1引言
變壓器內(nèi)部的絕緣在運行中，長期處于工作電 壓的作用下，特別是隨著電壓等級的提高，絕緣承 受的電場強度值將趨高，在絕緣薄弱處很容易發(fā)生 局部放電。局部放電時間雖短，能量也很小，但具有 相當大的危害性，它的長期存在，對絕緣材料將產(chǎn) 生較大的破壞作用。局部放電可使鄰近的絕緣材料 受到放電質(zhì)點的直接轟擊造成局部絕緣的損壞;由 放電產(chǎn)生的熱、臭氧及氧化氮等活性氣體的化學作 用 ，使局部絕緣受到腐蝕老化，電導增加 ，最終導致 熱擊穿。變壓器內(nèi)部絕緣的老化及損壞，多半是從 局部放電開始的。產(chǎn)生局部放電的原因是電場過于 集中于某點，或者說某點電場強度過大。 目前，檢測變壓器局部放電故障的主要方法是 脈沖電流局部放電量測量法(脈沖電流法)、超聲波 局部放電測量法(超聲波法)、電流傳感器檢測法和 油中氣體色譜分析法。隨著電網(wǎng)不斷擴展，提高電 氣設備的安全運行水平、開展對變壓器局部放電實 施在線監(jiān)測、結(jié)合智能化診斷的專家系統(tǒng)分析變壓 器絕緣狀態(tài)、及時確定絕緣缺陷的性質(zhì)就顯得越來 越重要 。
2超聲波檢測法
超聲波法是電力變壓器局部放電故障診斷的有 效手段之一，它可使局部放電測試技術向多元化方向 發(fā)展。利用超聲波法可精確地測出變壓器內(nèi)部的局部 放電故障點，并定性地測量局部放電的變化情況。
2.1 超聲波局部放電測試原理 近年來，超聲波技術檢測變壓器局部放電被大力 推廣，其特點是抗干擾能力相對較強，使用方便，可以 在變壓器運行中或耐壓試驗時檢測絕緣內(nèi)部的局部 放電，適合預防性試驗的要求。變壓器在運行中出現(xiàn) 局部放電時，伴隨產(chǎn)生電脈沖、超聲波、光、熱和化學 變化等現(xiàn)象，并存在高頻的電氣擾動，向所有與其有 連接電氣回路傳播。利用安裝在變壓器端子上的探測 器接到放電信號，就可對變壓器局部放電進行定量檢 測。同時，變壓器在局部放電過程中，伴隨著爆裂狀的 聲發(fā)射，產(chǎn)生超聲波，且很快向四周介質(zhì)傳播，通過安 裝在變壓器油箱外壁上的超聲波探測器，將超聲波信 號轉(zhuǎn)換為電信號，對變壓器內(nèi)部的局部放電進行測 量，此即為變壓器超聲波局部放電測量法。
2.2 超聲波探測器 超聲波探測器的工作原理是當變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時，在放電處產(chǎn)生超聲波，并向四周傳播， 一直達到變壓器設備的表面。在設備的外壁處安裝 壓電元件，在超聲波作用下，壓電元件的兩個端面 上會產(chǎn)生交變的束縛電荷，引起端部金屬電極上電 荷的變化(或在外回路中引起電流)，因此，可由檢 測到的電信號來判斷變壓器內(nèi)部是否發(fā)生局部放電。聲電換能器及前置放大器組裝成探 頭 ，聲電換能器包含兩片鋯鈦酸鉛壓電元件，其后 面粘薄銅片作電極，連接前置放大器。對前置放大 器的要求是低噪聲和寬頻帶，能將 V級輸入信號 方義大 ，前置放大器的輸 出端經(jīng)光纖電纜與探測器的 其他部分相連，以防止干擾。調(diào)諧放大器的頻率范 圍由于局部放電，在氣體中產(chǎn)生的聲波頻率約幾 kHz，在液體和固體中產(chǎn)生的聲波頻率約幾十到幾 百 kHz?變壓器鐵心的噪聲在低頻領域，其噪聲水平 較高，機械振動的噪聲大多在 20kHz以下。超聲波 局部放電的檢出，應避開干擾頻率范圍而以高頻率 為對象。但頻率越高，聲波在傳送過程中的衰減越 大。因此超聲波局部放電檢出的頻率一般在數(shù)十到 數(shù)百 kHz。測試頻帶應選用 40kHz～300kHz。A/D轉(zhuǎn) 換器可將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。
2.3 超聲波局部放電檢測法超聲波法是用安裝在變壓器油箱壁上的超聲波探測接收信號，通過信號大小的比較分析，對變 壓器內(nèi)部局部放電進行定性測試，還能對放電點所 處的空間位置進行確定，并具有在線條件下對變壓 器內(nèi)的局部放電進行檢測等優(yōu)點。它的檢測結(jié)果給變壓器的故障分析及處理提供信息，這一方法可避 免現(xiàn)場各種電氣信號的干擾。通過在線超聲波局部放電檢測，可實時地監(jiān)視變壓器局部放電狀態(tài)。因此超聲波局部放電檢測是變壓器放電性故障測量及帶電監(jiān)測的一種較好的方法。但該方法有一定的 局限性，當放電源位于變壓器繞組表層時測試是有效的;當放電源位于變壓器絕緣深處時，信號將難以收到。對于同時出現(xiàn)的多點放電，如何判斷超聲 信號的大小以及如何區(qū)分其超聲信號，仍需要做進一步的工作。
3電流傳感器檢測法
應用電流傳感器(CT)對變壓器局部放電(PD)進行在線監(jiān)測。由于變壓器在現(xiàn)場局部放電信號常 受到各種因素干擾的影響，以致難以得到確切的結(jié) 果。在研究中面臨的問題是如何選擇電流傳感器、如 何有效的抑制干擾以及如何取得可靠的PD信號。
3.1 PD的監(jiān)測 對于電流傳感器的選用，首先考慮到干擾信號 的頻率范圍，采用環(huán)形 、開 口結(jié)構 ，且 自積分式有源寬帶超高頻電流傳感器，其靈敏度為 8 V/ A～ 101xV/IxA，測量頻率為 10kHz-250kHz，帶寬為 300Hz。傳感器用羅可夫斯基線圈制成，與被測 變壓器僅有磁耦合，而無電氣連接，符合在線 檢測要求，易于安裝在變壓器各個部位。單相 500kV變壓器PD監(jiān)測系統(tǒng)電流傳感器的安裝位置 (對于其他類型的變壓器可參照本設置)。 500kV單相變壓器，每臺安裝 5個電流 傳感器，CT安裝的位置分別為500kV套管末屏、鐵 心、夾件及中性點接地引下線、外殼地線。傳感器的 安裝不改變變壓器原有的運行機制，對于變壓器外 殼要求必須一點接地，否則將很大程度地降低監(jiān)測 靈敏度、引人大量干擾，且不利于在線標定。由于變 壓器 PD的現(xiàn)場干擾源的相異性及復雜性，所以目 前使用的電流傳感器從被測點選位分析，選擇靠近 變壓器內(nèi)部容易出現(xiàn)放電的位置，如高壓套管、套管 底座和分接開關等處。 應用電流傳感器取得可靠PD信號，再通過信 號處理器、A/D轉(zhuǎn)換器和 TPDES計算機應用程序 (變壓器局放診斷專家系統(tǒng))，得到判斷結(jié)果。變壓器 電流傳感器在線監(jiān)測結(jié)構模型。
3.2 PD干擾的抑制 變壓器運行的電磁環(huán)境比較復雜，電流傳感器檢測到的信號PD受到嚴重干擾，并導致檢測系統(tǒng) 的靈敏度和可靠性下降。對變壓器局部放電特別是電流傳感器的研究以及如何有效地排除干擾，成為研究領域的重要課題，所謂抗干擾即指抑制通過變 壓器各測量點的電流傳感器進入監(jiān)測系統(tǒng)的干擾 信號。有效抑制干擾是成功使用電流傳感器的保 證，變壓器局部放電在線監(jiān)測所面臨的干擾信號多種多樣，按干擾信號的來源分可分為兩大類 ：一類是監(jiān)測系統(tǒng)本身造成的干擾，另一類是由電站中各 種設備產(chǎn)生的干擾;按頻帶可分為窄帶干擾和寬帶干擾;按時域信號特征可分為連續(xù)的周期性干擾、脈沖型干擾和白噪干擾。由于干擾的多樣性，需要 針對不同的干擾因素，采用不同的措施。具體的說，抗干擾的研究可歸納為硬件和軟件兩個方面，并加 以綜合運用，達到抑制干擾的目的。當然，直接消除 干擾源、切斷干擾途徑是解決問題的首選。針對因系統(tǒng)自身設計不當造成的各種噪聲等 通常采取的措施為：系統(tǒng)結(jié)構的改進、合理設計電 路、增強屏蔽、提供一點接地、CT的安裝采用“直接 插入定位法”，并選用干擾平衡裝置等加以消除。對 于由電站產(chǎn)生的干擾，通常采用增強電磁屏蔽、電 源濾波和單獨接地等方法進行抑制(其中電磁屏蔽 最為重要，效果也較明顯)。在監(jiān)測系統(tǒng)硬件上采取 了良好的屏蔽措施、光電轉(zhuǎn)換及光信號傳輸，可有 效的抑制干擾，準確提取 PD信號。針對周期性干擾：在硬件上選用檢測變壓器PD 的超寬頻(UWF)和超高頻(UHF)電流傳感器(PD的 超高頻特征、PD值定標、PD定位和超高頻傳感器)， 可有效地解決在線監(jiān)測現(xiàn)場干擾問題。在軟件上則 采用各種數(shù)學濾波的方法;對于脈沖型干擾可采用 模擬方法，在硬件上利用差動平衡電路和脈沖極性 鑒別電路消除干擾 ，對相位固定的周期性脈沖干 擾，在軟件上可進行時域開窗消除;對于白噪干擾， 在軟件開發(fā)中，小波理論的發(fā)展為抑制與分辨白噪 提供了有利的工具，利用由Donoho提出的閾值法 (基于小波變換限值 的去噪法 )能有效地從 白噪 中 提取 PD信號。綜上所述，以軟件方式處理干擾信 號，具體包括以下步驟：數(shù)學濾法(剔除周期性載波 干擾);小波變換 (濾除隨機噪聲);脈沖分類算法 (分離周期性脈沖);差動平衡(濾除外部放電脈沖干擾);電一聲信號(相關映射處理)。目前， 應用電流傳感器檢測變壓器局部放電尚 存在抑制干擾不理想等諸多問題 ，隨著對 變壓器局部放電研究的深入，各種硬件設 備性能的提高和軟件的進一步開發(fā)，使局 部放電干擾問題很好地得到解決。http://www.whtlhgdq.com/product/
