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变压器局部放电在线监测中软件抗干扰技术 陈艳　周力行 摘　要：抑制干扰是变压器局部放电在线监测的关键技术。系统地分析了变压器局部放电监测中的干扰信号特征，在此基础上提出了有效的软件抗干扰措施。实验表明采用软件抗干扰技术能有效地抑制干扰、提取局部放电脉冲信号，具有良好的应用前景。关键词：局部放电；在线监测；信号处理；干扰抑制中图分类号：TM403.5文献标识码：A文章编号：1003-9171(2000)04-0025-04 Interference Suppressing Technique forOn-line PD Detecting of Power Transformer 　　对变压器内部局部放电(下称局放)进行在线监测，真正实现变压器等高压设备的状态检修，对变压器及整个电力系统的经济运行具有十分重要的意义。随着微机技术的发展，局部放电在线监测技术取得了长足的进步，取得了一定的经济效益。但由于变压器的运行电磁环境十分恶劣，局部放电信号淹没在强大的电磁干扰中，虽然采用了差动平衡电路、脉冲极性鉴别电路、滤波等措施，效果仍不明显，致使监测系统性能不能满足实用化要求。显然，有效地抑制干扰、准确获取局部放电信息是局放在线检测的关键技术之一。数字信号处理技术的迅速发展，为局部放电监测系统的数据处理提供了有力的工具，采用软件处理来抑制干扰，取得了良好的效果。监测系统采用电—声联合监测原理，即同步检测局放超声波信号及电脉冲信号，通过处理后获得局放的“指纹”参数，即放电量、放电频率等，并确定局放点的位置。系统以5 MHz的采样率同步采集局放电脉冲、超声波信号，局放宽频带监测系统框图如图1所示。 1　局放在线监测中的干扰分析 　　变压器局放在线监测中的干扰源分为两大类，一类是监测系统本身造成的干扰，如因系统设计不当引起的各种噪声等，可以通过改进系统结构、合理设计电路、增强屏蔽等加以消除；另一类来自电站中的各种干扰源，如整流设备、通信设备等。　　电站中的各种干扰进入监测系统的途径有空间耦合、地线、电源以及通过测量点四种。前三种通过增强屏蔽、电源滤波、单独接地等方法可将干扰抑制到足够小的水平。而与局部放电信号一起通过变压器各测量点的电流传感器进入监测系统的干扰，一方面可以在进入传感器之前消除，如保证变压器外壳单点接地等(由于电力变压器运行的限制，很难采取更多的措施)；另一方面就是进行干扰的后处理。所谓的抗干扰即指抑制通过变压器各测量点的传感器进入监测系统的干扰。  图1　监测系统总体框图 1.1　干扰分类 　　按时域信号特征，干扰可分连续的周期型干扰、脉冲型干扰和白噪三类。连续的周期型干扰包括系统高次谐波、高频保护、载波通信以及无线电通信等。脉冲型干扰包括随机脉冲型干扰和周期脉冲型干扰二种。随机脉冲型干扰有高压线路上电晕及局部放电、分接开关动作、电焊机和电动机电刷引起的电弧等；周期脉冲型干扰主要有标定脉冲、可控硅动作(直流电源整流和调相机励磁整流)以及地网中的脉冲干扰。白噪包括各种随机噪声，如绕组热噪声、地网噪声、配电线路以及变压器、继电保护信号线路中由于耦合进入的各种噪声等。 1.2　干扰特点分析 　　局放电脉冲信号在幅度、相位上均具有随机的特点；晶闸管信号等周期性脉冲干扰则出现在每一周期的固定相位上，具有相位周期性特点；连续周期性载波等干扰，在频域内其能量集中，其振幅谱是以主频为中心，以两倍调制频率为宽度的脉冲波形，而内外放电脉冲的振幅频谱为遍布整个频域的平坦波形，故两种振幅频谱值相差甚大。外部放电等随机脉冲干扰与变压器内部的局放在时域、频域上的特征几乎一样，要剔除此类干扰，必须在硬件及软件上均采取措施，才可能抑制外部放电干扰。 1.3　软件抗干扰流程图 　　根据以上分析，采取相应的信号处理措施，软件抗干扰流程图如图2。 图2　软件抗干扰流程图 2　载波等周期型干扰的抑制 　　从频谱分析的角度来看，载波通信等连续周期性干扰的能量集中，其振幅谱是以主频为中心，以两倍调制频率为宽度的脉冲波形，而内外放电脉冲的振幅频谱为遍布整个频域的平坦波形，故两种振幅频谱值相差甚大，据此可确定出载波干扰的频率，并将其除去。具体作法是将采样数据128 K分为每段2 048个采样点的64个数据段，为了提高分辨率对每个数据段进行加窗处理，然后逐段作快速付里叶变换得到振幅谱，自动找出振幅谱中对应的载波干扰频率，然后采用级联二阶IIR陷波器剔除周期性载波干扰。　　二阶IIR陷波器的传递函数： 　　　　　　　　　　　　　　　　　(1) 　　在Z平面上合理安排系统函数的零、极点可使二阶IIR陷波器具有点阻特性，如图3所示。为了在ω0处有无限大衰减，则要把零点取在单位圆上，也就是共轭零点取为Z1，2＝e±jω0T。为了同时满足对其他频率无衰减，必须在单位圆内侧