局部放(fàng)電試驗中(zhōng)的幹擾-國浩電氣
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局部放電試(shì)驗中的幹擾

發布(bù)時間:2021-04-16 02:37:31人氣(qì):

局部放電所產生的脈衝信號十分微弱(ruò),如果(guǒ)存在各種幹擾信號,而在現場試驗中這(zhè)些幹擾信號的強(qiáng)度甚至遠遠大於(yú)局放脈衝的強(qiáng)度,並且有些外部電暈或者電(diàn)弧的放電信號和周期與局放信號相似,所以這些幹(gàn)擾的存在將(jiāng)會給(gěi)采集和測(cè)量帶(dài)來很大的麻煩。所以這就要求成版人APP网站在試驗中能準確判斷幹擾源,並采取有效地措施抑製(zhì)。

在現場試驗中,最大的幹擾就(jiù)是測試(shì)的背景噪聲,所(suǒ)以國標中也有要求(qiú),背景噪聲不得超過要求(qiú)放電量的50%。因此在條件允(yǔn)許的情況下盡量使試驗現場保持空曠,沒有金屬物(wù)體和運行的(de)設備。試驗環境中如有無線信號、電焊機的使用產生的脈衝都有可能通(tōng)過回路耦合到檢測阻抗上。附近的高壓線塔、所用變電(diàn)源進線等高壓設備產生的諧波會對試(shì)驗電源盡進行幹擾,也會影響信號采集。試驗時在整個試驗回路承(chéng)受著高電壓,除了被試變壓器的(de)放電(diàn)外,其他的放電也(yě)會造成幹擾,如高壓電暈(yūn)、接觸不良、中(zhōng)間變壓器等設備的放電(diàn)或者是空間的(de)懸浮金屬導體。

幹(gàn)擾存在分為以下兩種情況:(1)在試驗回來(lái)未通電前就存在的幹擾,其來源主(zhǔ)要是試驗(yàn)回(huí)路(lù)以為的其他回路中的開關操(cāo)作、附(fù)近高壓電場、電機整流和無線電傳輸等;(2)試(shì)驗回路(lù)通電後產生的幹擾,但又不是來自(zì)試品內(nèi)部的幹擾,這種幹擾通常隨電壓(yā)增加而增大,包括試驗(yàn)變壓器本身的局部放電、高壓導體(tǐ)上的電暈或接觸不良(liáng)放電(diàn)以及低壓電源側局(jú)部(bù)放電、通過(guò)試驗(yàn)變壓(yā)器或其他連線耦合到測(cè)量回路中引起的幹擾等。

總結(jié)歸納,幹擾的類型可分為電源幹擾、接(jiē)地係(xì)統(tǒng)幹擾、電磁輻(fú)射幹擾、試驗設備(bèi)各元器件(jiàn)的放電幹擾及各類的接觸幹擾。

1. 電源幹擾(rǎo)。
檢測儀與(yǔ)試驗變壓器所用的電源是與低壓配電網相連的,配電網內的各種高頻信號均能(néng)直接產生幹擾。
2. 接地幹擾。
接(jiē)地方式不當,在多點接地的接地網係統中,各(gè)種高頻信號經過接(jiē)地(dì)線耦合到(dào)試驗回(huí)路產生幹擾。
3. 電磁輻射(shè)幹擾。
鄰近高壓帶電設備或(huò)高壓輸電線路,無線電發射器及其他諸如可控矽、電刷等試驗回路以外的高頻信號均會以電磁感(gǎn)應、電磁輻射
的形式經雜散電容或雜散電感藕(ǒu)合到試驗回路。波形與被試變壓器(qì)內部放(fàng)電不易區分(fèn),對現場測量影響較(jiào)大。
4. 懸(xuán)浮電位放電幹擾。
鄰(lín)近試驗(yàn)回路的不接地金(jīn)屬(shǔ)物產生的感應懸浮電(diàn)位放電,也是常見的一種幹擾。
5. 電暈(yūn)放電和各連接接觸放(fàng)電的幹擾。
電暈放電產生於試(shì)驗回路位於高電位的導電部分,例如被(bèi)試變壓器的(de)法蘭、金(jīn)屬蓋帽、高壓引線端等尖端部分。試驗回路中由於各連接處(chù)接觸不良也(yě)會產生接觸放電幹擾。
6. 勵磁變壓器的內部放電幹擾。
這種放電也容易和視(shì)頻內部放電相混淆。所以要求試(shì)驗中的勵磁變壓器(qì)的局部放電水(shuǐ)平控製在一定的允許量以下。

了解了各種幹擾源,那麽在(zài)試驗中才(cái)能根據(jù)不(bú)同的幹擾(rǎo)源采取(qǔ)不同的措施。而如何根據測試波形判(pàn)斷何種幹擾源以便(biàn)采取措施也是試驗的難點。眾所周知,采用脈衝電流法測量(liàng)的變壓器局放脈衝信號,通常顯示在示(shì)波屏的李育沙(橢圓)基線上。隨著試驗電壓的增加,脈(mò)衝的幅值和密度(dù)都有所增加,根據這一特(tè)點,可以將部分幹擾(rǎo)信(xìn)號排除。以下介紹一下幾種典型的局部放電圖譜,用於判斷幹擾源的類(lèi)型:

1. 懸浮電位放電
在電場(chǎng)中懸浮的金屬導體(tǐ)之間或者金屬導體(tǐ)與懸浮(fú)物(wù)之間(jiān)的放電。這(zhè)種(zhǒng)放(fàng)電(diàn)幹(gàn)擾波形有兩個特點:1、正負兩邊脈衝等幅等間隔(gé)且頻率(lǜ)相同(tóng)。2、脈衝成對出(chū)現,對於對之間間隔相同。有時候(hòu)會在基線上往複移動。如下(xià)圖:

懸浮放(fàng)電圖譜
懸(xuán)浮放電圖譜

這種幹擾(rǎo)信號雖然也會出現在峰值(zhí)電壓之前,但明(míng)顯的不屬(shǔ)於介質內部放電的情況(kuàng)。這種放電不僅幅值很大,而且近似相等,它們成對(duì)或者呈(chéng)間隔排列,放電脈衝穩定不動(dòng)。當電壓增加時,放電間隔縮小,脈衝個數增加(jiā)。這(zhè)類信號有時(shí)在很低的電(diàn)壓下(xià)就(jiù)出現,有時候隻到很高的電壓才出(chū)現,這決定於懸浮導體接觸不良的程度和離帶電體的距離(lí)遠近。

2. 試品內部或者試驗(yàn)回路的接觸不良
這種放電波形是位於試驗電源零位的不規則的幹擾脈(mò)衝,振幅(fú)基本相等,與電壓成比例。如圖:
接觸(chù)不良放電脈衝圖譜
接觸(chù)不良放電脈衝(chōng)圖譜

 
這種幹擾造成(chéng)的放(fàng)電量與電壓成正比,如果(guǒ)接觸處導通良好則能是幹擾完全消除。

3. 回路中鐵芯磁飽和產生的幹擾,原因(yīn)有:磁密過高(gāo);與回路(lù)電容發生諧振;檢測儀頻帶在低限下頻率的不穩定性。如圖:
諧振造成的脈衝圖譜
諧振造成的(de)脈衝圖譜

 
這種幹擾脈衝隨著電壓升高幅值增加,電壓回零即(jí)消失,與電壓持續(xù)時間無關。現場試驗比較容易排除的是固定幹擾、試驗電壓較低下的(de)幹擾。而(ér)試(shì)驗設備自身帶來的幹擾較難排除,因(yīn)為它們的波形與變壓器局放信號的波形較為類似,容易混淆且隨著試驗電壓的增加而增加(jiā),對於這類幹(gàn)擾一定要認真(zhēn)對待,防止誤判。

現有的各種抗幹擾技術主要歸(guī)納為根據頻域特征加以抑製的頻域開窗法、利用脈衝和幹擾的時域特征加以抑製的時域開(kāi)窗法和應用小波分析、根據放電脈衝和幹擾(rǎo)沿小(xiǎo)波分解尺(chǐ)度的傳(chuán)播特性不同來(lái)提取放電信號的時頻開窗(chuāng)法。在實際應用中往往(wǎng)更宜於根據幹擾的類型來選擇(zé)抗幹擾方法。

現場的幹擾根(gēn)據其(qí)時域特征的不同,可(kě)分為連續的(de)周期性幹擾、脈衝型幹擾和白噪三(sān)類,而脈衝型幹擾(rǎo)又可進一步(bù)分為周期型脈衝幹擾和隨機(jī)脈衝幹擾。由於這些幹擾的特征(zhēng)有很大的差別,因而需采(cǎi)取的抗(kàng)幹擾措(cuò)施也各(gè)不相同(tóng)。

1、頻域開(kāi)窗法
頻域方法大(dà)多用於抑製周期性幹擾,頻域方法可通過硬件(jiàn)電路或軟件方法(fǎ)來實(shí)現。硬件是通過選擇合適頻(pín)帶(dài)的窄帶電流傳(chuán)感器(qì)和采用(yòng)程控帶通濾波電路(lù),以(yǐ)躲過各種連(lián)續的周期性幹(gàn)擾。但它往往隻適合某一個具體的變(biàn)電站,使用上不靈活,並且在安裝前(qián)須經過細致的試(shì)驗以選擇(zé)最佳的(de)頻帶。此外,由於局(jú)放(fàng)是一種頻帶很寬的脈衝,窄頻帶測量隻能獲得(dé)其中很小一(yī)部分能量,並且造成檢測波形的嚴(yán)重畸變。因現(xiàn)場的幹擾頻譜較低(dī),用特高頻法能有(yǒu)效地抑製幹擾。該法已成功地用於GIS、變壓器、電力電(diàn)纜等(děng)的局放檢測中。
而軟件上則采用各種數(shù)字濾(lǜ)波方法,如FFT濾(lǜ)波、自適(shì)應濾波、非自適應濾波、多通帶(dài)濾波等濾波方法。通過對在變電站現場測(cè)得的幹擾信號分析,發現載波幹擾和無線(xiàn)電幹擾等(děng)窄帶幹擾占很(hěn)大比重,可采用多帶通濾波器來對此進行(háng)抑製,但由於局(jú)放信號很微弱,剩餘的百(bǎi)分之幾的幹擾信號仍(réng)將對局放檢測產生很大的影響。印度(dù)的V.Nagesh等人從幹(gàn)擾抑製比、波形畸變等方麵對(duì)各種數字濾波方(fāng)法作了評估,認為在各種方法中,使用級聯的二階IIR點陣陷波固定係數濾波器是最佳的方法,該濾波(bō)器具有對周期性幹擾(rǎo)抑製(zhì)比高、對局放脈衝波形畸變最小(xiǎo)、對脈(mò)衝幹擾穩定性好以(yǐ)及處理時間少等優點。但這種濾波器對於(yú)多諧波(bō)成分的周期型幹擾存在參數調(diào)整困難、濾波時間長、占用內存大等問題。不過相對來說,窄帶幹擾抑(yì)製的算法(fǎ)較多,也較成熟。而從(cóng)應(yīng)用效果來看,固定係數(shù)濾波器和理想(xiǎng)多帶通濾波器較理想(xiǎng)。

2、時域開窗法
對於周期(qī)型(xíng)脈衝幹擾(rǎo)的抑製,往往采用時(shí)域的方(fāng)法,主(zhǔ)要分(fèn)為模擬(nǐ)方法和數字方法兩類。模擬方(fāng)法主要有差動平衡法和脈(mò)衝極性鑒別法。二者都是利用在兩個測量點間外來脈(mò)衝同極性,而內部局(jú)部放電脈衝則表現出反極性(xìng)這一特征來(lái)抑製外部幹擾脈衝(chōng)的。
但(dàn)在實際應用(yòng)中,由於兩路脈衝幹擾的來(lái)源和途徑不(bú)同,導致兩路脈衝千擾在相位(wèi)、幅值(zhí)和波形上都有很大的差別,造成電路調整困難。另外,由於變壓器繞組為電感、電阻、電容組成的分布參數係統,傳播途徑比較複雜,也會導致測得的兩路脈(mò)衝不符合對幹擾極(jí)性相同、對局部放(fàng)電(diàn)極性相反的(de)規律(lǜ),無法有效地抑製幹擾。
有學者提出了多端調(diào)節一定向藕合差動(dòng)平衡的改進算法,但仍難以從根本上彌補其(qí)缺陷,因此實(shí)際應用中更側重於數字處理方法。此外還有一種較好的消除周期(qī)脈衝型幹擾的方(fāng)法,其基本原理是從局部放電信號與周期型脈衝幹(gàn)擾信號具有不同的形狀(zhuàng)出發,並利用局部放(fàng)電信號出現(xiàn)的相位較分(fèn)散,而幹擾的則較固定、集中這一特點(diǎn)來剔除周期型脈衝幹擾。該(gāi)算法還可用來研究脈衝時間間(jiān)隔分布以及識別變壓器中不同放電點引(yǐn)起(qǐ)的局放脈衝,有可能成為在線檢(jiǎn)測局部放電數字處理的(de)一種通用算法。

3、時頻開窗法
時頻開窗法是根據放電脈衝和幹擾沿小波分解尺度的傳播特性不同來提取放電信號。白噪(zào)聲(shēng)在時域中表現為無規律的隨機脈動,在頻域中則表現為在整個(gè)頻帶上均勻分布,因而單從頻(pín)域或時域都不利於有效地抑製(zhì)白噪聲。小波去噪算法的出現較有效地解決了這一難(nán)題。
目前小波(bō)去噪算法主要有模極(jí)大值法和闌值法兩類。模極大值法是由Mallat首先提出的。他通過理論分析發現,白噪和(hé)信號的小(xiǎo)波變換係數的模極大值沿尺(chǐ)度具有不同的傳遞特性,因而可根據這種差別(bié)來濾除(chú)白(bái)噪(zào)。然而(ér)這種(zhǒng)方(fāng)法在具體的實現過程中需要進行十幾次交錯投影,不僅計算速度慢,而且(qiě)算法也不夠穩定。另外,模極大值點的確定具有很(hěn)大的主觀性(xìng)和隨機性,因而實際應(yīng)用並不多。Donohn和他的(de)同事在統計估計(jì)理論研究的基礎上(shàng),提出(chū)了(le)一種(zhǒng)基於小(xiǎo)波變換門限值的(de)去(qù)噪方法閡值法,並對此進行了一係列深入的研究。該方法對去除(chú)白噪和載波幹擾都比較有效,而且容易實現,運算量小。然而在這一算法的具體應用(yòng)過程中,需要考慮小(xiǎo)波分解和重構算法、小波(bō)函數、分解尺度以及門限值的選擇等問題,選擇不當將(jiāng)極大地影響去噪的效果。
    
4、模式識別法
由於(yú)隨機脈衝幹擾與局(jú)部放電信號的特征(zhēng)非常相似,有些就是外部的放電信號,因此很難用一般的(de)方(fāng)法進行抑製(zhì),目前主要采用邏輯(jí)判(pàn)斷和模式識別的方法。邏輯判斷主(zhǔ)要是(shì)前麵介紹的(de)用於抑製(zhì)周期型(xíng)脈衝幹擾的差動平(píng)衡法和脈衝極(jí)性鑒別法,它們隻能抑製外部耦合(hé)的(de)幹擾但由(yóu)前麵分析可知,效果並不很理想。
模式識別法則是根據不同(tóng)的脈衝具有不同的特征,通過各種識別方法,區分脈衝的類型,然後剔除幹擾脈衝。從目前的趨勢來(lái)看,模式識(shí)別法將可能成為抑製隨(suí)機脈衝幹擾的有效方法。但模(mó)式(shì)識別的實現依賴於指紋庫的建立,這就需要對各種局部放電(diàn)類(lèi)型和幹擾情況進行係統的分析和(hé)總結,同時特征參數的選擇是否合適、識別方法是否有(yǒu)效也將(jiāng)直接影響最(zuì)終的結果。

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