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信平电子变压器:变压器局部放电在线监测信号中的电磁干扰及抑制

2018-10-08 09:44:29 德州信平电子有限公司 阅读

一、简介

电磁搅扰除了包含与局放信号一起经过电流传感器进入监测体系的搅扰以外,还包含影响监测体系自身的搅扰,比如接地、屏蔽、以及电路处理不妥所构成的搅扰等,后者可经过改进体系规划、合理挑选电路和元器件、进步体系制造水对等加以解决。现场电磁搅扰特指前者,是研讨要点。它可分为接连的周期型搅扰、脉冲型搅扰和白噪声。周期型搅扰包含体系高次谐波、载波通讯以及无线电通讯等。脉冲型搅扰分为周期脉冲型搅扰和随机脉冲型搅扰。周期脉冲型搅扰首要由电力电子器件动作发作的高频涌流引起。随机脉冲型搅扰包含高压线路上的电晕放电、其他电气设备发作的部分放电、分接开关动作发作的放电、电机作业发作的电弧放电、接触不良发作的悬浮电位放电等。白噪声包含线圈热噪声、地网的噪声和动力电源线以及变压器继电保护信号线路中耦合进入的各种噪声等。

电磁搅扰一般经过空间直接耦合和线路传导两种办法进入丈量点。丈量点不同,搅扰耦合途径会不同,对丈量的影响也不同;丈量点不同,搅扰品种、强度也不相同。

变压器局放监测点选取的原则是局放信号强度大、信噪比高,且丈量简洁。首要有外壳接地线和套管末屏接地线,有的还挑选中性点接地线、铁心接地线和高压出线端等。有时为了按捺搅扰,还从变压器动力电源线处丈量参阅的搅扰信号。因为中性点和高压出线端装置传感器较为不方便,且有的变压器铁心内部接地,故监测体系多挑选外壳和套管末屏接地线作为丈量点。

二、常用的按捺办法

搅扰的按捺总是从搅扰源、搅扰途径、信号后处理三方面考虑。找出搅扰源直接消除或切断相应的搅扰途径,是解决搅扰最有用最底子的办法,但要求详细剖析搅扰源和搅扰途径,且一般不允许改动原有的变压器运转办法,因而在这两方面所能采纳的办法总是很有限。关于经电流传感器耦合进入监测体系的各种搅扰,采纳各种信号处理技能加以按捺。一般从以下几方面区别局放信号和搅扰信号;工频相位、频谱、脉冲起伏和起伏散布、信号极性、重复率和物理方位等,并据此提出了很多的抗搅扰技能。

在抗搅扰技能中有两种不同的思路:一种是依据窄带(频带一般为10kHz至数10kHz)信号的。它经过合适频带的窄带电流传感器和带通滤波电路拾取信号,躲过各种接连的周期型搅扰,进步了丈量信号的信噪比。这种办法只合适某一详细的变电站,使用上不方便。此外,因为部分放电信号是一种宽频带脉冲,窄带丈量会构成信号波形的失真,不利于后面的数字处理。另一种是依据宽频(频带一般为10至1000kHz)信号的处理办法。检测信号中包含局放的大部分能量和很多的搅扰,但信噪比较低。关于这些搅扰的处理过程一般是:a.按捺接连周期型搅扰;b.按捺周期型脉冲搅扰;c.按捺随机型脉冲搅扰。跟着数字技能的开展及形式辨认办法在局放中的使用,这种处理办法往往能获得较好的作用。

依据上述两种思路,能够获取不同信噪比的检测信号。在后级处理中,许多处理办法是共同的。可概括为频域处理和时域处理办法。频域办法是使用周期型搅扰在频域上离散的特色处理之;而时域处理办法是依据脉冲型搅扰在时域上离散的特色处理。有硬件和软件两种完成办法。下面别离介绍。

三、周期型搅扰的按捺

周期型搅扰也称之为窄带搅扰,它在各类搅扰中占有很大的比重,搅扰的按捺和消除也应首要由此下手。因为它强度大、相位散布固定,因而大多选用频域办法处理。首要包含FFT阈值滤波器、自适应滤波器、固定系数滤波器和抱负多通带数字滤波器(IMDF)等。

窄带搅扰按捺的算法较多,也较老练。从使用作用来看,固定系数滤波器和抱负多带通滤波器较抱负。因为IMDF在处理数据时需进行屡次FFT和IFFT,将化费很多核算时刻,不利于实时处理。但依据IMDF找到的最佳监测频带,能够构成固定系数的有限冲激响应(FIR)数字滤波器直接在时域处理,简化了操作,加快了处理速度。

上述办法均可经过软件或硬件线路来完成。尽管硬件滤波调理上不灵敏,但经过现场试验挑选最佳频带后,可有用按捺窄带搅扰。软件办法尽管调理较灵敏,但存在实时运算速度较慢的缺陷。

四、周期型脉冲搅扰的按捺

当信号去除周期型搅扰之后,其它搅扰上升为首要矛盾。关于周期型脉冲搅扰的按捺,首要有两类处理办法:模仿办法和数字办法。模仿办法包含差动平衡法、定向耦合法和参阅信号法等;前两种办法相同适用于随机脉冲搅扰的按捺,将在后文中介绍。挑选只包含脉冲搅扰而不包含放电脉冲的配电线路丈量脉冲搅扰信号,使用所测的搅扰脉冲作为控制信号,当信号水平超过设定阈值而且判定为搅扰时,中止模数变换器(ADC)作业,以消除来自配电线路的搅扰脉冲。

数字办法的原理是使用搅扰和局放信号相位散布不同的特色进行处理。例如,KONIG.G.和KOPF.U.提出一种办法,首要记载多个周期的信号,然后对每个周期同相位上的数据进行均匀,以此构成模板同原始信号相减,然后消除周期型的搅扰信号。此种办法当局放信号较少而且散布特色比较明确的时分去除搅扰的作用较好,当局放信号多且强的时分作用欠好。

印度的V.Nagesh和B.I.Gururaj提出一种办法,它学习了生物信号处理的一些作用,其基本原理是从局放信号同周期型搅扰信号具有不同的形状动身,首要进行数据分段,把脉冲从波形信号中分离出来,构成单个脉冲序列,使用FFT算法在频域对各脉冲进行互相关核算,判别其类似度并按照必定的规范进行分组,依据这些组脉冲求取类信号模板,然后对每一类的信号在时域进行组成。剖析发现,局放信号的相位较分散,而搅扰的则十分会集。使用这一特色除掉周期型脉冲搅扰信号类,把剩下的信号重构,可得到去除周期型脉冲搅扰后的信号。

由此可知,使用局放和周期型脉冲搅扰在波形和相位上的不同进行搅扰按捺是可行的。该办法还可用来定位,它经过剖析不同放电点引起的脉冲波形的特征来辨认。此法的缺陷是:当局放重复率较高时,有可能把相邻的两个脉冲当作一个,影响辨认的作用;此外,当脉冲波形较多时,运算速度有影响,不过跟着微机运算能力的大起伏进步,这种影响会越来越被疏忽。

五、随机脉冲型搅扰的按捺

这类搅扰最难除掉。因为搅扰和局放信号在频域内的特征具有类似性,因而现有的很多办法都是从时域考虑的。常用办法有硬件电路法、软件波形辨认法和人工智能法。

1.硬件电路法

它的基本思路是使用两个丈量点的输出信号中外来脉冲搅扰同方向,而内部放电脉冲方向相反的特色,去除脉冲搅扰。详细完成为硬件电路,常用电路包含差动平衡法、脉冲极性辨别法和定向耦合法。

在实践使用中,前两种的作用并不抱负。这是因为关于差动平衡法,因为传达途径不同,组成差动的两路信号往往不能很好的对应,因而差动作用欠安。提出了差动“平衡对”的概念对此进行了改进,可消除搅扰并一起获得局放脉冲幅值及脉冲个数。脉冲极性辨别的局限在于因为模仿推迟和极性辨别器受外界要素影响较多,会构成电子门控误动作,下降了极性辨别的精确性。

定向耦合法是德国的Borsi H等于1987年提出的。原理图见图1.它用特别绕制的Rogowski线圈在高压套管底部接近法兰处耦合局放信号,并依据线圈两头电压的巨细来判别是部分放电信号仍是外来电磁搅扰。该法把Rogowski线圈的中心抽头与变压器套管末屏丈量端子连接起来。此刻末屏丈量端子串一个小电阻接地,能够当作末屏和末屏对地电容组成电容分压器的低压臂,经小电阻接地后构成了一个高通滤波器,只要高频信号才干经过。Rogowski线圈与高压套管末屏丈量端子连起来构成定向耦合电路。

信平电子变压器:变压器局部放电在线监测信号中的电磁干扰及抑制


电流I如图示方向时,U(1)=Uc+U1,U(2)=Uc-U2=Uc-U1.此刻U(1)>U(2);若电流I反向,则U(1)在实践使用中,人们对此作了改进,用两个罗氏线圈代替原丈量线圈并选用选频的办法进步丈量信号的信噪比,据论文介绍,得到了较好的效果。

2.软件波形辨认法

跟着核算机技能和数字信号处理技能的开展,使用脉冲信号特征进行逻辑判别也可按捺搅扰。它的条件是脉冲辨认,即判别脉冲是否存在、脉冲持续时刻和相应的起点与结尾,以便较精确地断定放电相位和声波时延。

现在脉冲辨认多选用阈值辨认法。而现场丈量的脉冲多是衰减振动波,该法很易误判且无法断定脉冲持续时刻。提出一种结合脉冲幅值阈值和波形特征来辨认振动脉冲的办法,并在有用中得到了较好作用。

3.形式辨认的使用

此法的实质仍是使用信号的相位特性进行区别。局放信号尽管幅值改变很大,但它们的相位别离会集在45°和225°邻近。例如,因为电弧放电的发作相位同局放有差异、起伏改变较小而且在脉冲形状上也略有不同,依据这些特色,一个有经历的专家能够很容易地分辨出电弧放电信号这种搅扰。形式辨认办法就是专家经历的软件完成,它已在CIGER的陈述中得到承认,一些相应的软件也已呈现。常见的办法包含含糊逻辑法、kohonen网络分类法、KLT改换法和依据最小间隔的人工神经网络法等。整体来讲,形式辨认办法的难度在于需求积累很多的先验常识并能找出搅扰和局放间的特定差异,而在线丈量中,在强烈的搅扰信号中找出这些差异比较困难。下面介绍其间几种办法。

(1) Karhunen-Loeve-Transform法

研讨发现,用于形式辨认的输入矢量维数较高时,分类较困难且作用欠好;下降维数后,分类作用能得到改进。换言之,为进步辨认率、杰出信号的特征,首要需去除信号中的搅扰或噪声信息。KLT改换的原理如图2所示。由图能够看出,若选用x1-x2坐标系,要进行分类有必要一起选用x1、x2坐标;若对此进行正交改换,转移到w1-w2坐标系。则仅需w2坐标即可进行分类。由此可见,经KLT改换,可去除搅扰。

信平电子变压器:变压器局部放电在线监测信号中的电磁干扰及抑制


(2)脉冲序列剖析法——Kohonen网络

该算法为一种无监督的算法(如图3所示)。它的原理是寻觅输入向量到输出层欧氏间隔最短的节点,以此为输出,并经过自组织算法能够进行自适应分类,区别部分放电信号和搅扰信号,然后到达搅扰消除和按捺的意图。

信平电子变压器:变压器局部放电在线监测信号中的电磁干扰及抑制


(3)脉冲序列剖析法

据介绍该法简略有用且辨认率较高:它由部分放电间的放电电压差或相位差构成剖析序列,由这些特征来区别不同的放电形式和搅扰,以到达搅扰按捺的意图;此外,还能够进行毛病点定位。

六、总结

很多的研讨作用表明,跟着A/D变换速率的进步、核算机技能的开展,选用宽频带(10k-1000kHz)传感器结合高速采样的变压器局放在线监测体系已成为开展的主流。信号处理已从传统的谱剖析开展到可对局放波形进行时域剖析。

数字处理技能和人工智能领域中的一些作用已广泛用于在线监测中的搅扰按捺,而且有望获得突破性的作用。

为进一步进步抗搅扰办法的有用性,应加强对搅扰和脉冲的传达规则的研讨,这包含在变电站的传达和变压器内部传达的研讨,由此可能发现它们在波形、相位和方向等方面特征的不同。


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