基于脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统应用效果观察

效果观察

何洪伟;杨浩勋

【摘 要】随着我国社会经济的高速发展,电力能源在能源供应体系中占据越来越重要的地位,对电能供应的安全性与可靠性要求也越来越高。在我国电力供应系统中,变压器作为关键要素,由于长期处于高压高频负载状态之中,普遍存在局部放电现象,严重威胁供电安全。本文从这一问题出发,以脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统为立足点,探究与分析该系统的基本工作原理以及技术关键点,并对脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统的应用效果实践加以深入研究。 【期刊名称】《电气技术与经济》 【年(卷),期】2019(000)003 【总页数】3页(P3-5)

【关键词】脉冲电流法;局部放电;检测;电信号无线传输;工作原理;应用效果 【作 者】何洪伟;杨浩勋

【作者单位】[1]云南省计量测试技术研究院;[2]红塔烟草(集团)有限责任公司大理卷烟厂

【正文语种】中 文 【中图分类】TM8

0 引言

随着我国社会经济的飞速发展，越来越多的新兴领域及热门行业的经济增长率呈现出井喷式的发展态势。由于社会经济的蓬勃发展，各个领域对于能源的开发利用与消耗与日俱增。电能的需求范围与应用市场也随之越来越广泛。电力能源作为现代社会各领域内日常生产生活行为的重要能源供给形式，其安全性、可靠性与可持续性供应与发展，已然成为电力系统需要着重关注的发展重点与关键要素［1］。 为了与当前社会经济发展的良好态势相适应，电力供应系统也不断向着高电压、高容量的发展方向迈进，同时对电力供应的可靠性能、安全系数都提出了越来越高的要求。其中，电力供应系统中的各环节电力设施设备能否安全平稳运转，便成为影响电力供应安全性能的重要制约因素。在电力供应的基础设施设备中，变压器是电力供应链条中的关键一环［2］。

由于长期受到高电压的负载作用，变压器设备内部绝缘零件所承载的电场强度也逐渐加大，在变压器绝缘薄弱点极易发生局部放电现象，会导致变压器绝缘材料的严重损耗，导致绝缘材料受到腐蚀与老化，最终形成热击穿，造成严重的电力事故。因此，切实加强对变压器局部放电信号检测具有非常重要的现实意义。目前，对变压器局部放电信号无线传输检测方法主要包括脉冲电流法、超声波法、电流传感器法以及油中气体色谱分析法等几种类型。其中，脉冲电流法检测的变压器局部放电技术的应用较为广泛。同时，电力检测技术也得到了进一步的创新发展，无线通信技术开始在电力系统检测数据采集中得到广泛的应用。脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统应运而生。本文就是基于电力能源供应系统的当前发展背景和安全供电突出问题，对脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统进行深入研究与探索［3］。

1 脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统的基本工作原理概述

1.1 脉冲电流法检测变压器局部放电的技术分析

脉冲电流检测法是研究最早、应用最为广泛的一种测试方法。脉冲电流也被称为“脉动电流”，是一种周期性重复出现的电流或者电压脉冲，其出现方式分为两种，一是以同一方向出现模式，二是以正、负交替变换方向出现模式。在变压器产生局部放电问题时，会在局部放电的一瞬间产生高频的脉冲电流，通过电流传感器与接地线耦合放电脉冲电流的信号，并将信号输入信号处理系统进行数据采集，生成局部放电图谱及趋势预测图表，通过对图谱与图表的分析，确定变压器的绝缘材料在电力供应系统中的运行状况，同时作为是否对变压器进行停用检修的科学依据［4］。

1.2 检测放电信号无线传输的技术分析

根据检测信号的连接方式的不同，可以分为有线传输与无线传输两种类型。这里具体分析无线传输技术。

一个完整的检测信号无线传输系统主要包括以下几部分：电流传感装置、数据收集与处理装置、故障检测装置以及故障诊断装置。其中，数据收集与处理装置是技术的核心与关键环节，只有确保数据的可靠性与准确性，才能为后续的局部放电问题分析提供可能。数据收集与处理装置又包括数据采集系统与信号传送系统。采集系统的功能是收集电流传感器传递的电信号并进行数据的分析与处理；而信号传送系统的功能则是将采集到的数据信息传递至监控终端，以便于数据得到科学合理的有效控制。

相较于有线传输方式，无线传输具有如下技术优势：首先，无线传输技术无需铺设实体线路，并可以随时根据实际情况增加无线网路或进行安装与扩容，节省了大量的人力物力成本；其次，无线传输技术覆盖范围广、效率高，实用性与可操作性极强；再次，无线传输技术可以灵活地根据客户需求制定专门通信网路；最后，无线传输技术的维修仅限于终端总台，故障原因清晰明了，并具备临时应急、抗灾通信

等优势［6］。无线传输系统的装置技术原理见下图1： 图1 检测放电信号无线传输装置技术原理图

2 脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统的技术关键点分析 脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统主要解决三个方面的问题：一是解决变压器局部放电的模式识别，二是解决变压器局部放电的准确定位，三是解决现场噪声干扰的问题。其中，现场噪声干扰会极大地影响局部放电信号的分离质量，脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统的技术关键点就在于此。电力供应实践中，变压器在正常运行的情况下，现场会存在多种形式的干扰源，主要包括周期性干扰、白噪声干扰以及脉冲干扰等三个方面。 2.1 解决周期性噪声干扰源

对于周期性噪声干扰源，主要采用频域处理方法。这种处理方法包括FFT值滤波器、固定系数滤波器、数字滤波器等，通过频谱分析方式，分析各个频率的噪声成分再加以过滤。周期性干扰是各个次谐波的合成，其时间离散信号Z（n）可以表示为：

2.2 解决白噪声干扰源

白噪声干扰源，其实质就是均值为零的平稳、随机电信号干扰源。对于白噪声干扰源的解决方法，通常采取滤波引入方法加以滤出，具有一定的技术难度。 2.3 解决脉冲干扰源

脉冲干扰源也通常包括两种形式，即周期性脉冲干扰源与随机性脉冲干扰源。解决周期性脉冲干扰源的方法主要有差动平衡方法以及脉冲记性鉴别的方法，都是利用测量点之间的同极性或者反极性来进行判定。而解决随机性脉冲干扰源的方法主要包括逻辑判断与模式识别两种类型，一方面，逻辑判断只能对外部的耦合干扰源进行控制，另一方面，模式识别的方法较为有效，但需要建立脉冲的基本数据资料库，

工作量较为巨大。

3 脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统的应用效果实践

对于脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统的应用效果实践，主要从以下几方面入手加以研究分析： 3.1 变压器局部放电信号的接收原理

前文已经提到，变压器产生局部放电问题，会在放电瞬间产生一种高频率的脉冲电流，这种高频脉冲电流通过传感装置进行耦合，通过信号采集设备装置进入分析仪器［7］。大多数变压器局部放电电流脉冲高频信号变动范围集中于70mV ～130mV，用波形特征来表述，局放初始阶段的外施电压瞬时值上升接近90°或270°相位处，放电脉冲的相位范围也随之扩展在0°和180°，因此可根据这一范围进一步提高局部放电电流判断的准确性。局放脉冲在理论分析上可以用以下数学模型加以等效表达： ①单指数衰减形式：

②双指数衰减形式：

③单指数衰减振荡形式：

④双指数衰减振荡形式：

3.2 变压器局部放电的特征梳理分析与判断

判断产生的脉冲电信号是否是由于变压器局部放电所导致，需要经过对多个角度的数据信号加以处理汇总，并通过反复地检测与分析验证，才能获得最终的准确结论。一般判断方法主要有以下两种。第一，通过脉冲电流的波形与频率进行综合分析。

变压器局部放电通常是在瞬间完成，因此脉冲电流的波形应当呈现为单次脉冲，放电结束后，由于可能受到杂质电容的充放电因素影响，脉冲波形会经过短期的震荡逐渐回归平行，通过对脉冲频谱的观察与判断，便可以对局部放电的脉冲电流加以辨别。第二，通过相位图谱分析加以分析判断。变压器的局部放电的脉冲电流频谱，会随着电缆的正常运行工频电压的产生和变化而发生改变，因此，变压器局部放电的相位图谱会呈现出双极特征，电流信号较为稳定、明显，并均匀分布在对称的两个电极象限之内，相位的相差分布在180°［8-9］。 3.3 对变压器局部放电的位置确定

对变压器局部放电的位置确定方法包括两个方面，一方面是粗略定位，另一方面是精确定位。在粗略定位方法中，可以通过采集局部放电的脉冲电流波形，与其他电流波形加以对比，通过双重电流传感装置，反复观察不同波形电流的时间差，从而粗略确定局部放电位置位于哪一段供电网路的哪一部分。在精确定位方法中，以粗略位置确定为基础，通常采用UHF特高频信号或者超声波进行放电位置的精准确定，并采用超声波电路处理的方式，也是通过波形时间差分析这一途径，最终确定变压器局部放电的准确位置，这种测定技术的误差通常在20cm左右，精确度较高，技术操作具有较强的实用性［10］。超声波信号传播基本路径见图2，其中，①为直接路径；②为先传至附近箱壁再沿箱壁传至传感设备的路径。 图2 超声波信号传播基本路径 4 结束语

变压器局部放电问题，对于整个电力供应系统而言，都是比较严重的供电安全问题。对于脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统的研究，是借助科技进步的东风，有效提高电力系统安全健康、持续稳定运行的重要课题。本文对脉冲电流法检测的变压器局部放电信号无线传输系统进行了深入研究与分析，希望能为电力供应系统中变压器局部放电问题的科学处理提供一定的借鉴，并为我国电力事业的

未来可持续发展贡献力量。 参考文献

【相关文献】

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