變壓器局部放電在線(xiàn)監測信號中的電磁干擾及抑制

一、簡(jiǎn)介

廣義的電磁干擾除了包括與局放信號一起通過(guò)電流傳感器進(jìn)入監測系統的干擾以外，還包括影響監測系統本身的干擾，諸如接地、屏蔽、以及電路處理不當所造成的干擾等，后者可通過(guò)改進(jìn)系統設計、合理選擇電路和元器件、提高系統制作水平等加以解決?，F場(chǎng)電磁干擾特指前者，是研究重點(diǎn)。它可分為連續的周期型干擾、脈沖型干擾和白噪聲。周期型干擾包括系統高次諧波、載波通訊以及無(wú)線(xiàn)電通訊等。脈沖型干擾分為周期脈沖型干擾和隨機脈沖型干擾。周期脈沖型干擾主要由電力電子器件動(dòng)作產(chǎn)生的高頻涌流引起。隨機脈沖型干擾包括高壓線(xiàn)路上的電暈放電、其他電氣設備產(chǎn)生的局部放電、分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的放電、電機工作產(chǎn)生的電弧放電、接觸不良產(chǎn)生的懸浮電位放電等。白噪聲包括線(xiàn)圈熱噪聲、地網(wǎng)的噪聲和動(dòng)力電源線(xiàn)以及變壓器繼電保護信號線(xiàn)路中耦合進(jìn)入的各種噪聲等。

電磁干擾一般通過(guò)空間直接耦合和線(xiàn)路傳導兩種方式進(jìn)入測量點(diǎn)。測量點(diǎn)不同，干擾耦合路徑會(huì )不同，對測量的影響也不同；測量點(diǎn)不同，干擾種類(lèi)、強度也不相同。

變壓器局放監測點(diǎn)選取的原則是局放信號強度大、信噪比高，且測量簡(jiǎn)便。主要有外殼接地線(xiàn)和套管末屏接地線(xiàn)，有的還選擇中性點(diǎn)接地線(xiàn)、鐵心接地線(xiàn)和高壓出線(xiàn)端等。有時(shí)為了抑制干擾，還從變壓器動(dòng)力電源線(xiàn)處測量參考的干擾信號。由于中性點(diǎn)和高壓出線(xiàn)端安裝傳感器較為不便，且有的變壓器鐵心內部接地，故監測系統多選擇外殼和套管末屏接地線(xiàn)作為測量點(diǎn)。

二、常用的抑制方法

干擾的抑制總是從干擾源、干擾途徑、信號后處理三方面考慮。找出干擾源直接消除或切斷相應的干擾路徑，是解決干擾最有效最根本的方法，但要求詳細分析干擾源和干擾途徑，且一般不允許改變原有的變壓器運行方式，因此在這兩方面所能采取的措施總是很有限。對于經(jīng)電流傳感器耦合進(jìn)入監測系統的各種干擾，采取各種信號處理技術(shù)加以抑制。一般從以下幾方面區分局放信號和干擾信號；工頻相位、頻譜、脈沖幅度和幅度分布、信號極性、重復率和物理位置等，并據此提出了大量的抗干擾技術(shù)。

在抗干擾技術(shù)中有兩種不同的思路：一種是基于窄帶（頻帶一般為10kHz至數10kHz）信號的。它通過(guò)合適頻帶的窄帶電流傳感器和帶通濾波電路拾取信號，躲過(guò)各種連續的周期型干擾，提高了測量信號的信噪比。這種方法只適合某一具體的變電站，使用上不方便。此外，由于局部放電信號是一種寬頻帶脈沖，窄帶測量會(huì )造成信號波形的失真，不利于后面的數字處理。另一種是基于寬頻（頻帶一般為10至1000kHz）信號的處理方法。檢測信號中包含局放的大部分能量和大量的干擾，但信噪比較低。對于這些干擾的處理步驟一般是：a.抑制連續周期型干擾；b.抑制周期型脈沖干擾；c.抑制隨機型脈沖干擾。隨著(zhù)數字技術(shù)的發(fā)展及模式識別方法在局放中的應用，這種處理方法往往能取得較好的效果。

依據上述兩種思路，可以獲取不同信噪比的檢測信號。在后級處理中，很多處理方法是一致的?？蓺w納為頻域處理和時(shí)域處理方法。頻域方法是利用周期型干擾在頻域上離散的特點(diǎn)處理之；而時(shí)域處理方法是根據脈沖型干擾在時(shí)域上離散的特點(diǎn)處理。有硬件和軟件兩種實(shí)現方式。下面分別介紹。

三、周期型干擾的抑制

周期型干擾也稱(chēng)之為窄帶干擾，它在各類(lèi)干擾中占有很大的比重，干擾的抑制和消除也應首先由此入手。由于它強度大、相位分布固定，因此大多采用頻域方法處理。主要包括FFT閾值濾波器、自適應濾波器、固定系數濾波器和理想多通帶數字濾波器（IMDF）等。

窄帶干擾抑制的算法較多，也較成熟。從應用效果來(lái)看，固定系數濾波器和理想多帶通濾波器較理想。由于IMDF在處理數據時(shí)需進(jìn)行多次FFT和IFFT，將化費大量計算時(shí)間，不利于實(shí)時(shí)處理。但根據IMDF找到的最佳監測頻帶，可以形成固定系數的有限沖激響應（FIR）數字濾波器直接在時(shí)域處理，簡(jiǎn)化了操作，加快了處理速度。

上述方法均可通過(guò)軟件或硬件線(xiàn)路來(lái)實(shí)現。雖然硬件濾波調節上不靈活，但經(jīng)過(guò)現場(chǎng)試驗選擇最佳頻帶后，可有效抑制窄帶干擾。軟件方法雖然調節較靈活，但存在實(shí)時(shí)運算速度較慢的缺點(diǎn)。

四、周期型脈沖干擾的抑制

當信號去除周期型干擾之后，其它干擾上升為主要矛盾。對于周期型脈沖干擾的抑制，主要有兩類(lèi)處理方法：模擬方法和數字方法。模擬方法包括差動(dòng)平衡法、定向耦合法和參考信號法等；前兩種方法同樣適用于隨機脈沖干擾的抑制，將在后文中介紹。選擇只包含脈沖干擾而不包含放電脈沖的配電線(xiàn)路測量脈沖干擾信號，利用所測的干擾脈沖作為控制信號，當信號水平超過(guò)設定閾值并且判定為干擾時(shí)，停止模數轉換器（ADC）工作，以消除來(lái)自配電線(xiàn)路的干擾脈沖。

數字方法的原理是利用干擾和局放信號相位分布不同的特點(diǎn)進(jìn)行處理。例如，KONIG.G.和KOPF.U.提出一種方法，首先記錄多個(gè)周期的信號，然后對每個(gè)周期同相位上的數據進(jìn)行平均，以此構成模板同原始信號相減，從而消除周期型的干擾信號。此種方法當局放信號較少并且分布特點(diǎn)比較明確的時(shí)候去除干擾的效果較好，當局放信號多且強的時(shí)候效果不好。

印度的V.Nagesh和B.I.Gururaj提出一種方法，它借鑒了生物信號處理的一些成果，其基本原理是從局放信號同周期型干擾信號具有不同的形狀出發(fā)，首先進(jìn)行數據分段，把脈沖從波形信號中分離出來(lái)，形成單個(gè)脈沖序列，利用FFT算法在頻域對各脈沖進(jìn)行互相關(guān)計算，判斷其相似度并按照一定的標準進(jìn)行分組，根據這些組脈沖求取類(lèi)信號模板，然后對每一類(lèi)的信號在時(shí)域進(jìn)行合成。分析發(fā)現，局放信號的相位較分散，而干擾的則非常集中。利用這一特點(diǎn)剔除周期型脈沖干擾信號類(lèi)，把剩余的信號重構，可得到去除周期型脈沖干擾后的信號。

由此可知，利用局放和周期型脈沖干擾在波形和相位上的不同進(jìn)行干擾抑制是可行的。該方法還可用來(lái)定位，它通過(guò)分析不同放電點(diǎn)引起的脈沖波形的特征來(lái)識別。此法的缺點(diǎn)是：當局放重復率較高時(shí)，有可能把相鄰的兩個(gè)脈沖看成一個(gè)，影響識別的效果；此外，當脈沖波形較多時(shí)，運算速度有影響，不過(guò)隨著(zhù)微機運算能力的大幅度提高，這種影響會(huì )越來(lái)越被忽略。