(完整版)變壓器絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)

1、變壓器局部放電及鐵心故障在線監(jiān)測系統(tǒng)一、研制目的和意義1.研制目的本項(xiàng)目在現(xiàn)有局部放電在線監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)一套變壓器局部放電及鐵心故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器絕緣及鐵心接地狀況的有效監(jiān)測和故障診斷，以確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。2.研制意義電力變壓器是電力系統(tǒng)中的最為重要的電氣設(shè)備之一，它的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，變壓器發(fā)生故障將導(dǎo)致大面積停電，致使國民經(jīng)濟(jì)遭到重大損失。由于變壓器內(nèi)部的局部放電是造成變壓器絕緣老化和破壞的主要原因，測量變壓器的局部放電可有效監(jiān)測變壓器的絕緣狀況。電力變壓器正常運(yùn)行時(shí)，鐵芯必須一點(diǎn)可靠接地。當(dāng)鐵芯或其他金屬構(gòu)件有兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地時(shí)，接地點(diǎn)就會(huì)

2、形成閉合回路，造成環(huán)流，引起局部過熱，導(dǎo)致油分解，絕緣性能下降，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使鐵芯硅鋼片燒壞，造成主變重大事故，嚴(yán)重威脅變壓器的安全運(yùn)行。因此在線監(jiān)測鐵芯接地情況，對(duì)于變壓器的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。二、研究目標(biāo)開發(fā)一套變壓器局部放電及鐵心故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部絕緣局部放電和鐵芯多點(diǎn)接地故障的監(jiān)測與診斷。監(jiān)測系統(tǒng)給出局放視在放電量、放電頻度、放電故障類型放電點(diǎn)位置及鐵心接地狀況，監(jiān)測系統(tǒng)靈敏度為200pC,當(dāng)時(shí)視在放電量為500pC時(shí)報(bào)警；局放定位誤差20cm。三、研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)本項(xiàng)目是在原有變壓器局部放電在線監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化在線監(jiān)測系統(tǒng)，提高監(jiān)測靈敏度、抗干擾性

3、能、局放定位精度及故障智能診斷能力。其主要研究內(nèi)容：1、變壓器局部放電脈沖電流超聲波在線監(jiān)測技術(shù)；2、局放脈沖電流傳感器、超聲波傳感器及鐵心接地電流互感器的選型與研制；3、現(xiàn)場DSP信號(hào)預(yù)處理技術(shù)；4、基于數(shù)字濾波、小波分析、混沌控制技術(shù)的軟件抗干擾技術(shù)；5、多路信號(hào)超高速、寬頻帶同步采樣系統(tǒng)及光信號(hào)傳輸技術(shù)；6、局部放電源點(diǎn)定位技術(shù)；7、變壓器局部放電視在放電量與放電頻度的變化報(bào)警閾值的設(shè)定；8、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、特征量變化趨勢曲線、顯示及報(bào)警；9、鐵芯多點(diǎn)接地故障判定技術(shù)；10、基于信息融合技術(shù)的變壓器故障分析及診斷。本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)是軟件抗干擾技術(shù)。擬在現(xiàn)有的軟件抗干擾技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)

4、一步深入研究各類干擾特征，有效抑制干擾、提取局放脈沖電流和鐵芯接地回路電流。四、國內(nèi)外研究狀況1、概述近年來，隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，變壓器的容量和電壓等級(jí)不斷提高,運(yùn)行中的安全問題也越來越受到重視。在變壓器所發(fā)生的故障中，絕緣問題占很大的比重，因此需要一種有效的手段對(duì)變壓器的絕緣狀況進(jìn)行監(jiān)測,確保運(yùn)行中變壓器的安全。局部放電監(jiān)測作為檢測變壓器絕緣的一種有效手段，無論是檢測理論還是檢測技術(shù)，近年來都取得了較大的發(fā)展，并在電廠和電站中得到了實(shí)際應(yīng)用。相對(duì)傳統(tǒng)的停電局部放電檢測，在線局部放電檢測可以長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測變壓器局部絕緣放電情況，在放電量達(dá)到危險(xiǎn)時(shí)，及時(shí)停機(jī)做進(jìn)一步的檢查，因此在檢修工時(shí)和經(jīng)

5、濟(jì)效益等方面有很大的優(yōu)勢，是目前惟一的一種有效避免變壓器突發(fā)性事故的監(jiān)測手段。在線局部放電監(jiān)測反映的是變壓器實(shí)際工作狀態(tài)下的絕緣放電情況，比離線檢測更符合設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工況。2、在線監(jiān)測主要方法根據(jù)變壓器局放過程中產(chǎn)生的電脈沖、電磁輻射、超聲波、光等現(xiàn)象,相應(yīng)出現(xiàn)了電脈沖檢測法、超聲波檢測法、光測法及射頻檢測法和UHF超高頻檢測法。（1）、采用超高頻測量法測量放電產(chǎn)生的電磁輻射，其頻帶在數(shù)300MHz-3GHz之間，可有效避開外界干擾，具有靈敏度高、能反映放電脈沖真實(shí)波形等優(yōu)點(diǎn)；已應(yīng)用于電機(jī)、GIS以及一些固體絕緣設(shè)備（如電纜、干式變壓器等）中局部放電的檢測，在變壓器局放監(jiān)測也有嘗試。但須將特

6、制天線裝于變壓器內(nèi)部；變壓器絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁波在其中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生多次折射、反射及衰減，同時(shí)變壓器內(nèi)箱壁也會(huì)對(duì)電磁波的傳播帶來不利影響。此外，該方法無IEC標(biāo)準(zhǔn)，局放量的標(biāo)定及故障診斷均沒有深入的研究。基于超高頻法的局放監(jiān)測尚處于試驗(yàn)室研究階段。（2）、紅外檢測是基于局部放電引起的局部溫度升高，通過紅外探測器和熱成象來實(shí)現(xiàn)檢測的。對(duì)于變壓器局部過熱故障、該方法較靈敏。但對(duì)于局部放電還沒有產(chǎn)生明顯局部過熱時(shí)，該方法不理想，遠(yuǎn)沒有達(dá)到自動(dòng)監(jiān)測的目的。（3）、光測法是利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測。在變壓器油中，各種放電發(fā)出的光波長不同，光電轉(zhuǎn)換后，通過檢測光電流的特征可以實(shí)現(xiàn)局放的識(shí)別。光纖技術(shù)作為

7、超聲技術(shù)的輔助手段應(yīng)用于局放檢測，將光纖伸入到變壓器油中，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局放時(shí)，超聲波在油中傳播，這種機(jī)械力波擠壓光纖，引起光纖變形，導(dǎo)致光纖折射率和光纖長度發(fā)生變化，從而光波被調(diào)制，通過適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器即可測量出超聲波，實(shí)現(xiàn)放電定位。雖然在實(shí)驗(yàn)室中利用光測法來分析局放特征及絕緣劣化機(jī)理等方面取得了很大進(jìn)展，但由于光測法設(shè)備復(fù)雜、昂貴、靈敏度低，在實(shí)際中并未直接使用。（4）、脈沖電流檢測法是通過檢測阻抗、檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵心接地線以及繞組中由于局部放電引起的脈沖電流，而獲得視在放電量。脈沖電流法是最早研究的，并且是迄今為止最廣泛使用的一種檢測方法，IEC對(duì)此制定了專門的檢測

8、標(biāo)準(zhǔn)。在線監(jiān)測變壓器局部放電脈沖的電流傳感器通常用羅果夫斯基線圈制成，與被測變壓器僅有磁耦合，而無電氣連接，符合在線檢測的要求。電流傳感器按頻帶可分為窄帶和寬帶兩種，窄帶傳感器頻率一般在10kHz左右，中心頻率在2030kHz之間或更高，具有靈敏度高，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但輸出波形嚴(yán)重畸變；寬帶傳感器帶寬為100kHz左右或更寬，中心頻率在200400kHz之間，具有脈沖分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，但干擾嚴(yán)重、信噪比低。近年來，人們在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，又引入信號(hào)分析方法，包括小波理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、指紋分析、模糊診斷等方法，局放在線監(jiān)測裝置的性能有了長足的進(jìn)步，國外有的局放在線裝置，其檢測最小局放量達(dá)100pC,

9、國內(nèi)裝置由于數(shù)字濾波技術(shù)不是很完善，檢測靈敏度稍低放量。（5）、用固定在變壓器油箱壁上的超聲傳感器接收變壓器內(nèi)部局放產(chǎn)生的超聲波來檢測局放的大小和位置。通常采用的超聲傳感器為壓電傳感器，選用的頻率范圍為70150kHz，可避開鐵心的磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲。超聲檢測法主要用于定性判斷是否有局放信號(hào)，結(jié)合電脈沖信號(hào)或直接利用超聲信號(hào)對(duì)局放源進(jìn)行物理定位。近年來，由于聲電換能元件效率的提高和電子放大技術(shù)的發(fā)展，超聲檢測的靈敏度有了大的提高。（6）、介損檢測，大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，迅速測量變壓器的tg6能對(duì)整個(gè)變壓器的絕緣有較為全面的了解。由于變壓器體積龐大，測得的tg6往往是變壓器各部分絕緣（絕

10、緣油、絕緣紙）的平均值，反映的是整體絕緣狀況。但介質(zhì)損耗率測量對(duì)發(fā)現(xiàn)局部故障不靈敏，當(dāng)變壓器存在局部絕緣損壞和裂化時(shí)，變壓器整體的介質(zhì)損耗率不能反映出來。所以變壓器各部分介質(zhì)損耗率tg6最好分開測量。根據(jù)分析、鑒定結(jié)果，目前介損在線檢測裝置均存在各種各樣的問題，遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用化的要求。究其原因除原理算法上的固有缺陷外，主要還是干擾抑制方面的問題，有的裝置根本就不能檢測介損和電容。（7）、油色譜分析監(jiān)測裝置對(duì)發(fā)現(xiàn)早期潛伏性故障較靈敏；反映的也是變壓器的整體絕緣狀況，不能反映突發(fā)性故障，不能對(duì)故障點(diǎn)位置進(jìn)行定位。且試驗(yàn)運(yùn)行的結(jié)果亦不令人滿意。超聲波測量主要用于定性的判斷局部放電信號(hào)的有無，以及結(jié)合電

11、脈沖信號(hào)或者直接利用超聲信號(hào)對(duì)局放源進(jìn)行物理定位。在局部放電的在線監(jiān)測中，超聲波測量是主要的輔助測量手段。隨著對(duì)局部放電超聲波測量研究的深入，有可能定量地分析放電強(qiáng)度及絕緣劣化程度。隨著聲電換能器的進(jìn)一步發(fā)展，超聲波測量或許會(huì)成為主要的測量手段，它也可以進(jìn)行局部放電的模式識(shí)別，繼而形成類似于油色譜分析的故障判斷標(biāo)準(zhǔn)。目前，介損檢測及油色譜分析監(jiān)測裝置是目前投入試驗(yàn)的常用監(jiān)測裝置；但因其固有缺陷，即使完全達(dá)到了實(shí)用化要求，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度來分析，對(duì)于真正實(shí)現(xiàn)變壓器的狀態(tài)檢修來說意義并不大。對(duì)變壓器局放進(jìn)行電-聲聯(lián)合監(jiān)測，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器絕緣狀況的監(jiān)測，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位；隨著該項(xiàng)技

12、術(shù)研究的不斷深入及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是軟件抗干擾技術(shù)的發(fā)展，可使變壓器局部放電在線監(jiān)測實(shí)用化。3、干擾的分析和抑制在變壓器絕緣在線監(jiān)測中，無論是介損檢測還是局放檢測，抑制干擾一直是關(guān)鍵問題，抑制干擾的措施有消除干擾源、切斷干擾途徑和干擾的后處理三種方法。干擾源分為兩類，一類是有監(jiān)測系統(tǒng)本身所造成的干擾，如因系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的各種噪聲等，可以通過改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、合理設(shè)計(jì)電路、增強(qiáng)屏蔽等加以消除；另一類是由電站中的各種干擾源，如整流設(shè)備、通訊設(shè)備等，這是不可能消除的，只能采用抑制干擾的后兩種措施。電站中的各種干擾進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)的途徑有空間耦合、地線、電源以及通過測量點(diǎn)四種。前三種通過增強(qiáng)屏蔽、

13、電源濾波、單獨(dú)接地等方法可將干擾抑制到足夠小的水平。而與局部放電信號(hào)一起通過變壓器各測量點(diǎn)的電流傳感器進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)的干擾，一放面可以在進(jìn)入傳感器之前切除干擾，如保證變壓器外殼單點(diǎn)接地等，但由于電力變壓器運(yùn)行的限制，很難采取更多的措施；另一方面就是進(jìn)行干擾的后處理。所謂的抗干擾即指抑制通過變壓器各測量點(diǎn)的電流傳感器進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)的干擾。按時(shí)域信號(hào)特征可分連續(xù)的周期型干擾、脈沖型干擾和白噪三類。周期型干擾包括系統(tǒng)高次諧波、高頻保護(hù)、載波通訊以及無線電通訊等。脈沖型干擾可分為隨機(jī)脈沖型干擾和周期脈沖型干擾。隨機(jī)脈沖型干擾有高壓線路上電暈及局部放電、分接開關(guān)動(dòng)作、弧焊機(jī)和電動(dòng)機(jī)電刷引起的電弧等；周期脈沖

14、型干擾主要有可控硅動(dòng)作（直流電源整流和調(diào)相機(jī)勵(lì)磁整流）以及地網(wǎng)中的脈沖干擾。白澡包括各種隨機(jī)噪聲，如繞阻熱噪聲、地網(wǎng)噪聲、配電線路以及變壓器級(jí)繼電保護(hù)信號(hào)線路中由于耦合進(jìn)入的各種噪聲等。干擾抑制的各種措施無外乎是時(shí)域開窗和頻域開窗。時(shí)域開窗是利用脈沖干擾在時(shí)域上是離散的特點(diǎn)來消除之，而頻域開窗則利用周期型干擾在頻域上離散的特點(diǎn)加以控制。頻域開窗硬件是利用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)的周期型干擾，它只適合一個(gè)具體的變電站，使用上不靈活，并且在安裝前必須經(jīng)過細(xì)致的實(shí)驗(yàn)以選擇最佳的頻帶。此外，由于局放是一種寬頻帶脈沖，窄頻帶測量只能獲得其中很小一部分能量，且造成

15、了檢測波形嚴(yán)重畸變，給后面的數(shù)字處理帶來諸多不便。軟件上進(jìn)行頻域開窗即采用各種數(shù)字濾波方法，如FFT濾波、自適應(yīng)濾波、非自適應(yīng)濾波等等，具有通用性強(qiáng)、調(diào)整容易、抑制效果好等特點(diǎn)。印度的V.Nagesh等人從干擾抑制比、波形畸變等方面對(duì)各種數(shù)字濾波方法作了評(píng)估，認(rèn)為在各種方法中，使用級(jí)聯(lián)的二階IIR點(diǎn)陣陷波固定系數(shù)濾波器是最佳的在線局放監(jiān)測方法，具有對(duì)周期型干擾（DSI）抑制比高、對(duì)局放脈沖波形畸變最小、對(duì)脈沖干擾穩(wěn)定性好以及處理時(shí)間少等優(yōu)點(diǎn)。而自適應(yīng)濾波對(duì)于脈沖干擾則表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，且對(duì)局放脈沖波形有較大畸變。因此，局放監(jiān)測應(yīng)盡量采用寬頻帶測量，以獲取更多的局放能量。目前，在軟件上通常采用II

16、R陷波器抑制周期型載波等干擾。時(shí)域開窗硬件電路有差動(dòng)平衡電路、脈沖極性鑒別電路等。從變壓器外殼接地線和鐵心接地線中取一路信號(hào)與繞組中性點(diǎn)接地線中選取的一路信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)或極性鑒別出理，利用外來的脈沖干擾在兩個(gè)測量點(diǎn)表現(xiàn)出同方向，而內(nèi)部放電脈沖則表現(xiàn)出方向相反這一特征將外來干擾去除。由于進(jìn)入兩路信號(hào)的脈沖干擾在干擾的來源、途徑上不同，導(dǎo)致兩路脈沖干擾在相位上、幅度上、波形上都有很大的差別，因而造成電路調(diào)整困難。此外，即使能對(duì)某一脈沖干擾有效抑制，但對(duì)其它性質(zhì)的脈沖干擾也難以消除。軟件的時(shí)域開窗包括直接的時(shí)間處理和相域處理。直接的時(shí)間軸處理包括軟件的差動(dòng)和極性鑒別。以及借助超聲信號(hào)以識(shí)別脈沖型干擾等

17、。還可以利用一路只具有周期脈沖型干擾但沒有局放脈沖的信號(hào)來識(shí)別和剔除周期脈沖型干擾。直接的時(shí)間軸處理包括軟件的差動(dòng)和極性鑒別，以及借助超聲信號(hào)來識(shí)別脈沖干擾等。還可以利用一路只具有周期脈沖型干擾但沒有局放脈沖的信號(hào)來識(shí)別和剔除周期脈沖型干擾。直接的時(shí)間軸處理可以抑制隨機(jī)脈沖型干擾和周期脈沖型干擾。相域處理則是將采集的時(shí)域局放信號(hào)變換到工頻相域的0°360°中，利用周期脈沖型干擾相位固定的特點(diǎn)采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)或模糊邏輯將其消除。有些裝置則對(duì)各脈沖進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，判斷各個(gè)脈沖波形的相似性。對(duì)脈沖進(jìn)行分類，繪制出響應(yīng)的N-圖。由于周期脈沖型干擾波形一致，且分布在固定相位，每一種周期脈

18、沖型干擾對(duì)應(yīng)一個(gè)N-圖，這樣一來就很容易地識(shí)別出來，再從時(shí)域波形中將其消除，得到只剩下局放脈沖的時(shí)域波形。然而目前這種通用的方法在具體實(shí)施時(shí)，由于脈沖波形畸變難以實(shí)現(xiàn)抑制周期性脈沖干擾。近年來國內(nèi)外均采用小波變換來抑制白噪聲，對(duì)檢測信號(hào)做多尺度小波分析，利用局部放電脈沖與平穩(wěn)白噪聲的模極大值沿不同尺度傳遞特性的差異，從白噪聲背景中有效地提取局放脈沖。綜上所述，干擾抑制的方法很多，但真正用于監(jiān)測系統(tǒng)上，有時(shí)卻很難將干擾抑制下去，原因是對(duì)干擾本身的分析不夠。目前對(duì)干擾的分析僅限于大致的來源和路徑的定性分析，沒有定量的概念，分不清實(shí)際耦合帶來的干擾中哪一類干擾占主要部分。過分側(cè)重于高壓回路中的干擾，

19、而忽略繼電保護(hù)等二次回路耦合的干擾的重要性等等。這樣，即使采用了許多種抗干擾措施，效果也并不明顯。此外，抑制干擾的措施方面，硬件電路上采用的措施多，而軟件中采用的措施少。隨著數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多對(duì)干擾抑制非常有效的數(shù)字處理方法，但由于硬件的限制而無法應(yīng)用。因此，處于對(duì)抑制干擾的考慮，監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)趨向于硬件通用化，而干擾抑制技術(shù)應(yīng)軟化。硬件通用化即采取寬頻帶、并有足夠增益的檢測手段，數(shù)據(jù)采集采取高速、大容量、多通道采集技術(shù)，以便于軟件處理。軟件處理方面，除了抗干擾措施這一部分外，其余所有部分都可以通用化。而抗干擾措施則應(yīng)在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，綜合比較分析各種數(shù)字和硬件抗干擾技術(shù)，

20、選取最有效的和最少的方法進(jìn)行合理的軟、硬件搭配，最大限度的抑制和識(shí)別干擾，獲得可靠的干擾信息，并形成完整的抗干擾系統(tǒng)。在軟件上實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的抗干擾軟件包，從而在抗干擾方面盡可能實(shí)現(xiàn)通用化，這是目前抗干擾技術(shù)研究的重點(diǎn)。4、故障定位及故障診斷在變壓器離線試驗(yàn)中，國內(nèi)外普遍采用視在放電量作為檢測物理量。超聲脈沖波雖然也能反映局放的本質(zhì)特征且具有可測性，但目前尚無法量化，還不能作為監(jiān)測的物理量。油中氣體分析只是反映了局放所產(chǎn)生的一種化學(xué)現(xiàn)象，且不能及時(shí)反映突發(fā)性放電故障，亦不宜作為監(jiān)測的物理量。迄今為止，無論是變壓器局放的離線測量還是在線監(jiān)測系統(tǒng)都是以視在放電量作為監(jiān)測物理量。根據(jù)視在放電量和放電次數(shù)的

21、大小和變化速率可較準(zhǔn)確地推算出放電對(duì)絕緣的危害程度。根據(jù)國內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電力變壓器的基本放電量在數(shù)千PC時(shí)仍可繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)達(dá)到10000PC以上時(shí)，則應(yīng)引起嚴(yán)重注意，此時(shí)絕緣可能有嚴(yán)重?fù)p傷。但考慮到設(shè)備的運(yùn)行安全，局部放電量在40005000PC時(shí)，就應(yīng)引起重視。目前，對(duì)放電點(diǎn)定位的實(shí)用方法有電定位和超聲定位兩種。電定位采用計(jì)算放電脈沖在繞組兩側(cè)的比值，給出放電點(diǎn)的電氣位置；超聲定位計(jì)算局放超聲波到達(dá)各超聲探頭的時(shí)差來實(shí)現(xiàn)定位，這在在線監(jiān)測中獲得了廣泛的應(yīng)用，包括三角定位法（或稱球面定位法）和雙曲面定位法，此外，美國人Fowler提出了區(qū)域定位的順序定位法等。目前，無論是電定位還是超聲定位，在

22、實(shí)際應(yīng)用中都不很理想，尤其是電定位，只是在離線實(shí)驗(yàn)中有時(shí)應(yīng)用。超聲定位由于放電時(shí)延的確定以及定位算法等問題，定位準(zhǔn)確度差，需要在放電脈沖的傳播特性、定位算法等方面深入研究。對(duì)故障性質(zhì)和嚴(yán)重程度進(jìn)行詳細(xì)診斷，需要結(jié)合放電的模式識(shí)別、放電的機(jī)理以及放電對(duì)絕緣的影響等一系列基礎(chǔ)研究成果，根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析故障的性質(zhì)及發(fā)展程度，對(duì)絕緣狀況作出預(yù)測，以便確定變壓器是停機(jī)檢修還是繼續(xù)運(yùn)行，這是在線監(jiān)測變壓器局部放電的最終目的。在現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)中，故障診斷還是非常簡單的，它的完善還要借助于專家系統(tǒng)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等的研究以及經(jīng)驗(yàn)的積累等。5、主要問題和發(fā)展趨勢局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)目前的研究重點(diǎn)仍在于抑制干擾

23、、提高監(jiān)測靈敏度和準(zhǔn)確度。目前，局放監(jiān)測裝置在實(shí)施上還存在下述問題：（1）、傳感器的靈敏度、線性度、抗干擾性能均不能滿足高精度要求；大多監(jiān)測裝置采用窄帶傳感器，其檢測波形嚴(yán)重畸變，致使監(jiān)測達(dá)不到要求。（2）、大多數(shù)裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣率不夠高，通頻帶不夠?qū)挘珹/D轉(zhuǎn)換位數(shù)低，使監(jiān)測精度低。（3）、抗干擾措施不力，雖然有的系統(tǒng)將數(shù)據(jù)處理中心與現(xiàn)場分開，但在硬件、軟件抗干擾上仍須進(jìn)一步研究。（4）、大多現(xiàn)有裝置未采用高檔微機(jī)，不能滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的快速、大容量要求。（5）、定量分析及定位算法均較簡單，不能滿足準(zhǔn)確監(jiān)測要求。6、在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢目前，系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨向于硬件設(shè)計(jì)和軟件數(shù)據(jù)處理上的通

24、用化，而抗干擾技術(shù)應(yīng)軟化，即形成監(jiān)測數(shù)據(jù)處理軟件包和抗干擾技術(shù)軟件包。在此基礎(chǔ)上結(jié)合專家知識(shí)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展成為在線診斷的專家系統(tǒng)，形成較通用的局部放電在線診斷系統(tǒng)。即硬件的作用只是完成信號(hào)必要的預(yù)處理、采集和儲(chǔ)存，而對(duì)信號(hào)的處理和分析在軟件中實(shí)現(xiàn)。這種以軟代硬的做法，提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性，這樣可以解決某些硬件電路上難以解決的問題。真正使絕緣監(jiān)測和絕緣診斷結(jié)合起來，為開發(fā)以絕緣診斷為核心的專家系統(tǒng)開辟了廣闊的前景。進(jìn)一步的研究是多功能與多參數(shù)綜合診斷，繼而發(fā)展為整個(gè)直到多個(gè)電站設(shè)備的集中監(jiān)測和診斷，從而形成完整的集中控制的在線診斷網(wǎng)絡(luò)。五、監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理及其實(shí)施

25、方案1、“系統(tǒng)”工作原理本“系統(tǒng)”根據(jù)電脈沖檢測和超聲波檢測法的基本原理，對(duì)變壓器局部放電產(chǎn)生的脈沖電流和超聲波進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測。采用軟件抗干擾技術(shù)，包括小波分析抑制隨機(jī)噪聲、混沌系統(tǒng)識(shí)別并抑制周期性脈沖干擾等，對(duì)檢測的電脈沖信號(hào)和超聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)映射處理，確定局放有無，并給出局放的視在放電量、放電頻率等“指紋”參數(shù)及其變化趨勢；并應(yīng)用信息融合理論對(duì)變壓器絕緣狀況做出相應(yīng)的診斷。同時(shí)，根據(jù)等值聲速原理，運(yùn)用模糊理論和有限元數(shù)值分析方法確定的數(shù)學(xué)模型對(duì)變壓器PD點(diǎn)進(jìn)行精確定位。在鐵芯接地回路中串入電流互感器，采用傅氏算法計(jì)算出鐵芯接地線上電流基波幅值，通過對(duì)該電流的連續(xù)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器鐵芯接地狀況

26、的在線監(jiān)測。2、系統(tǒng)實(shí)施方案系統(tǒng)分五個(gè)單元：傳感器單元、現(xiàn)場信號(hào)預(yù)處理單元、光電轉(zhuǎn)換與傳輸單元、中控室信號(hào)處理單元、顯示報(bào)警單元；采用寬帶電脈沖傳感器，以獲取足量的局放信息和高的脈沖分辯力，同時(shí)脈沖波形基本無畸變，為軟件抗干擾打下基礎(chǔ)；根據(jù)差動(dòng)平衡原理，同時(shí)檢測中性點(diǎn)接地線、油箱外殼接地線、高壓套管末屏接地線、鐵芯接地線上的電脈沖信號(hào)，運(yùn)用小波理論和相關(guān)分析區(qū)分變壓器內(nèi)外放電，剔除外部放電脈沖干擾。采用多個(gè)寬帶超聲波傳感器檢測局部放電超聲信號(hào)，并與電脈沖信號(hào)做相關(guān)處理，判斷局放有無并計(jì)算各路局放超聲信號(hào)傳播時(shí)間；根據(jù)等值聲速原理，運(yùn)用模糊理論和有限元數(shù)值分析方法確定的數(shù)學(xué)模型對(duì)變壓器PD點(diǎn)進(jìn)行

27、精確定位。采用超高速、寬頻帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和前端DSP數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。系統(tǒng)采樣頻率為5MSa/s、16位A/D轉(zhuǎn)換，八通道同步采樣；系統(tǒng)的中心頻率為500kHz-800kHz之間，帶寬1MHz。根據(jù)脈沖型和連續(xù)的周期性干擾可能進(jìn)入“系統(tǒng)”的途徑，分別采取隔離、濾波、屏蔽以及光纖傳輸信息而抑制干擾；根據(jù)脈沖極性鑒別、電脈沖信號(hào)與超聲信號(hào)的時(shí)延相關(guān)原理，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（如自適應(yīng)濾波、小波分析、混沌控制等）建立抗干擾軟件包，有效地抑制各種干擾。數(shù)據(jù)處理中心采用高性能工控機(jī)，以滿足數(shù)據(jù)處理的快速、大容量要求。界面、主控軟件及數(shù)據(jù)處理均采用Windows操作系統(tǒng)下BORLANDC+BUILDE

28、R或VC+6.0編制，界面友好、豐富多彩，具有多畫面顯示（同時(shí)動(dòng)態(tài)顯示放電量、放電頻率、故障點(diǎn)位置等特征量及鐵芯接地情況），追憶各特征量曲線及報(bào)警等功能。視在放電量是分析局放的基本物理量，IEC標(biāo)準(zhǔn)及國標(biāo)對(duì)變壓器例行試驗(yàn)視在放電量都有明確規(guī)定，本項(xiàng)目采用采用套管末屏注入法，即利用套管主電容作為分度電容，打開套管末屏接地線，將方波發(fā)生器接在末屏與地之間，注入方波信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定。在線局放監(jiān)測主要是監(jiān)測破壞性放電，根據(jù)國內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電力變壓器的基本放電量在數(shù)千PC時(shí)仍可繼續(xù)運(yùn)行，考慮到設(shè)備的運(yùn)行安全。局部放電量在5000PC時(shí)（峰值脈沖電流I$200300uA）,系統(tǒng)報(bào)警引起重視。當(dāng)達(dá)到10000PC以上時(shí)，則應(yīng)引起嚴(yán)重注意，此時(shí)絕緣可能有嚴(yán)重?fù)p傷。放電重復(fù)率N（次/秒）21000單項(xiàng)報(bào)警，N22000時(shí)危險(xiǎn)信號(hào)，但應(yīng)參考其發(fā)展趨勢。根據(jù)記錄存儲(chǔ)的PD歷史數(shù)據(jù)和變化趨勢及電聲相關(guān)關(guān)系，綜合診斷出變壓器的絕緣故障并越限