變壓器局部放電在線(xiàn)檢測(cè)中的抗干擾技術(shù)研究

李偉

[摘 要]近年來(lái)，變壓器局部放電在線(xiàn)檢測(cè)中的抗干擾技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從窄帶周期型干擾的抑制、固定相位脈沖干擾的抑制，以及白噪聲的抑制等方面就局部放電在線(xiàn)檢測(cè)中的抗干擾技術(shù)做了探討。

[關(guān)鍵詞]變壓器；局部放電；在線(xiàn)檢測(cè)；抗干擾

中圖分類(lèi)號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）20-0112-01

一、前言

作為變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)工作中的重要內(nèi)容，其抗干擾技術(shù)的關(guān)鍵性不言而喻。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升抗干擾技術(shù)的實(shí)踐水平，從而有效優(yōu)化變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的實(shí)踐水平。本文從概述相關(guān)內(nèi)容著手本課題研究。

二、概述

電力變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行中，變壓器中采用的絕緣材料的性能會(huì)出現(xiàn)較大的變化，如產(chǎn)生氣隙和不同種類(lèi)的分解物等，嚴(yán)重影響其絕緣性能。一旦變壓器中電場(chǎng)的強(qiáng)度增加到一定程度，就會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng)被擊穿的現(xiàn)象，從而引起變壓器局部范圍內(nèi)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，所以進(jìn)行放電信號(hào)的檢測(cè)能夠有效掌握變壓器的使用性能和質(zhì)量，也是變壓器在線(xiàn)檢測(cè)的重要內(nèi)容。變壓器工作過(guò)程中電和磁的轉(zhuǎn)換非常頻繁，其工作環(huán)境中也分布著大量的電磁信號(hào)，這都會(huì)對(duì)變壓器中的各種放電信號(hào)造成一定的影響，即干擾。再加上有時(shí)局部放電情況不是特別明顯，干擾信號(hào)的存在會(huì)嚴(yán)重影響放電信號(hào)檢測(cè)的質(zhì)量，導(dǎo)致變壓器狀態(tài)判斷和評(píng)估的失誤，因此必須對(duì)變壓器工作過(guò)程中的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，提高采集到的變壓器局部放電信號(hào)質(zhì)量，為變壓器運(yùn)行狀態(tài)的判斷提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

三、局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法

1.脈沖電流檢測(cè)技術(shù)

在使用的過(guò)程中，可以將被測(cè)設(shè)備當(dāng)做一個(gè)電容，如果存在內(nèi)部放電的現(xiàn)象，就會(huì)出現(xiàn)電流的回路，檢測(cè)人員可以根據(jù)電流信號(hào)的發(fā)出位置檢測(cè)到故障部位，但是該檢測(cè)技術(shù)也存在一定的缺陷。雖然具有較高的靈敏度，但是卻容易受到干擾，一旦外界對(duì)其進(jìn)行干擾，那么就會(huì)導(dǎo)致最終的結(jié)果存在差異性，不能有效的完成局部放電的檢測(cè)。

2.油中氣體分析（化學(xué)檢測(cè)法）

該方法一般適用于油浸式變壓器和電抗器。目前110kV及以上等級(jí)的大型電力變壓器及電抗器主要采用油紙絕緣結(jié)構(gòu)。絕緣油同時(shí)承擔(dān)著絕緣介質(zhì)和冷卻媒質(zhì)兩方面的作用。在熱和電的作用下，絕緣油會(huì)逐漸老化、分解而產(chǎn)生各種低分子烴、氫氣以及有機(jī)酸和石蠟等，當(dāng)變壓器內(nèi)有局部放電問(wèn)題時(shí)，這種油的裂解將會(huì)加劇。我們可以通過(guò)定期抽取變壓器油樣本并送人實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行色譜分析，借助于分析這些油中的生成物的成分及各自所占的比例可以了解在變壓器中局部放電的情況，

3.超聲波檢測(cè)技術(shù)

該技術(shù)是基于超聲波的原理進(jìn)行檢測(cè)的。主要的檢測(cè)方法為將原有的超聲波信號(hào)通過(guò)超聲換能器轉(zhuǎn)化為電氣信號(hào)，當(dāng)局部發(fā)生放電現(xiàn)象的時(shí)候，超聲波就會(huì)感應(yīng)到信號(hào)，但是這種情況下如果超聲波通道上存在其它介質(zhì)，就會(huì)對(duì)檢測(cè)的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，不同介質(zhì)對(duì)局部放電檢測(cè)結(jié)果的影響是不相同的。該檢測(cè)方法的不足之處是不能進(jìn)行大面積的檢測(cè)，同時(shí)檢測(cè)的靈敏度也會(huì)受到變壓器中絕緣材料的影響，而使檢測(cè)的結(jié)果大打折扣。

四、變壓器局部放電在線(xiàn)檢測(cè)中的抗干擾技術(shù)探討

1.窄帶周期型干擾的抑制

窄帶周期型干擾的抑制方法主要有閾值判斷法、小波變換法等。閾值判斷法基于快速傅立葉變換（FFT）。局放信號(hào)幅頻特性分布于幾乎整個(gè)頻域，呈現(xiàn)為較平坦曲線(xiàn)，而窄帶周期型干擾為尖峰狀脈沖波形，其幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)局放信號(hào)幅值。故以脈沖信號(hào)幅值超過(guò)某一閾值者為窄帶干擾脈沖，否則為局放信號(hào)脈沖。

如此簡(jiǎn)單地分離局放與窄帶周期型干擾信號(hào)的方法稱(chēng)為閾值直線(xiàn)法。閾值曲線(xiàn)法則是由競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的“勝者為王”策略[“1]突顯較強(qiáng)的通信干擾信號(hào)，較弱的局放信號(hào)銳減為零。曲線(xiàn)法比硬限幅的閾值直線(xiàn)法更靈活，信噪比提高，信號(hào)的畸變度改善。將幅頻特性曲線(xiàn)上獲得的窄帶干擾信號(hào)與原始信號(hào)相減，再傅立葉反變換返回時(shí)域即可獲得局放信號(hào)。傳統(tǒng)傅立葉變換是純頻域分析方法，無(wú)時(shí)域分辨率，故不太適于提取類(lèi)似局放脈沖這種突變信號(hào)。閾值濾波法的缺點(diǎn)是使原始局部放電能量損失較大，現(xiàn)場(chǎng)中干擾頻帶變化和新干擾譜線(xiàn)出現(xiàn)時(shí)，濾波器參數(shù)難以確定。

新的時(shí)域分析方法小波變換（用小波函數(shù)系逼近信號(hào)）在時(shí)域和頻域同時(shí)有良好的局部性，更適于處理非平穩(wěn)信號(hào)。利用小波變換分離局放信號(hào)（屬于非平穩(wěn)信號(hào)）和窄帶周期型干擾（屬于平穩(wěn)信號(hào)）已有多種算法，如二次小波變換、離散小波變換、小波反變換、小波包變換等。經(jīng)小波變換后平穩(wěn)信號(hào)隨尺度的增加迅速趨于零，而非平穩(wěn)信號(hào)在大部分尺度上都有較大幅值，故可通過(guò)平穩(wěn)—非平穩(wěn)濾波器辨識(shí)局放信號(hào)。

2.固定相位脈沖干擾的抑制

固定相位脈沖干擾可用自適應(yīng)數(shù)字濾波器剔除。變壓器局部放電在線(xiàn)檢測(cè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)有大量周期干擾，其頻率不可預(yù)知，難用固定系數(shù)的多通帶[“2]有限沖擊響應(yīng)FIR濾波器剔除。自適應(yīng)數(shù)字濾波器由帶時(shí)延的FIR多通帶[“3]濾波器與減法器組成，能利用周期型干擾和局放信號(hào)的自相關(guān)性不同區(qū)分兩者。這種濾波器能隨輸入序列的變化，按照某種誤差遞減的規(guī)則自行調(diào)整濾波器系數(shù)，使其對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的干擾頻帶，從而消除干擾。

此種周期脈沖干擾在每個(gè)周期的固定位置重復(fù)出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（一般>20μs）且幅度變化很?。欢植糠烹娦盘?hào)持續(xù)時(shí)間短，幅度和相位都具有一定的隨機(jī)性，據(jù)此可識(shí)別并剔除干擾：采集4個(gè)（為減少存儲(chǔ)容量和計(jì)算時(shí)間）工頻周期的信號(hào)，在信號(hào)包絡(luò)的基礎(chǔ)上分析（分析信號(hào)包絡(luò)比直接分析原信號(hào)更簡(jiǎn)單、易處理），信號(hào)的包絡(luò)通過(guò)一門(mén)限后，可獲得每個(gè)脈沖的起始相位。門(mén)限用一組信號(hào)絕對(duì)值的中間值除以0.6754獲得。但實(shí)踐中采樣頻率和帶寬是確定的，故設(shè)門(mén)限為一定值的結(jié)果更穩(wěn)定。以第1個(gè)工頻周期信號(hào)為參考信號(hào)，對(duì)其中的每個(gè)脈沖都和其余工頻周期內(nèi)的脈沖（稱(chēng)為處理信號(hào)）進(jìn)行相關(guān)性分析。

3.白噪聲的抑制

局部放電信號(hào)為非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，與其混雜在一起的白噪聲為均值0的平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，屬寬帶干擾。時(shí)域和頻域同時(shí)具有良好局部性的小波變換，使其從白噪聲中提取局部放電信號(hào)優(yōu)于FFT濾波法。小波去噪一般采用Shrinkage技術(shù)，即設(shè)定一個(gè)門(mén)限值，小于該值的系數(shù)置為0，保留大于該值的，經(jīng)反變換后即為去噪后的信號(hào)。此法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快、去噪效果好、波形失真小。由于小波包分解是最優(yōu)樹(shù)分解，能量比較集中，用Shrinkage技術(shù)濾波時(shí)，信噪比可進(jìn)一步提高。小波去噪法得到的信號(hào)和原信號(hào)之間的最大誤差正比于原信號(hào)信噪比的平方關(guān)系。該信噪比太小時(shí)，Shrinkage去噪法因誤差太大而無(wú)法使用，且現(xiàn)場(chǎng)中周期正弦干擾嚴(yán)重時(shí)，去白噪聲干擾應(yīng)置于去除周期正弦干擾之后，以免局部放電信號(hào)被誤為白噪聲給去掉。時(shí)典型電壓波形，工作氣壓1.5MPa?？梢?jiàn)開(kāi)關(guān)絕緣恢復(fù)性能良好，各次電壓波形幅值均勻，分散性小，歸一化標(biāo)準(zhǔn)偏差<1%。隨著氣壓的增加，自擊穿電壓和最小可控電壓基本上線(xiàn)性增加，同時(shí)開(kāi)關(guān)工作范圍也有所增加。[4]

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)變壓器局部放電在線(xiàn)檢測(cè)中抗干擾技術(shù)的研究分析，對(duì)于其良好監(jiān)測(cè)效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的實(shí)踐中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)該項(xiàng)過(guò)程中抗干擾技術(shù)的重視程度，并注重具體實(shí)施方法的協(xié)調(diào)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫強(qiáng)，董明，任重等.現(xiàn)場(chǎng)用GIS沖擊耐壓試驗(yàn)及局部放電檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)[J].高電壓技術(shù).2014（03）：639-644.

[2] 趙曉輝，楊景剛，路秀麗等.油中局部放電檢測(cè)脈沖電流法與超高頻法比較[J].高電壓技術(shù).2014（07）：1401-1404.

[3] 王偉，王贊，吳延坤等.用于油中局部放電檢測(cè)的Fabry-Perot光纖超聲傳感技術(shù)[J].高電壓技術(shù).2014（03）：814-821.