魯中南大學(xué)曾敏輝危韌勇欄目編輯/羅斌9岸遇大眾黑f 0前言根據(jù)對(duì)電網(wǎng)事故的統(tǒng)計(jì)分析，我國(guó)有近1/3的電網(wǎng)事故的直接起因是設(shè)備故障所造成的，而電力變壓器是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，可見保證變壓器的安全運(yùn)行在電力系統(tǒng)中占有極其重要的地位。

　　一般單一變壓器絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)參量為以下三個(gè)：（1）高、中、低壓側(cè)套管絕緣介損值；（3）油中H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6六種溶解氣體及總烴含量；（3）局部放電量。

　　1變壓器絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)分析1.1介質(zhì)損耗角監(jiān)測(cè)介質(zhì)損耗角！是電容型設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容之一。長(zhǎng)期以來(lái)，介質(zhì)損耗角的tan！值測(cè)量是通過(guò)西林電橋?qū)崿F(xiàn)的，但它的測(cè)試程序復(fù)雜，操作工作量大，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，自動(dòng)化水平低，易受人為因素的影響，這些都限制了西林在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。！的定義如下，流過(guò)電容型設(shè)備的電流i比絕緣兩端的電壓u超前一個(gè)相角"則！=/（3-"）。因電容型設(shè)備！通常約為0.001>0.03，使"趨近于/3，故對(duì)測(cè)量！的準(zhǔn)確度提出了較高要求。

　　1.1.1直接測(cè)量法在時(shí)域中通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)才測(cè)量正弦電流、電壓由負(fù)變正過(guò)零點(diǎn)的時(shí)差A(yù)T，再換算為I超前u的相位差"進(jìn)而算得8.己知正弦波的周期T=1/f，在測(cè)得過(guò)零點(diǎn)時(shí)差A(yù)T后，可知：該方法主要依靠硬件裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算，兩個(gè)檢測(cè)通道本身存在相位差，過(guò)零比較器的失調(diào)電壓，電源諧波等都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差，所以必須采用相應(yīng)措施消除干擾。

　　1.1.3傅立葉分析法在頻率的波動(dòng)時(shí)，使采樣頻率無(wú)法準(zhǔn)確地保持為系統(tǒng)頻率的整數(shù)倍，這種非整周期采樣會(huì)造成柵欄效應(yīng)和頻譜泄漏現(xiàn)象，以及電網(wǎng)中存在的高次諧波都會(huì)給介質(zhì)損耗角的測(cè)量帶來(lái)誤差。而現(xiàn)在的tan！僅為千分之幾，可見頻率波動(dòng)引起的介質(zhì)損耗角測(cè)量誤差很大，針對(duì)這一問(wèn)題的解決方法有：（1）采用跟蹤電力系統(tǒng)頻率變化然后反饋調(diào)整采樣頻率的方法。該方法要依靠鎖相環(huán)技術(shù)，較為復(fù)雜。

　　（3）米用加窗插值方法。以Hanning窗說(shuō)明加權(quán)差值FFT算法原理：一個(gè)具有各次諧波的周期信號(hào)可表示為：當(dāng)采樣頻率為系統(tǒng)頻率的非整數(shù)倍時(shí)，可表示為=（+ i）f/N，其中f/N為頻率分辨率，為整數(shù)，/為小數(shù)。

　　正交法測(cè)量原理敘述如下：設(shè)在一個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)為N，對(duì)二者分別進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開可得：所以，電流基波幅值為=V"+E，電流基波初相角為值得注意的是，正交性僅在fs和f滿足整數(shù)倍時(shí)才成立，所以電流和二次側(cè)電壓必須同步采樣。

　　1.1.4高階正弦擬合算法假設(shè)信號(hào)仍以（3）式表示，采樣后得N點(diǎn)離散序列，尤為采樣頻率。fs為滿足采樣定理，可采用濾波方法將諧波限制在m次內(nèi)。

　　離散傅立葉變換后求取電壓和電流信號(hào)參數(shù)作為迭代初值，對(duì)采樣數(shù)據(jù)采用比較小二乘法進(jìn)行非線性擬合計(jì)算。該算法較好地解決了采樣頻率與電網(wǎng)頻率不同步的問(wèn)題，但編程運(yùn)算量大，迭代次數(shù)多，在強(qiáng)噪聲干擾下，誤差較大，需采取多次測(cè)量輸出平均值的方法減小誤差。

　　油中溶解氣體監(jiān)測(cè)常規(guī)的油色譜分析法是離線操作，存在一系列不足之處：從取油樣到實(shí)驗(yàn)室分析，作業(yè)程序復(fù)雜，可能存在較大的人為誤差。檢測(cè)周期長(zhǎng)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛伏性故障和有效的跟蹤發(fā)展趨勢(shì)。

　　現(xiàn)在采用一種氣體滲透膜，從變壓器絕緣油中脫出溶解氣體。氣體平衡后，采用傳感器測(cè)量氣體濃度，由亨利定律可得到氣體濃度：C?脫氣后給定種類的氣體濃度Cg??溶解在油中的該類氣體的濃度M??平衡常數(shù)（奧斯瓦爾德常數(shù)）一種簡(jiǎn)單方法??特征氣體法，只須測(cè)量出氫氣濃度，因?yàn)橐坏┯泄收暇桶殡S有氫氣產(chǎn)生，而且其濃度又是故障嚴(yán)重程度的尺度。另外，氫氣量的變化速度還可進(jìn)一步判斷故障發(fā)展的快慢。

　　所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，通過(guò)串行通信傳給主控室的計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)算出特征氣體（通常是以下6種特征氣體H2、C0、CH4、C2H2、C2H4、C2H6）含量，然后使用三比值法、四比值法、氣體諾謨圖法和CIGRE推薦的方法對(duì)各次采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及故障診斷。

　　1.3變壓器局部放電監(jiān)測(cè)變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的局部放電參數(shù)的測(cè)試，可獲得局部絕緣的信息，放電的強(qiáng)弱可用來(lái)評(píng)定絕緣缺陷或劣化程度，所以局部放電也是變壓器絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)外研究比較多、應(yīng)用比較廣泛的是超聲波定位法和電脈沖檢測(cè)法。

　　超聲波定位法是根據(jù)局部放電產(chǎn)生的超聲波傳播的方向和時(shí)間來(lái)確定放電位置。通常采用壓電傳感器，固定在變壓器油箱壁上，選用的頻率范圍70>150kHz，目的是為了避開鐵心的磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲。由于超聲法受電氣干擾小，能定性地判斷局部放電信號(hào)的有無(wú)，所以它在局部放電定位上廣泛應(yīng)用。

　　但變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種介質(zhì)對(duì)聲波的衰減及對(duì)聲速的影響都不一樣，目前使用的傳感器抗電磁干擾能力較差，靈敏度也不很高，這就增加了超聲波檢測(cè)的難度。近年來(lái)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，超聲波檢測(cè)的靈敏度有了較大的提高，東南大學(xué)已研制出智能化電力變壓器局部放電超聲定位儀。

　　脈沖電流法是通過(guò)檢測(cè)阻抗、套管末屏接地線、外殼接地線、鐵芯接地線以及繞組中由于局部放電引起的脈沖電流，獲得放電量。根據(jù)局部放電產(chǎn)生的脈沖傳播到測(cè)量端的特性來(lái)確定放電位置。它是研究比較早、應(yīng)用比較廣泛的一種檢測(cè)方法，IEC對(duì)此制定了專門的標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)變壓器局部放電脈沖的電流傳感器通常用羅哥夫斯基線圈制成，電流傳感器按頻帶可分為窄帶和寬帶兩種。

　　脈沖電流法進(jìn)行局部放電線監(jiān)測(cè)時(shí)，干擾信號(hào)隨放電信號(hào)一起進(jìn)入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。干擾信號(hào)可分為連續(xù)的周期型干擾和脈沖型干擾。周期型干擾包括系統(tǒng)高次諧波，載波通訊及無(wú)線電通訊等；而脈沖型干擾又可分為周期脈沖干擾和隨機(jī)脈沖干擾。

　　抑制干擾一直是困擾局部放電在線監(jiān)測(cè)的難題。從硬件方面研究了諸多的干擾抑制措施，采用干擾平衡裝置在變壓器各繞組的套管末屏、中性點(diǎn)及鐵芯等接地線獲取信號(hào)，并排列組合成數(shù)對(duì)“平衡對(duì)”來(lái)消除外部干擾，但所測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和重復(fù)性都較差。基于傅里葉變換的軟件濾波方法有其局限性：因這種變換難以獲得信號(hào)的局部特性，對(duì)放電這樣的非平穩(wěn)突變信號(hào)，較難獲得理想結(jié)果。而小波在去除周期型干擾和平穩(wěn)隨機(jī)型干擾有一定的優(yōu)越性。

　　從理論上來(lái)說(shuō)，如果局部放電發(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)傳感器，其中攜帶了關(guān)于放電位置的信息。小波變換作為一種信號(hào)的時(shí)間-尺度、（時(shí)間-頻率）分析法，在時(shí)域和頻域都具有表征信號(hào)局部特性的能力，是一種窗口大小固定不變，但其形狀可改變，時(shí)間窗和頻率窗都可以改變的時(shí)頻局部化分析方法，因而它是信號(hào)特征提取的有力工具。可利用離散小波變換的多分辨識(shí)別，分析局部放電的超高頻信號(hào)在不同的分辨率下的特征，對(duì)放電位置進(jìn)行識(shí)別。

　　近年來(lái)，電子技術(shù)與傳統(tǒng)的測(cè)試方法相結(jié)合，將測(cè)得的局部放電信號(hào)經(jīng)放大、濾波后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，做出各種譜圖和統(tǒng)計(jì)量，由此來(lái)分析變壓器的局部放電情況。基于模式識(shí)別方法的局部放電數(shù)字化檢測(cè)裝置及其三維譜圖顯示很有特色，放電測(cè)量系統(tǒng)普遍采用結(jié)構(gòu)：2結(jié)束語(yǔ)以上介紹的三個(gè)在線監(jiān)測(cè)參量能較好地反映變壓器狀態(tài)運(yùn)行狀況，而變壓器故障診斷是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，若這些在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)能綜合到一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中來(lái)則能更好互補(bǔ)地檢測(cè)變壓器內(nèi)部潛伏性故障，以及預(yù)測(cè)變壓器未來(lái)運(yùn)行狀況。所以基于電力變壓器絕緣狀態(tài)的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有很好的經(jīng)濟(jì)意義和應(yīng)用前景。

　　欄目編輯/羅斌tan！的數(shù)字化測(cè)量中，如何提高抗干擾能力，從而提高測(cè)量的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性仍是當(dāng)前和今后值得研究的課題，而油氣監(jiān)測(cè)中需要研制性能更好的傳感器。……，。大眾用電