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局部放電試驗中的干擾

閱讀：4發(fā)布時間：2025-7-5

局部放電所產(chǎn)生的脈沖信號十分微弱，如果存在各種干擾信號，而在現(xiàn)場試驗中這些干擾信號的強度甚至遠遠大于局放脈沖的強度，并且有些外部電暈或者電弧的放電信號和周期與局放信號相似，所以這些干擾的存在將會給采集和測量帶來很大的麻煩。所以這就要求我們在試驗中能準確判斷干擾源，并采取有效地措施抑制。

在現(xiàn)場試驗中，的干擾就是測試的背景噪聲，所以國標中也有要求，背景噪聲不得超過要求放電量的50%。因此在條件允許的情況下盡量使試驗現(xiàn)場保持空曠，沒有金屬物體和運行的設(shè)備。試驗環(huán)境中如有無線信號、電焊機的使用產(chǎn)生的脈沖都有可能通過回路耦合到檢測阻抗上。附近的高壓線塔、所用變電源進線等高壓設(shè)備產(chǎn)生的諧波會對試驗電源盡進行干擾，也會影響信號采集。試驗時在整個試驗回路承受著高電壓，除了被試變壓器的放電外，其他的放電也會造成干擾，如高壓電暈、接觸不良、中間變壓器等設(shè)備的放電或者是空間的懸浮金屬導(dǎo)體。

干擾存在分為以下兩種情況：（1）在試驗回來未通電前就存在的干擾，其來源主要是試驗回路以為的其他回路中的開關(guān)操作、附近高壓電場、電機整流和無線電傳輸?shù)?；?）試驗回路通電后產(chǎn)生的干擾，但又不是來自試品內(nèi)部的干擾，這種干擾通常隨電壓增加而增大，包括試驗變壓器本身的局部放電、高壓導(dǎo)體上的電暈或接觸不良放電以及低壓電源側(cè)局部放電、通過試驗變壓器或其他連線耦合到測量回路中引起的干擾等。

總結(jié)歸納，干擾的類型可分為電源干擾、接地系統(tǒng)干擾、電磁輻射干擾、試驗設(shè)備各元器件的放電干擾及各類的接觸干擾。

1. 電源干擾。
檢測儀與試驗變壓器所用的電源是與低壓配電網(wǎng)相連的，配電網(wǎng)內(nèi)的各種高頻信號均能直接產(chǎn)生干擾。
2. 接地干擾。
接地方式不當，在多點接地的接地網(wǎng)系統(tǒng)中，各種高頻信號經(jīng)過接地線耦合到試驗回路產(chǎn)生干擾。
3. 電磁輻射干擾。
鄰近高壓帶電設(shè)備或高壓輸電線路，無線電發(fā)射器及其他諸如可控硅、電刷等試驗回路以外的高頻信號均會以電磁感應(yīng)、電磁輻射
的形式經(jīng)雜散電容或雜散電感藕合到試驗回路。波形與被試變壓器內(nèi)部放電不易區(qū)分，對現(xiàn)場測量影響較大。
4. 懸浮電位放電干擾。
鄰近試驗回路的不接地金屬物產(chǎn)生的感應(yīng)懸浮電位放電，也是常見的一種干擾。
5. 電暈放電和各連接接觸放電的干擾。
電暈放電產(chǎn)生于試驗回路位于高電位的導(dǎo)電部分，例如被試變壓器的法蘭、金屬蓋帽、高壓引線端等部分。試驗回路中由于各連接處接觸不良也會產(chǎn)生接觸放電干擾。
6. 勵磁變壓器的內(nèi)部放電干擾。
這種放電也容易和視頻內(nèi)部放電相混淆。所以要求試驗中的勵磁變壓器的局部放電水平控制在一定的允許量以下。

了解了各種干擾源，那么在試驗中才能根據(jù)不同的干擾源采取不同的措施。而如何根據(jù)測試波形判斷何種干擾源以便采取措施也是試驗的難點。，采用脈沖電流法測量的變壓器局放脈沖信號，通常顯示在示波屏的李育沙(橢圓)基線上。隨著試驗電壓的增加，脈沖的幅值和密度都有所增加，根據(jù)這一特點，可以將部分干擾信號排除。以下介紹一下幾種典型的局部放電圖譜，用于判斷干擾源的類型：

1. 懸浮電位放電
在電場中懸浮的金屬導(dǎo)體之間或者金屬導(dǎo)體與懸浮物之間的放電。這種放電干擾波形有兩個特點：1、正負兩邊脈沖等幅等間隔且頻率相同。2、脈沖成對出現(xiàn)，對于對之間間隔相同。有時候會在基線上往復(fù)移動。如下圖：

懸浮放電圖譜

這種干擾信號雖然也會出現(xiàn)在峰值電壓之前，但明顯的不屬于介質(zhì)內(nèi)部放電的情況。這種放電不僅幅值很大，而且近似相等，它們成對或者呈間隔排列，放電脈沖穩(wěn)定不動。當電壓增加時，放電間隔縮小，脈沖個數(shù)增加。這類信號有時在很低的電壓下就出現(xiàn)，有時候只到很高的電壓才出現(xiàn)，這決定于懸浮導(dǎo)體接觸不良的程度和離帶電體的距離遠近。

2. 試品內(nèi)部或者試驗回路的接觸不良
這種放電波形是位于試驗電源零位的不規(guī)則的干擾脈沖，振幅基本相等，與電壓成比例。如圖：

接觸不良放電脈沖圖譜

這種干擾造成的放電量與電壓成正比，如果接觸處導(dǎo)通良好則能是干擾消除。

3. 回路中鐵芯磁飽和產(chǎn)生的干擾，原因有：磁密過高；與回路電容發(fā)生諧振；檢測儀頻帶在低限下頻率的不穩(wěn)定性。如圖：

諧振造成的脈沖圖譜

這種干擾脈沖隨著電壓升高幅值增加，電壓回零即消失，與電壓持續(xù)時間無關(guān)。現(xiàn)場試驗比較容易排除的是固定干擾、試驗電壓較低下的干擾。而試驗設(shè)備自身帶來的干擾較難排除，因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，對于這類干擾一定要認真對待，防止誤判。

現(xiàn)有的各種抗干擾技術(shù)主要歸納為根據(jù)頻域特征加以抑制的頻域開窗法、利用脈沖和干擾的時域特征加以抑制的時域開窗法和應(yīng)用小波分析、根據(jù)放電脈沖和干擾沿小波分解尺度的傳播特性不同來提取放電信號的時頻開窗法。在實際應(yīng)用中往往更宜于根據(jù)干擾的類型來選擇抗干擾方法。

現(xiàn)場的干擾根據(jù)其時域特征的不同，可分為連續(xù)的周期性干擾、脈沖型干擾和白噪三類，而脈沖型干擾又可進一步分為周期型脈沖干擾和隨機脈沖干擾。由于這些干擾的特征有很大的差別，因而需采取的抗干擾措施也各不相同。

1、頻域開窗法
頻域方法大多用于抑制周期性干擾，頻域方法可通過硬件電路或軟件方法來實現(xiàn)。硬件是通過選擇合適頻帶的窄帶電流傳感器和采用程控帶通濾波電路，以躲過各種連續(xù)的周期性干擾。但它往往只適合某一個具體的變電站，使用上不靈活，并且在安裝前須經(jīng)過細致的試驗以選擇的頻帶。此外，由于局放是一種頻帶很寬的脈沖，窄頻帶測量只能獲得其中很小一部分能量，并且造成檢測波形的嚴重畸變。因現(xiàn)場的干擾頻譜較低，用特高頻法能有效地抑制干擾。該法已成功地用于GIS、變壓器、電力電纜等的局放檢測中。
而軟件上則采用各種數(shù)字濾波方法，如FFT濾波、自適應(yīng)濾波、非自適應(yīng)濾波、多通帶濾波等濾波方法。通過對在變電站現(xiàn)場測得的干擾信號分析，發(fā)現(xiàn)載波干擾和無線電干擾等窄帶干擾占很大比重，可采用多帶通濾波器來對此進行抑制，但由于局放信號很微弱，剩余的百分之幾的干擾信號仍將對局放檢測產(chǎn)生很大的影響。印度的V.Nagesh等人從干擾抑制比、波形畸變等方面對各種數(shù)字濾波方法作了評估，認為在各種方法中，使用級聯(lián)的二階IIR點陣陷波固定系數(shù)濾波器是的方法，該濾波器具有對周期性干擾抑制比高、對局放脈沖波形畸變最小、對脈沖干擾穩(wěn)定性好以及處理時間少等優(yōu)點。但這種濾波器對于多諧波成分的周期型干擾存在參數(shù)調(diào)整困難、濾波時間長、占用內(nèi)存大等問題。不過相對來說，窄帶干擾抑制的算法較多，也較成熟。而從應(yīng)用效果來看，固定系數(shù)濾波器和理想多帶通濾波器較理想。

2、時域開窗法
對于周期型脈沖干擾的抑制，往往采用時域的方法，主要分為模擬方法和數(shù)字方法兩類。模擬方法主要有差動平衡法和脈沖極性鑒別法。二者都是利用在兩個測量點間外來脈沖同極性，而內(nèi)部局部放電脈沖則表現(xiàn)出反極性這一特征來抑制外部干擾脈沖的。
但在實際應(yīng)用中，由于兩路脈沖干擾的來源和途徑不同，導(dǎo)致兩路脈沖千擾在相位、幅值和波形上都有很大的差別，造成電路調(diào)整困難。另外，由于變壓器繞組為電感、電阻、電容組成的分布參數(shù)系統(tǒng)，傳播途徑比較復(fù)雜，也會導(dǎo)致測得的兩路脈沖不符合對干擾極性相同、對局部放電極性相反的規(guī)律，無法有效地抑制干擾。
有學(xué)者提出了多端調(diào)節(jié)一定向藕合差動平衡的改進算法，但仍難以從根本上彌補其缺陷，因此實際應(yīng)用中更側(cè)重于數(shù)字處理方法。此外還有一種較好的消除周期脈沖型干擾的方法，其基本原理是從局部放電信號與周期型脈沖干擾信號具有不同的形狀出發(fā)，并利用局部放電信號出現(xiàn)的相位較分散，而干擾的則較固定、集中這一特點來剔除周期型脈沖干擾。該算法還可用來研究脈沖時間間隔分布以及識別變壓器中不同放電點引起的局放脈沖，有可能成為在線檢測局部放電數(shù)字處理的一種通用算法。

3、時頻開窗法
時頻開窗法是根據(jù)放電脈沖和干擾沿小波分解尺度的傳播特性不同來提取放電信號。白噪聲在時域中表現(xiàn)為無規(guī)律的隨機脈動，在頻域中則表現(xiàn)為在整個頻帶上均勻分布，因而單從頻域或時域都不利于有效地抑制白噪聲。小波去噪算法的出現(xiàn)較有效地解決了這一難題。
目前小波去噪算法主要有模極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(fā)現(xiàn)，白噪和信號的小波變換系數(shù)的模極大值沿尺度具有不同的傳遞特性，因而可根據(jù)這種差別來濾除白噪。然而這種方法在具體的實現(xiàn)過程中需要進行十幾次交錯投影，不僅計算速度慢，而且算法也不夠穩(wěn)定。另外，模極大值點的確定具有很大的主觀性和隨機性，因而實際應(yīng)用并不多。Donohn和他的同事在統(tǒng)計估計理論研究的基礎(chǔ)上，提出了一種基于小波變換門限值的去噪方法閡值法，并對此進行了一系列深入的研究。該方法對去除白噪和載波干擾都比較有效，而且容易實現(xiàn)，運算量小。然而在這一算法的具體應(yīng)用過程中，需要考慮小波分解和重構(gòu)算法、小波函數(shù)、分解尺度以及門限值的選擇等問題，選擇不當將極大地影響去噪的效果。

4、模式識別法
由于隨機脈沖干擾與局部放電信號的特征非常相似，有些就是外部的放電信號，因此很難用一般的方法進行抑制，目前主要采用邏輯判斷和模式識別的方法。邏輯判斷主要是前面介紹的用于抑制周期型脈沖干擾的差動平衡法和脈沖極性鑒別法，它們只能抑制外部耦合的干擾但由前面分析可知，效果并不很理想。
模式識別法則是根據(jù)不同的脈沖具有不同的特征，通過各種識別方法，區(qū)分脈沖的類型，然后剔除干擾脈沖。從目前的趨勢來看，模式識別法將可能成為抑制隨機脈沖干擾的有效方法。但模式識別的實現(xiàn)依賴于指紋庫的建立，這就需要對各種局部放電類型和干擾情況進行系統(tǒng)的分析和總結(jié)，同時特征參數(shù)的選擇是否合適、識別方法是否有效也將直接影響最終的結(jié)果。

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