冲电流法的频率测量范围一般不超过1 M H z，而U H F 法的频率范围为3 0 0 3 0 0 0 M H z。脉冲电流法中，将试品看作一个集中参数的对地电容，发生一次局部放电时试品电容两端产生一个瞬时的电压变化，通过耦合电容在检测阻抗中产生一个脉冲电流；而U H F 法中传感器并非起电容耦合的作用，而是接收超高频信号的天线。超高频局放检测技术近年来得到了较快地发展

34、，在一些电力设备(如G I S、电机、电缆、变压器)的检测中己经得到应用。由于G I S 的结构为用U H F 法进行局放测量提供了极为有利的条件，电磁波在其中以波导的方式传播，有利于局放信号的检测，因而该方法在G I S 局部放电在线检测中起着极为重要的作用，其灵敏度可达到l p C 3 0 I D 。U H F 法在电机、电缆中也有较成功的应用，有的己形成产品。对电力变压器而言，局部放电发生在变压器内的油隔板绝缘中，由于绝缘结构的复杂性，电磁波在其中传播时会发生多次折反射及衰减，同时，变压器内箱壁也会对电磁波的传播带来不利影响，这就大大增加了局部放电超高频电磁波检测的难度，所以，深入研究油

35、一隔板绝缘和箱壁对超高频电磁波传播机理的影响是十分必要的。超高频检测和数字化测量两者的结合，在未来的变压器局放检测中将会发挥重要作用1 8 1 1 2 引。研究变压器中各种典型局放类型在超高频中的特征，建立变压器局放指纹库，利用数字化测量的处理方式，可实现局部放电的自动识别。要实现以上检测思路，应解决以下关键技术：研制超高频局部放电传感器；研制超高频局部放电测试系统；研究超高频局放信号的实时高速采集技术；研究干扰的抑制和局放信号的提取技术；研究超高频局放信号的放电量标定问题；建立变压器超高频放电指纹库。无疑，该方法在未来的应用将有助于推动电力变压器局部放电检测理论和技术的发展，提高绝缘诊断的准

36、确性和可靠性。1 3 2 局部放电在线检测的抗干扰技术广义的电磁干扰除了包括与局放信号一起通过电流传感器进入监测系统的干扰以外，还包括影响监测系统本身的干扰，诸如接地、屏蔽、以及电路处理不当所造成的干扰等，后者可通过改进系统设计、合理选择电路和元器件、提高系统制作水平等加以解决。现场电磁干扰特指前者，是研究重点I j2 J I j。按时域信号特征电磁干扰可分为连续性的周期型干扰、脉冲型干扰和白噪声。5重庆人学硕士论文I 绪论周期型干扰包括系统高次谐波、载波通讯以及无线电通讯等：脉冲型干扰分为周期脉冲型干扰和随机脉冲型干扰。周期脉冲干扰主要由可控硅动作(直流电源整流和调相机励磁整流1 以及地网中

37、的脉冲干扰产生。随机脉冲型干扰包括高压线路上的电晕放电、其他电气设备产生的局部放电、分接开关动作产生的放电、电机工作产生的电弧放电、接触不良产生的悬浮电位放电等；白噪声则包括线圈热噪声、地网的噪声和动力电源线以及变压器继电保护信号线路中耦合进入的各种噪声等【2 1】1 3 4 J。而按频带特征可分为窄带干扰(如周期型干扰)和宽带干扰(如脉冲型干扰和白噪声)。电磁干扰一般通过空间直接耦合和线路传导两种方式进入测量点。测量点不同，干扰耦合路径会不同，对测量的影响也不同；测量点不同，干扰种类、强度也不相同。变压器局放监测点选取的原则是局放信号强度大、信噪比高，且测量简便。主要有外壳接地线和套管末屏接

38、地线，有的还选择中性点接地线、铁心接地线和高压出线端等。有时为了抑制干扰，还从变压器动力电源线处测量参考的干扰信号。由于中性点和高压出线端安装传感器较为不便，且有的变压器铁心内部接地，故监测系统多选择外壳和套管末屏接地线作为测量点。干扰的抑制总是从干扰源、干扰途径、信号后处理三方面考虑。找出干扰源直接消除或切断相应的干扰路径，是解决干扰最有效最根本的方法，但要求详细分析干扰源和干扰途径，且一般不允许改变原有的变压器运行方式，因此在这两方面所能采取的措施总是很有限。对于经电流传感器耦合进入监测系统的各种干扰，采取各种信号处理技术加以抑制。一般从以下几方面区分局放信号和干扰信号：工频相位、频谱、脉

39、冲幅度和幅度分靠、信号极性、重复率和物理位置等，并据此提出了大量的抗干扰技术 3 5-3 7】。在抗干扰技术中有两种不同的思路：种是基于窄带(频带一般为1 0 至1 0k l-l z)信号的。它通过合适频带的窄带电流传感器和带通滤波电路拾取信号，躲过各种连续的周期型干扰，提高了测量信号的信噪比。这种方法只适合某一具体的变电站，使用上不方便。此外，由于局部放电信号是一种宽频带脉冲，窄带测量会造成信号波形的失真，不利于后面的数字处理。另一种是基于宽频(频带一般为1 0 至1 0 0 0k H z)信号的处理方法。检测信号中包含局放的大部分能量和大量的干扰，但信噪比较低。对于这些干扰的处理步骤一般是

40、：抑制连续周期型干扰；抑制白噪声干扰；抑制周期型脉冲干扰；抑制随机型脉冲干扰。随着数字技术的发展及模式识别方法在局放中的应用，这种处理方法往往能取得较好的效果。依据上述两种思路，可以获取不同信噪比的检测信号。在后级处理中，很多处理方法是一致的。可归纳为频域处理和时域处理方法。频域方法是利用周期型干扰在频域上离散的特点处理之；而时域处理方法是根据脉冲型干扰在时域上离散的特点处理。有硬件和软件两种实现方式。下面分别介绍。6重庆人学硕士论文1 绪论连续周期型干扰信号的抑制周期型干扰也称之为窄带干扰，它在各类干扰中占有很大的比重，干扰的抑制和消除也应首先由此入手。由于它强度大、相位分布固定，因此大多采

41、用频域方法处理【3 8 I。主要包括F F T 阈值滤波器、自适应滤波器、固定系数滤波器和理想多通带数字滤波器(I M D F)等。窄带干扰抑制的算法较多，也较成熟。从应用效果来看，固定系数滤波器和理想多带通滤波器较理想。由于I M D F 在处理数据时需进行多次F F T 和I F F T，将化费大量计算时间，不利于实时处理。但根据I M D F找到的最佳监测频带，可以形成固定系数的有限冲激响应(F I R)数字滤波器直接在时域处理，简化了操作，加快了处理速度。上述方法均可通过软件或硬件线路来实现。虽然硬件滤波调节上不灵活，但经过现场试验选择最佳频带后，可有效抑制窄带干扰。软件方法虽然调节较

42、灵活，但存在实时运算速度较慢的缺点。白噪声干扰信号的抑制与局部放电信号混杂在一起的白噪声是一均值为0 的平稳随机信号，属于宽带干扰信号，用频域方法很难去除。美国数学家D o n o h o 和J o h n s t o n e 对消除白噪声的各种方法从理论和实际应用上都做了比较，认为基于F F T 的滤波方法不如基于小波的滤波方法【3 9 4 1 1。小波去噪一般采用S h r i n k a g e 技术，即设定一个门限值，把系数小于门限的值置为0，保留大于门限的值，再经反变换后可得到去噪后的信号。此方法具有实现简单、运算速度快、去噪效果好、波形失真小等优点。由于小波包分解是最优树分解，能量

43、比较集中，这样用S h r i n k a g e 技术滤波时，信噪比可得到进一步提高，故一般采用小波包方法去除白噪声。周期脉冲型干扰信号的抑制对于周期型脉冲干扰的抑制，主要有两类处理方法：模拟方法和数字方法。模拟方法包括差动平衡法、定向耦合法和参考信号法等；数字方法的原理是利用干扰和局放信号相位分布不同的特点进行处理。例如，G K o n i g 和U K o p f 提出一种方法：首先记录多个周期的信号，然后对每个周期同相位上的数据进行平均，以此构成模板同原始信号相减，从而消除周期型的干扰信号。此种方法当局放信号较少并且分布特点比较明确的时候去除干扰的效果较好，当局放信号多且强的时候效果不

44、好【3 8 I。印度的V N a g e s h 和B I O u r u r a j 提出一种方法【2”，它借鉴了生物信号处理的一些成果，其基本原理是从局放信号同周期型干扰信号具有不同的形状出发，首先进行数据分段，把脉冲从波形信号中分离出来，形成单个脉冲序列，利用F F T 算法在频域对各脉冲进行互相关计算，判断其相似度并按照一定的标准进行分组，根据这些组脉冲求取类信号模板，然后对每一类的信号在时域进行合成。分析发现，局放信号的相位较分散，而干扰的则非常集中。利用这一特点剔除周期型脉冲干扰信号类，把剩余的信号重构，可得到去除周期型脉冲干扰7重庆大学硕士论文1 绪论后的信号。随机型脉冲干扰信号

45、的抑制随机型脉冲干扰最难剔除。由于干扰和局放信号在频域内的特征具有相似性，因此现有的大量方法都是从时域考虑的。常用方法有硬件电路法、软件波形识别法和人工智能法。1 3 3 局部放电的定位技术局部放电的定位是根据局部放电过程中产生的电磁波、声、光、热和化学变化等现象，其定位方法有电气定位、超声波定位、光定位、热定位和D G A(D i s s o l v e dG a sA n a l y s i s)定位等【5】。目前，国内外研究最多、应用最广泛的是超声波定位法和电气定位法。超声波定位法是根据局部放电产生的超声波传播的方向和时间来确定放电位置的。而电气定位法则是根据局部放电产生的脉冲传播到测量

46、端的特性来确定放电位置的。下面对各种超声波定位法和电气定位法给以总结，并就实用中存在的主要问题及今后的发展趋势进行探讨。超声波定位法【4 l】当变压器内部发生局部放电时，会伴随有超声波能量的放出，超声波在不同介质(油纸、隔板、绕组、油等)中向外传播，到达固定在变压器油箱壁上的超声波传感器。通过测量超声波传播的时延时问，就能确定局放源的位置。油箱内部放电源产生的超声波穿过变压器油到达箱壁上的传感器有两条途径，一条是直接传播，即超声波穿过变压器油到油箱内壁，并透过钢板到达传感器，这部分超声波都是纵向波；另一条是先以纵向波传到油箱内壁，然后沿钢板按横向波传播到传感器，此波为复合波。因而，由波形读取时

47、延的时间也有两种读取法。由于超声波在钢板中的传播速度比在油中快得多，且在钢板中衰减很大，因此该波到达传感器的直达波的幅值通常比复合波大得多，如图1 1 所示。这样便可很容易地分辨出直达波，以该波为准读取时延的时间。直选渡Il i。|l 卜N?一飞llJ、1|y、图1 1 传感器接收到的直达波与复台波F i g 1 1D i r e c tw a v ea n dc o m p l e xw a v ec o u p l e db ys e f l s o r超声定位测量的关键参数：放电点至传感器之间声波的直接传播时间T 或放电点至两传感器之间声波传播的时间差t。声波的直接传播时间T 就是电、声

48、信8重庆大学硕十论文1 绪论号的时问差，该时阳J 差足以局部放电的电信号作为触发基准信号。同时测量出放电的电信号和声信号。此为电一声定位系统；在耦合于变压器油箱外壁上的多个超声波传感器中，选用一路声信号触发其余声信号。定位时选择某传感器为参考传感器，以此为基准，测量同一局部放电超声信号传播到其他传感器时对应于它的相对时差t。此为声一声定位系统。现场中常用的超声波定位方法有V 形曲线法、双曲面法和球面定位法。随着声波传播机理研究的深入，又出现了顺序定位法和模式识别法。电气定位法1 9】【1 3 1 1 4 2 I当变压器内部发生局部放电时，产生的放电脉冲沿绕组传播到达测量端，该放电脉冲包含了放电

49、特性和局放定位所需的有用信息，通过对放电脉冲进行分析，可以确定局放源的位置。早期的研究表明，通常情况下，变压器绕组普遍存在三个频率特性范围，如图1 2 所示：在不同频率范围内，变压器绕组的传输特性不同，具体为：在低频范围内(0 0 0 1 M H z)局-部放电信号的传输以电磁波形式为主：中频范围(O 0 1 O I M H z)以振荡形式为主；高频范围(O 1 1 0 M H z)以电容分量传输为主。因此，在测量端测得的局部放电信号通常由三部分组成，分别为：行波分量(O 0 0 1 M H z)，即以电磁波的形式传播的分量；振荡分量(O 0 1 O 1 M H z)，即由绕组的共振引起的分量

50、；电容性分量(O 1 1 0 M H z)，即通过电容梯形网络传输的分量。0 O o，tI o频辜“H z图1 2 变压器绕组的频率特性F i g 1 2 T h e f r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i co f t r a n s f o r m e r w i n d i n g根据变压器的以上各种电气传播特性原理建立起来的定位方法有许多种，传统的电气定位法有起始电压法、多端测量定位法、极性法、行波法、电容分量法等几种。随着对变压器绕组传输特性研究的深入以及数字滤波技术的发展，又出现了改进的电容分量法(与数字滤波技术相结合)a n 端点电流