广义的局放干扰是指除了与局放信号一起通过电流传感器进入监测系统的干扰以外,还包括影响监测系统本身的干扰,诸如接地、屏蔽以及电路处理不当所造成的干扰等。现场局放干扰特指前者。电磁干扰一般通过空间直接耦合和线路传导两种方式进入测量点。测量点不同,干扰耦合路径会不同,对测量的影响也不同。测量点不同,干扰种类、强度也不相同。
从干扰的来源分,主要有测量系统本身的干扰和测量系统外的干扰。测量系统本身的干扰包括供电开关电源中开关和放大器自身的热噪、自激等产生的干扰;测量系统外的干扰主要是指来自被测设备之外的、能被检测传感器检测到的干扰。由于系统自身的干扰总是可以通过改善测量系统的设计来减少或消除,因此,通常所说的干扰主要是指来自测量系统以外的干扰。
现场电磁干扰又分连续性周期干扰、脉冲型干扰和白噪声干扰。往往干扰强大,甚至完全淹没了局放信号。
1.连续性周期干扰
电力系统载波通信和高频保护信号引起的干扰和无线电干扰。这类通常是高频正弦波,干扰强度较大,每种干扰的时域波形有固定的谐振频率和频带宽度,有的频率较高,有的频率较低。在频域上是离散的,频域内能量集中,振幅是以主频为中心,以两倍调制频率为宽度的脉冲波形。其相位分布固定。这类干扰包括电力系统谐波、高频保护、载波通信及无线电广播通信等。
2.脉冲型干扰信号
包括供电线路或高压端电晕放电;电网中的开关、晶闸管整流设备闭合或开断引起的脉冲干扰;试验线路或邻近的接地不良引起的干扰;浮动电位物体放电引起的干扰;设备的本机噪声或者其他随机干扰。此类干扰在时域上是持续时间很短的脉冲信号,而在频域上是包含各种频率成分的宽带信号,具有与局部放电信号相似的时域和频域特征,但其相位集中。观察示波器上的图像可以发现此类干扰出现的位置相对固定的地方,波箱及其小波变换系数都与放电脉冲的波形及系数极其相似。但这类脉冲典型的频率一般都小于1MHz,因而在时间轴上分布极为稀疏,而其有规则,据此可将其余局部放电脉冲区分。
3.白噪声干扰信号
包括各种随机噪声,如变压器绕组的热噪声、电子器件本身的热噪声、配电线路及变压器继电保护信号线路中由于耦合进入的各种噪声以及检测线路中半导体器件的散粒噪声等。理论上,白噪声干扰的功率谱为恒定常数,分布在整个频段上,而在实际应用中,若其频谱在较宽频段上为连续平缓的即可认为是白噪声。
电气设备特别是大型发电机和变压器,其结构复杂、体积庞大,干扰可通过传导、感应、辐射等多种耦合方式从多个路径侵入。
1.变压器的干扰入侵路径
所有的窄带信号(系统奥茨谐波、载波通信、无线电通信和高频保护)、线路和绝缘电晕放电、其他电气设备内部放电、开关设备动作产生的脉冲型放电或各种冲击波(雷电波、操作波)产生的高频电流脉冲等主要通过高压线路以传导的方式进入变压器。
晶闸管整流、换流器和静止无功补偿器中的电力电子器件动作等引起的强大周期型脉冲干扰和电弧炉产生的随机噪声和脉冲,干扰主要从变压器的低压侧以传导的方式侵入。
晶闸管或其他的开关类器件动作产生的脉冲信号、各种电机产生的电弧放电及配电线路中存在的大量随机噪声等通过风机,潜油泵和变压器控制柜的动力电缆或各种信号电缆以电容耦合或直接传导引入。这些干扰统称为变压器配电线路引入的二次干扰。
当变压器多点接地时各接地线构成环形天线,耦合引入各种空间干扰、地网干扰等。
2.发电机干扰侵入的路径
励磁供电系统产生的干扰和由于碳刷与滑环之间接触不良所产生的火花放电往往从电机的励磁系统引入,与电机相连的设备产生的干扰从连接导线处引入,无线电干扰和其他随机干扰通过空间辐射方式引入。
干扰的抑制总是从干扰源、干扰途径、信号后处理三方面考虑。找出干扰源直接消除或切断相应的干扰路径,是解决干扰最有效最根本的方法,但要求详细分析干扰源和干扰途径,且一般不允许改变原有的变压器运行方式,因此在这两方面所能采取的措施总是很有限。对于经电流传感器耦合进入监测系统的各种干扰,采取各种信号处理技术加以抑制。一般从以下几方面区分局放信号和干扰信号:工频相位、频谱、脉冲幅度和幅度分布、信号极性、重复率和物理位置等。在抗干扰技术中有两种不同的思路:一种是基于窄带(频带一般为10kHz至数万赫兹)信号的。它通过合适频带的窄带电流传感器和带通滤波电路拾取信号,躲过各种连续的周期型干扰,提高了测量信号的信噪比。这种方法只适合某一具体的变电站,使用上不方便。此外,由于局部放电信号是一种宽频带脉冲,窄带测量会造成信号波形的失真,不利于后面的数字处理。另一种是基于宽频(频带一般为10~1000kHz)信号的处理方法。检测信号中包含局放的大部分能量和大量的干扰,但信噪比较低。对于这些干扰的处理步骤一般是:①抑制连续周期型干扰;②抑制周期型脉冲干扰;③抑制随机型脉冲干扰。随着数字技术的发展及模式识别方法在局放中的应用,这种处理方法往往能取得较好的效果。在后级处理中,很多处理方法是一致的。可归纳为频域处理和时域处理方法,频域方法是利用周期型干扰在频域上离散的特点处理之,而时域处理方法是根据脉冲型干扰在时域上离散的特点处理。有硬件和软件两种实现方式。
(1)局部放电产生的检测信号十分微弱,仅为微伏量级,就数值大小而言,很容易被外界干扰信号所淹没,因此必须考虑抑制干扰信号的影响,采取有效的抗干扰措施。对上述这些干扰的抑制方法如下:
1)来自电源的干扰可以在电源中用滤波器加以抑制。这种滤波器应能抑制处于检测仪的频宽的所有频率,但能让低频率试验电压通过。或者采用带有屏蔽绕组的绝缘变压器供电,调压器、控制装置有缺陷时产生的干扰可以换用良好的设备即可消除。
2)来自接地系统的干扰,可以通过单独的连接,把试验电路接到适当的接地点来消除。所有附近的接地金属均应接地良好,不能产生电位的浮动。
3)来自外部的干扰源,如高压试验、附近的开关操作、无线电发射等引起的静电或磁感应及电磁辐射,均能被放电试验线路耦合引入,并误认为是放电脉冲。目前采取的办法除了控制附近高压设备的运行时间,避开强力广播台的工作时间外,多在检测回路的特性上设法,例如采用中心频率200kHz以下的窄带检测放大回路或者200kHz以下的低频回路等需要有一个设计良好的薄金属皮、金属板或铁丝网的屏蔽。有时样品的金属外壳要用作屏蔽,有条件的可修建屏蔽试验室。
4)对于干扰源来自高压产生的局部放电干扰,这与设备的制造质量有关,而且干扰随变压器的电压升高而升高,如高压引线上的电晕干扰,可以使高压引线表面光洁度好,曲率半径大,并加以屏蔽。
5)由于试验线路或样品内的接触不良引起的接触噪声,特别是热噪声更成为测量装置提高灵敏度的主要障碍,选用优质元件制成的放大器M是必要的。试验时应保证所有试品及仪器接地可靠,设备接地点不能有生锈或漆膜,接地连接应用螺钉压紧。
(2)由于局部放电脉冲信号是很微弱的信号,现场的电磁干扰都将对测量结果产生较大误差,因此,要做到准确测量很困难。为了提高测量精度,除了采取上述介绍的抗干扰措施外,在测量中还应可采取如下措施:
1)试验中所使用的设备应尽量采用无晕设备,特别是试验变压器和耦合电容C K 。
2)滤波器的性能要好,要做到电源与测量回路的高频隔离。
3)试验时间应尽量选择在干扰较小的时段,如夜间等。
4)测量回路的参数配合要适当,耦合电容要尽量小于试品电容C X ,使得在局部放电时C X 与C K 间能很快地转换电荷。
5)必须对测量设备进行校准。