局部放電信號(hào)在電力變壓器繞組傳播過(guò)程中的畸變高文勝桂俊峰談克雄焦翠坪21.清華大學(xué)電機(jī)系，北京，100084；2.保定變壓器廠，河北保定100006號(hào)將經(jīng)繞組向兩端傳播至監(jiān)測(cè)裝置，從而導(dǎo)致作為故障診斷基礎(chǔ)信息的放電脈沖信號(hào)發(fā)生定程度的畸變。該文根據(jù)對(duì)脈沖信號(hào)在繞組中傳播過(guò)程的實(shí)際測(cè)量結(jié)果，獲得了繞組的基本沖擊響應(yīng)特性，利用典型模型放電的納秒級(jí)快速變化波形測(cè)量結(jié)果，研究了不同情況不同放電類型不同放電部位以及+同的測(cè)點(diǎn)1下放電脈沖信號(hào)在繞組的傳播律，并提出了種從實(shí)際測(cè)量波形中有效分析原始放電波形基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目59637200東北電力集團(tuán)公司資助項(xiàng)目。

　　1引言在電力變壓器中由絕緣缺陷產(chǎn)生的局部放電源可能位于繞組高壓引線繞組端部的絕緣屏繞組對(duì)地絕緣匝間絕緣或油中雜質(zhì)。而局部放電又町能足氣泡放電尖端放電或沿面放電等多種類型。目前在變壓器局部放電離線試驗(yàn)中，普遍采用以視在放電量的大小作為判斷故障程度的標(biāo)準(zhǔn)1.

　　但視在放電量的大小與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)以及放電點(diǎn)至測(cè)量點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)等都有關(guān)系，因此單純用視在放電量的大小來(lái)判斷放電的危害程度是不夠充分的。在實(shí)際工程中，人們不僅希望能從局部放電信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)判斷變壓器的整體絕緣劣化水平，還希望能從這些信號(hào)中獲取更為詳細(xì)的有關(guān)絕緣狀況的信息，如故障類型嚴(yán)重程度以及故障點(diǎn)位置等。

　　對(duì)變壓器內(nèi)部局部放電進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通常只能從變壓器外殼接地引下線高中壓套管末屏接地線中性點(diǎn)接地線以及鐵芯及夾件的接地4出線等有限的幾個(gè)測(cè)量端獲得信號(hào)。放電點(diǎn)在繞組中的出現(xiàn)具很強(qiáng)的隨機(jī)性，所測(cè)到的放電信號(hào)從放電源經(jīng)過(guò)變卡器絕緣介質(zhì)繞組到達(dá)外部的測(cè)量裝置，必然受到繞組結(jié)構(gòu)傳播特性的多種影響，具體現(xiàn)為造成倍號(hào)幅值的衰減波形的畸變時(shí)延等現(xiàn)象，這些影響跟脈沖傳播的距離和路徑存在較強(qiáng)的關(guān)系2，這就使得根據(jù)檢測(cè)到的放電信號(hào)估算放電強(qiáng)度，進(jìn)而判斷故障類型分析故障嚴(yán)重程度以及對(duì)故障進(jìn)行定位發(fā)生困難。顯然這困難的解決完全依賴于對(duì)放電脈沖在繞組中傳播規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

　　放電脈沖的傳播過(guò)程對(duì)局部放電測(cè)量的影響程度，以確定對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的基本要求。研宄工作分為部分①在實(shí)際的變壓器繞組上注入模擬放電電流，研究放電脈沖的傳播過(guò)程，對(duì)不同放電位置所對(duì)應(yīng)函數(shù)系，對(duì)典型放電模型進(jìn)行試驗(yàn)，獲得變壓器內(nèi)部典型局部放電信號(hào)③對(duì)原始放電信號(hào)及經(jīng)繞組傳輸后的畸變情況進(jìn)行分析，為實(shí)際的局部放電脈沖波形檢測(cè)提供試驗(yàn)依據(jù)。文中并對(duì)原始波形的恢復(fù)以及測(cè)量通道的頻帶寬度對(duì)測(cè)量靈敏度的影響進(jìn)行了探討。

　　2變壓器繞組的脈沖電流沖擊響應(yīng)特性方法，來(lái)獲得繞組的基本沖擊響應(yīng)特性。試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于在保定變壓器廠OSFPSZ240MVA400kV變壓器繞組上進(jìn)行的實(shí)測(cè)結(jié)果，高壓繞組所，為插入電容連續(xù)式，繞組分56段，共970匝，第20 53，56段為插入電容式，第252段為連續(xù)式。試驗(yàn)中電流脈沖發(fā)生器接在繞組不同餅與地之間以模擬主絕緣放電，試驗(yàn)回路1.繞組上逐餅插有帶引出線的鋼針，并由油箱上端導(dǎo)出引線。

　　采用電阻測(cè)量以便使測(cè)量結(jié)果盡可能反映較寬頻帶的局部放電傳播特性。50，自制無(wú)感盤式電阻，分別串接在高壓套管末屏和高壓繞組中性點(diǎn)接地處，以測(cè)量經(jīng)繞組傳播后的脈沖電流信號(hào)。，為套管末屏電容，約為100pF.試驗(yàn)中低壓繞組i和中壓繞組從均被短接。

　　為了能夠更真實(shí)地模擬局部放電脈沖在繞組中的耦合以及傳播過(guò)程，試驗(yàn)中采用23電容電路構(gòu)成基本沖擊電流源。為直流電壓源0，200V可調(diào)，Cg=150pF為放電區(qū)域的絕緣等值電容，100矸為局放耦合電容，為變壓器繞組中局放點(diǎn)近區(qū)對(duì)地電容，測(cè)量電阻及=50，免為具有納秒級(jí)通斷能力的汞潤(rùn)開關(guān)。

　　等電容通過(guò)的放電電流即為局部放電的原始放電電流，由測(cè)量電阻可以直接獲得，原始放電電流信號(hào)及其頻譜3.

　　對(duì)于脈沖電流信號(hào)的傳播，變壓器繞組可看作線性時(shí)不變系統(tǒng)。繞組傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)特性風(fēng)可由下式獲得柯叫為測(cè)量端信號(hào)的傅氏變換。

　　作為例，當(dāng)沖擊電流由變壓器繞組第29餅注入時(shí)，在套管引下線和中性點(diǎn)測(cè)量處的沖擊響應(yīng)特性4.

　　試驗(yàn)中通過(guò)調(diào)節(jié)電壓源來(lái)模擬放電量的變化，模擬放電量=.。測(cè)量結(jié)果顯，隨著在0，20間變化，只引起不同測(cè)量端電流信號(hào)幅值成比例改變，而測(cè)量波形的基本形狀沒(méi)有觀察到明顯免化。

　　傳遞函數(shù)3高壓套管末屏接地引下線傳遞函數(shù)的中性點(diǎn)接地引線接地測(cè)量處測(cè)到的電流脈沖信號(hào)及其頻譜以2中點(diǎn)測(cè)量到的信號(hào)作為原始局部放電信號(hào)，對(duì)應(yīng)各測(cè)量端獲得的電流信號(hào)，根據(jù)公式就可以獲以繞饑傳遞閑數(shù)的頻卞響應(yīng)特性所坤。原始放電信號(hào)抑基本不隨注入點(diǎn)改變而變化，中性點(diǎn)接地端的繞組傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)特性主要分為個(gè)部分低頻段400版2，中頻段412，頻段2，30，截止頻率約在3MHz左1i.在低頻段和高頻段片to都存在規(guī)律性很強(qiáng)的極點(diǎn)，而中頻段頻譜特性較平坦。

　　隨注入點(diǎn)的變化，測(cè)量波形的幅值及高頻特性的變化很小，而其低頻特性有較明顯的變化。

　　在套管末屏引下線端，繞組傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)特性歷，識(shí)的規(guī)律性相對(duì)簡(jiǎn)單，主要分為兩個(gè)頻率段低頻段21出和頻段2，3，截止頻率同樣約在30，1左右。極點(diǎn)主要分布在高頻段內(nèi)，低頻段幅頻特性則較平識(shí)。由該測(cè)試端測(cè)到的信號(hào)幅值隨注入點(diǎn)的下移發(fā)生明顯的衰減，對(duì)應(yīng)頻譜的高頻段也發(fā)生相應(yīng)的衰減，而低頻段變化不明顯。

　　3局部放電信號(hào)的畸變估計(jì)根據(jù)對(duì)變壓器汕紙絕緣內(nèi)邰常缺陷的分析，可將油紙絕緣中的部放電粗略劃分為氣隙部放電油隙局部放電以及沿面放電種典型類型。

　　紙板高壓3油隙局部放電的氣泡放電高壓紙板，沿面放電紙筒在5的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕线M(jìn)行試驗(yàn)，可以獲得汕紙絕緣中局部放電的典型電流波形。將這些典型電流波形替換原始放電信號(hào)+利用前面獲得的繞組傳遞函數(shù)所坤的傅氏逆變換7句與冰的卷積，即可獲得這些局部放電脈沖經(jīng)繞組傳播后在不測(cè)端檢測(cè)到的脈沖電流信號(hào)，欣形較寬的油隙放電，經(jīng)繞組傳輸6主要波形特征基本得到保留；但對(duì)于沿面放電和氣泡放電，這些窄脈沖電流波形，由測(cè)試端獲得波形的畸變則非常之人，幾乎無(wú)法反映出其原貌，輸出波形坫本與組的沖擊響應(yīng)特性。

　　直觀地看，較窄的脈沖信號(hào)似乎受到了，1大的變，這主要以由于泣組傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)特性研坤的主要極點(diǎn)分布在lM30MHz，由于窄脈沖頻帶覽度大廠304，所以就突現(xiàn)繞組的傳播特征，這尤疑付定位足有利的。如果我們對(duì)邙，有所認(rèn)識(shí)，那么從中獲得原始信號(hào)的基本特征，應(yīng)當(dāng)說(shuō)也是可能的。與此相比在時(shí)域上更窄的放電脈沖，由于開，吻的截止頻率僅為302，因此將會(huì)失去大部分高頻信息，將更難以保有其波形的原始特征。4近似恢復(fù)原始放電信號(hào)的方法初始，電流波形⑷油隙局部放電的氣隙局部放電初始，電流波形輸出電流波形⑷沿面放電傳播后的輸出波形由實(shí)測(cè)結(jié)果可以打到，繞饑傳播過(guò)程對(duì)不同類型局部放電脈沖信號(hào)的哀減程度是不同的，如果以脈沖信號(hào)的幅值作為度量的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)繞組傳播后油隙放電波形將衰減約2048，氣隙局部放電，減約3248，而沿面放電則衰減約35可脈沖越窄，頻帶越寬，信號(hào)的衰減也越厲害。而傳統(tǒng)的定標(biāo)方法，變器內(nèi)部放電進(jìn)1標(biāo)定，圮不考慮其放電類型差異的，這就會(huì)給對(duì)實(shí)際放電量的估計(jì)帶來(lái)很大的誤差，使測(cè)量結(jié)果缺乏可比性。

　　從理論上講，如果能夠在測(cè)量之前就獲得有關(guān)繞組不同餅到測(cè)量端的沖擊電流響應(yīng)和有關(guān)放電位置的信，就可以利用它來(lái)對(duì)變壓器內(nèi)部丁能發(fā)生的局部放電信號(hào)進(jìn)行很好的恢復(fù)。但在實(shí)際變壓器的檢測(cè)中，這先驗(yàn)知識(shí)是很難獲得的。放電信號(hào)經(jīng)繞組傳播后，畸變是非常大的。

　　在所進(jìn)行的繞組傳播特性試驗(yàn)中，中性點(diǎn)接地端的繞組傳遞函數(shù)丑，隨注入點(diǎn)的改變，雖然幅值有較大變化，但其頻譜特性變化很小。所以可以考慮通過(guò)類似套管注入標(biāo)定脈沖的方法，利用2沖擊電流源獲得繞組端部的傳遞函數(shù)作為基本傳遞函數(shù)，從1由測(cè)量端獲得的電流倍號(hào)，利用公式2近似地恢復(fù)局部放電源的原始信號(hào)。7給出了用這種方法恢復(fù)的信號(hào)與原始放電信號(hào)的比較。

　　初始，電流波形恢復(fù)輸出電流波形的沿面放電可，除波形存在定衰減外，脈沖波形的基本時(shí)域特征得到了很好的反映，所以進(jìn)步利用這恢復(fù)波形付放電類型進(jìn)行識(shí)別是可能的，似這種方法的通用性還有待進(jìn)步檢驗(yàn)。

　　6結(jié)論5測(cè)量頻率的選擇山傳播特性可以到，傳遞函數(shù)在小于1河1多截?cái)嗟脑挘蜁?huì)造成信號(hào)的損失，使測(cè)量的靈敏度大人下降。

　　木文在繞傳播特性測(cè)量中，附加階巴特渥茲低通濾波器，以模擬由于測(cè)量通道的頻帶限制，對(duì)測(cè)量信號(hào)靈敏度的影響。高頻信息的損失暫且不論，僅考慮測(cè)量帶寬對(duì)脈沖信號(hào)幅值的影響。

　　由8可以看到，在3，30，測(cè)量信號(hào)的衰減與頻率關(guān)系+大，但當(dāng)頻帶寬度小于3時(shí)，測(cè)量信號(hào)的幅值隨測(cè)試通逍頻帶的減小，衰減得非常快。個(gè)粗略的估計(jì)，頻率每降低，測(cè)量靈敏度將下降6衰減池⑷氣隙放電，油隙放電所以為了獲得更多的信息，截止頻率選擇30，1是介適的。但如果只考慮脈沖信號(hào)的幅值信息，則應(yīng)將測(cè)量帶寬選在3厘1左右。過(guò)窄帶寬的測(cè)量通道，將對(duì)局部放電脈沖的幅值產(chǎn)生較大的衰減，從而直接影響到測(cè)量的靈敏度。

　　在實(shí)際變壓器端部檢測(cè)到的局部放電信號(hào)并不是局部放電發(fā)生處放電信號(hào)的簡(jiǎn)單重復(fù)。由于放電發(fā)生的位置不同，放電信號(hào)經(jīng)由不同的傳播途徑，到達(dá)檢測(cè)端的信號(hào)必然附帶了放電的位置信息。根據(jù)對(duì)放電脈沖在變壓器繞組中傳播規(guī)律的深入了解，就可以對(duì)測(cè)量信號(hào)做出解釋，并可以將它對(duì)放電脈沖在繞組中的傳播規(guī)律進(jìn)行了系列的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)論如下與以往文獻(xiàn)中的仿真結(jié)論不同5，繞組截止頻率都約在304出左右。

　　繞組對(duì)不同類型的局部放電信號(hào)有著不同程度的畸變。對(duì)于油隙放電，由于信號(hào)的能量主要集中在小廠14的頻，卞范1內(nèi)，所以傳播上要就會(huì)發(fā)生很大的畸變，輸出信號(hào)主要反映了局部放電發(fā)生點(diǎn)的繞組傳播特性。由于對(duì)+同類型的部放電信號(hào)有著不同程度的衰減，從而直接影響到對(duì)放電統(tǒng)計(jì)特征量的測(cè)量。

　　由于不同注入點(diǎn)間繞組的傳播特性并沒(méi)有苦的差異所以在高壓貸管處注入電流脈沖，可以繞組中性點(diǎn)接地端獲得繞組的近似傳遞數(shù)，并能夠由此對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。雖然這種恢復(fù)，是相當(dāng)粗糙的。但為不同放電類型，從其電流波形上進(jìn)行識(shí)別提供了可能性。

　　變壓器繞組的傳播特性的建立為確定局部放電測(cè)量設(shè)備的帶寬，提供了技術(shù)依據(jù)。分析結(jié)果明，局部放電信號(hào)的檢測(cè)靈敏度在3，30MHZ帶寬范圍內(nèi)與頻率關(guān)系不大，但當(dāng)頻帶寬度小于3 2時(shí)，測(cè)量信號(hào)的幅值隨測(cè)量通道頻帶的減小迅速下降。同時(shí)采用較高頻率的測(cè)量方法，將對(duì)局部放電的定位提供更好的基礎(chǔ)。但大于30 1的測(cè)量廳法，付廠目前采的脈沖電流讓測(cè)量回路，是不會(huì)為測(cè)量結(jié)果帶來(lái)任何好處的。

　　高文勝1968，男，博±，講師，從事高電壓技術(shù)方面的教學(xué)和科研工作卞忸1975.男。博士研允1.，從電氣港4繼彷0！的研究談克雄1937，男，教授，博士生導(dǎo)師，從事高電壓技術(shù)方面的教學(xué)和科研工作痛翠坪1968，男，工程師。

　　責(zé)任編輯王彥駿