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局部放电试验中的干扰

发布时间:2021-04-16 10:37人气:

局部放电所产生的脉冲信号十分微弱,如果存在各种干扰信号,而在现场试验中这些干扰信号的强度甚至远远大于局放脉冲的强度,并且有些外部电晕或者电弧的放电信号和周期与局放信号相似,所以这些干扰的存在将会给采集和测量带来很大的麻烦。所以这就要求我们在试验中能准确判断干扰源,并采取有效地措施抑制。

在现场试验中,最大的干扰就是测试的背景噪声,所以国标中也有要求,背景噪声不得超过要求放电量的50%。因此在条件允许的情况下尽量使试验现场保持空旷,没有金属物体和运行的设备。试验环境中如有无线信号、电焊机的使用产生的脉冲都有可能通过回路耦合到检测阻抗上。附近的高压线塔、所用变电源进线等高压设备产生的谐波会对试验电源尽进行干扰,也会影响信号采集。试验时在整个试验回路承受着高电压,除了被试变压器的放电外,其他的放电也会造成干扰,如高压电晕、接触不良、中间变压器等设备的放电或者是空间的悬浮金属导体。

干扰存在分为以下两种情况:(1)在试验回来未通电前就存在的干扰,其来源主要是试验回路以为的其他回路中的开关操作、附近高压电场、电机整流和无线电传输等;(2)试验回路通电后产生的干扰,但又不是来自试品内部的干扰,这种干扰通常随电压增加而增大,包括试验变压器本身的局部放电、高压导体上的电晕或接触不良放电以及低压电源侧局部放电、通过试验变压器或其他连线耦合到测量回路中引起的干扰等。

总结归纳,干扰的类型可分为电源干扰、接地系统干扰、电磁辐射干扰、试验设备各元器件的放电干扰及各类的接触干扰。

1. 电源干扰。
检测仪与试验变压器所用的电源是与低压配电网相连的,配电网内的各种高频信号均能直接产生干扰。
2. 接地干扰。
接地方式不当,在多点接地的接地网系统中,各种高频信号经过接地线耦合到试验回路产生干扰。
3. 电磁辐射干扰。
邻近高压带电设备或高压输电线路,无线电发射器及其他诸如可控硅、电刷等试验回路以外的高频信号均会以电磁感应、电磁辐射
的形式经杂散电容或杂散电感藕合到试验回路。波形与被试变压器内部放电不易区分,对现场测量影响较大。
4. 悬浮电位放电干扰。
邻近试验回路的不接地金属物产生的感应悬浮电位放电,也是常见的一种干扰。
5. 电晕放电和各连接接触放电的干扰。
电晕放电产生于试验回路位于高电位的导电部分,例如被试变压器的法兰、金属盖帽、高压引线端等尖端部分。试验回路中由于各连接处接触不良也会产生接触放电干扰。
6. 励磁变压器的内部放电干扰。
这种放电也容易和视频内部放电相混淆。所以要求试验中的励磁变压器的局部放电水平控制在一定的允许量以下。

了解了各种干扰源,那么在试验中才能根据不同的干扰源采取不同的措施。而如何根据测试波形判断何种干扰源以便采取措施也是试验的难点。众所周知,采用脉冲电流法测量的变压器局放脉冲信号,通常显示在示波屏的李育沙(椭圆)基线上。随着试验电压的增加,脉冲的幅值和密度都有所增加,根据这一特点,可以将部分干扰信号排除。以下介绍一下几种典型的局部放电图谱,用于判断干扰源的类型:

1. 悬浮电位放电
在电场中悬浮的金属导体之间或者金属导体与悬浮物之间的放电。这种放电干扰波形有两个特点:1、正负两边脉冲等幅等间隔且频率相同。2、脉冲成对出现,对于对之间间隔相同。有时候会在基线上往复移动。如下图:

悬浮放电图谱
悬浮放电图谱

这种干扰信号虽然也会出现在峰值电压之前,但明显的不属于介质内部放电的情况。这种放电不仅幅值很大,而且近似相等,它们成对或者呈间隔排列,放电脉冲稳定不动。当电压增加时,放电间隔缩小,脉冲个数增加。这类信号有时在很低的电压下就出现,有时候只到很高的电压才出现,这决定于悬浮导体接触不良的程度和离带电体的距离远近。

2. 试品内部或者试验回路的接触不良
这种放电波形是位于试验电源零位的不规则的干扰脉冲,振幅基本相等,与电压成比例。如图:
接触不良放电脉冲图谱
接触不良放电脉冲图谱

 
这种干扰造成的放电量与电压成正比,如果接触处导通良好则能是干扰完全消除。

3. 回路中铁芯磁饱和产生的干扰,原因有:磁密过高;与回路电容发生谐振;检测仪频带在低限下频率的不稳定性。如图:
谐振造成的脉冲图谱
谐振造成的脉冲图谱

 
这种干扰脉冲随着电压升高幅值增加,电压回零即消失,与电压持续时间无关。现场试验比较容易排除的是固定干扰、试验电压较低下的干扰。而试验设备自身带来的干扰较难排除,因为它们的波形与变压器局放信号的波形较为类似,容易混淆且随着试验电压的增加而增加,对于这类干扰一定要认真对待,防止误判。

现有的各种抗干扰技术主要归纳为根据频域特征加以抑制的频域开窗法、利用脉冲和干扰的时域特征加以抑制的时域开窗法和应用小波分析、根据放电脉冲和干扰沿小波分解尺度的传播特性不同来提取放电信号的时频开窗法。在实际应用中往往更宜于根据干扰的类型来选择抗干扰方法。

现场的干扰根据其时域特征的不同,可分为连续的周期性干扰、脉冲型干扰和白噪三类,而脉冲型干扰又可进一步分为周期型脉冲干扰和随机脉冲干扰。由于这些干扰的特征有很大的差别,因而需采取的抗干扰措施也各不相同。

1、频域开窗法
频域方法大多用于抑制周期性干扰,频域方法可通过硬件电路或软件方法来实现。硬件是通过选择合适频带的窄带电流传感器和采用程控带通滤波电路,以躲过各种连续的周期性干扰。但它往往只适合某一个具体的变电站,使用上不灵活,并且在安装前须经过细致的试验以选择最佳的频带。此外,由于局放是一种频带很宽的脉冲,窄频带测量只能获得其中很小一部分能量,并且造成检测波形的严重畸变。因现场的干扰频谱较低,用特高频法能有效地抑制干扰。该法已成功地用于GIS、变压器、电力电缆等的局放检测中。
而软件上则采用各种数字滤波方法,如FFT滤波、自适应滤波、非自适应滤波、多通带滤波等滤波方法。通过对在变电站现场测得的干扰信号分析,发现载波干扰和无线电干扰等窄带干扰占很大比重,可采用多带通滤波器来对此进行抑制,但由于局放信号很微弱,剩余的百分之几的干扰信号仍将对局放检测产生很大的影响。印度的V.Nagesh等人从干扰抑制比、波形畸变等方面对各种数字滤波方法作了评估,认为在各种方法中,使用级联的二阶IIR点阵陷波固定系数滤波器是最佳的方法,该滤波器具有对周期性干扰抑制比高、对局放脉冲波形畸变最小、对脉冲干扰稳定性好以及处理时间少等优点。但这种滤波器对于多谐波成分的周期型干扰存在参数调整困难、滤波时间长、占用内存大等问题。不过相对来说,窄带干扰抑制的算法较多,也较成熟。而从应用效果来看,固定系数滤波器和理想多带通滤波器较理想。

2、时域开窗法
对于周期型脉冲干扰的抑制,往往采用时域的方法,主要分为模拟方法和数字方法两类。模拟方法主要有差动平衡法和脉冲极性鉴别法。二者都是利用在两个测量点间外来脉冲同极性,而内部局部放电脉冲则表现出反极性这一特征来抑制外部干扰脉冲的。
但在实际应用中,由于两路脉冲干扰的来源和途径不同,导致两路脉冲千扰在相位、幅值和波形上都有很大的差别,造成电路调整困难。另外,由于变压器绕组为电感、电阻、电容组成的分布参数系统,传播途径比较复杂,也会导致测得的两路脉冲不符合对干扰极性相同、对局部放电极性相反的规律,无法有效地抑制干扰。
有学者提出了多端调节一定向藕合差动平衡的改进算法,但仍难以从根本上弥补其缺陷,因此实际应用中更侧重于数字处理方法。此外还有一种较好的消除周期脉冲型干扰的方法,其基本原理是从局部放电信号与周期型脉冲干扰信号具有不同的形状出发,并利用局部放电信号出现的相位较分散,而干扰的则较固定、集中这一特点来剔除周期型脉冲干扰。该算法还可用来研究脉冲时间间隔分布以及识别变压器中不同放电点引起的局放脉冲,有可能成为在线检测局部放电数字处理的一种通用算法。

3、时频开窗法
时频开窗法是根据放电脉冲和干扰沿小波分解尺度的传播特性不同来提取放电信号。白噪声在时域中表现为无规律的随机脉动,在频域中则表现为在整个频带上均匀分布,因而单从频域或时域都不利于有效地抑制白噪声。小波去噪算法的出现较有效地解决了这一难题。
目前小波去噪算法主要有模极大值法和阑值法两类。模极大值法是由Mallat首先提出的。他通过理论分析发现,白噪和信号的小波变换系数的模极大值沿尺度具有不同的传递特性,因而可根据这种差别来滤除白噪。然而这种方法在具体的实现过程中需要进行十几次交错投影,不仅计算速度慢,而且算法也不够稳定。另外,模极大值点的确定具有很大的主观性和随机性,因而实际应用并不多。Donohn和他的同事在统计估计理论研究的基础上,提出了一种基于小波变换门限值的去噪方法阂值法,并对此进行了一系列深入的研究。该方法对去除白噪和载波干扰都比较有效,而且容易实现,运算量小。然而在这一算法的具体应用过程中,需要考虑小波分解和重构算法、小波函数、分解尺度以及门限值的选择等问题,选择不当将极大地影响去噪的效果。
    
4、模式识别法
由于随机脉冲干扰与局部放电信号的特征非常相似,有些就是外部的放电信号,因此很难用一般的方法进行抑制,目前主要采用逻辑判断和模式识别的方法。逻辑判断主要是前面介绍的用于抑制周期型脉冲干扰的差动平衡法和脉冲极性鉴别法,它们只能抑制外部耦合的干扰但由前面分析可知,效果并不很理想。
模式识别法则是根据不同的脉冲具有不同的特征,通过各种识别方法,区分脉冲的类型,然后剔除干扰脉冲。从目前的趋势来看,模式识别法将可能成为抑制随机脉冲干扰的有效方法。但模式识别的实现依赖于指纹库的建立,这就需要对各种局部放电类型和干扰情况进行系统的分析和总结,同时特征参数的选择是否合适、识别方法是否有效也将直接影响最终的结果。

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