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变压器局部监测系统的电磁干扰技术

2018年06月04日 02:05 次阅读

一、简介

广义的电磁干扰除了包括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,后者可通过改进系统设计、合理选择电路和元器件、提高系统制作水平等加以解决。现场电磁干扰特指前者,是研究重点。它可分为连续的周期型干扰、脉冲型干扰和白噪声。周期型干扰包括系统高次谐波、载波通讯以及无线电通讯等。脉冲型干扰分为周期脉冲型干扰和随机脉冲型干扰。周期脉冲型干扰主要由电力电子器件动作产生的高频涌流引起。随机脉冲型干扰包括高压线路上的电晕放电、其他电气设备产生的局部放电、分接开关动作产生的放电、电机工作产生的电弧放电、接触不良产生的悬浮电位放电等。白噪声包括线圈热噪声、地网的噪声和动力电源线以及变压器继电保护信号线路中耦合进入的各种噪声等。

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。

变压器局放监测点选取的原则是局放信号强度大、信噪比高,且测量简便。主要有外壳接地线和套管末屏接地线,有的还选择中性点接地线、铁心接地线和高压出线端等。有时为了抑制干扰,还从变压器动力电源线处测量参考的干扰信号。由于中性点和高压出线端安装传感器较为不便,且有的变压器铁心内部接地,故监测系统多选择外壳和套管末屏接地线作为测量点。

二、常用的抑制方法

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,并据此提出了大量的抗干扰技术。

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10kHz)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至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:a.抑制连续周期型干扰;b.抑制周期型脉冲干扰;c.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。

依据上述两种思路,可以获取不同信噪比的检测信号。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。下面分别介绍。

三、周期型干扰的抑制

周期型干扰也称之为窄带干扰,它在各类干扰中占有很大的比重,干扰的抑制和消除也应首先由此入手。由于它强度大、相位分布固定,因此大多采用频域方法处理。主要包括FFT阈值滤波器、自适应滤波器、固定系数滤波器和理想多通带数字滤波器(IMDF)等。

窄带干扰抑制的算法较多,也较成熟。从应用效果来看,固定系数滤波器和理想多带通滤波器较理想。由于IMDF在处理数据时需进行多次FFT和IFFT,将化费大量计算时间,不利于实时处理。但根据IMDF找到的最佳监测频带,可以形成固定系数的有限冲激响应(FIR)数字滤波器直接在时域处理,简化了操作,加快了处理速度。

上述方法均可通过软件或硬件线路来实现。虽然硬件滤波调节上不灵活,但经过现场试验选择最佳频带后,可有效抑制窄带干扰。软件方法虽然调节较灵活,但存在实时运算速度较慢的缺点。

四、周期型脉冲干扰的抑制

当信号去除周期型干扰之后,其它干扰上升为主要矛盾。对于周期型脉冲干扰的抑制,主要有两类处理方法:模拟方法和数字方法。模拟方法包括差动平衡法、定向耦合法和参考信号法等;前两种方法同样适用于随机脉冲干扰的抑制,将在后文中介绍。选择只包含脉冲干扰而不包含放电脉冲的配电线路测量脉冲干扰信号,利用所测的干扰脉冲作为控制信号,当信号水平超过设定阈值并且判定为干扰时,停止模数转换器(ADC)工作,以消除来自配电线路的干扰脉冲。

数字方法的原理是利用干扰和局放信号相位分布不同的特点进行处理。例如,KONIG.G.和KOPF.U.提出一种方法,首先记录多个周期的信号,然后对每个周期同相位上的数据进行平均,以此构成模板同原始信号相减,从而消除周期型的干扰信号。此种方法当局放信号较少并且分布特点比较明确的时候去除干扰的效果较好,当局放信号多且强的时候效果不好。

印度的V.Nagesh和B.I.Gururaj提出一种方法,它借鉴了生物信号处理的一些成果,其基本原理是从局放信号同周期型干扰信号具有不同的形状出发,首先进行数据分段,把脉冲从波形信号中分离出来,形成单个脉冲序列,利用FFT算法在频域对各脉冲进行互相关计算,判断其相似度并按照一定的标准进行分组,根据这些组脉冲求取类信号模板,然后对每一类的信号在时域进行合成。分析发现,局放信号的相位较分散,而干扰的则非常集中。利用这一特点剔除周期型脉冲干扰信号类,把剩余的信号重构,可得到去除周期型脉冲干扰后的信号。

由此可知,利用局放和周期型脉冲干扰在波形和相位上的不同进行干扰抑制是可行的。该方法还可用来定位,它通过分析不同放电点引起的脉冲波形的特征来识别。此法的缺点是:当局放重复率较高时,有可能把相邻的两个脉冲看成一个,影响识别的效果;此外,当脉冲波形较多时,运算速度有影响,不过随着微机运算能力的大幅度提高,这种影响会越来越被忽略。

五、随机脉冲型干扰的抑制

这类干扰最难剔除。由于干扰和局放信号在频域内的特征具有相似性,因此现有的大量方法都是从时域考虑的。常用方法有硬件电路法、软件波形识别法和人工智能法。

1.硬件电路法

它的基本思路是利用两个测量点的输出信号中外来脉冲干扰同方向,而内部放电脉冲方向相反的特点,去除脉冲干扰。具体实现为硬件电路,常用电路包括差动平衡法、脉冲极性鉴别法和定向耦合法。

在实际应用中,前两种的效果并不理想。这是因为对于差动平衡法,由于传播路径不同,组成差动的两路信号往往不能很好的对应,因此差动效果不佳。提出了差动“平衡对”的概念对此进行了改进,可消除干扰并同时获得局放脉冲幅值及脉冲个数。脉冲极性鉴别的局限在于由于模拟延迟和极性鉴别器受外界因素影响较多,会造成电子门控误动作,降低了极性鉴别的准确性。

定向耦合法是德国的Borsi H等于1987年提出的。原理图见图1.它用特殊绕制的Rogowski线圈在高压套管底部靠近法兰处耦合局放信号,并根据线圈两端电压的大小来判断是局部放电信号还是外来电磁干扰。该法把Rogowski线圈的中间抽头与变压器套管末屏测量端子连接起来。此时末屏测量端子串一个小电阻接地,可以看成末屏和末屏对地电容组成电容分压器的低压臂,经小电阻接地后形成了一个高通滤波器,只有高频信号才能通过。Rogowski线圈与高压套管末屏测量端子连起来构成定向耦合电路。

变压器局部监测系统的电磁干扰技术

电流 I 如图示方向时, U (1) =U c U 1 ,U (2) =Uc -U 2 =Uc -U1 。此时U (1)》U (2) ; 若电流I反向,则 U (1)

在实际应用中,人们对此作了改进,用两个罗氏线圈替代原测量线圈并采用选频的方法提高测量信号的信噪比,据论文介绍,得到了较好的结果。

2.软件波形识别法

随着计算机技术和数字信号处理技术的发展,利用脉冲信号特征进行逻辑判断也可抑制干扰。它的前提是脉冲识别,即判断脉冲是否存在、脉冲持续时间和相应的起点与终点,以便较准确地确定放电相位和声波时延。

目前脉冲识别多采用阈值识别法。而现场测量的脉冲多是衰减振荡波,该法很易误判且无法确定脉冲持续时间。提出一种结合脉冲幅值阈值和波形特征来识别振荡脉冲的方法,并在实用中得到了较好效果。

3.模式识别的应用

此法的本质仍是利用信号的相位特性进行区别。局放信号虽然幅值变化很大,但它们的相位分别集中在 45°和 225°附近。例如,由于电弧放电的发生相位同局放有差异、幅度变化较小并且在脉冲形状上也略有不同,根据这些特点,一个有经验的专家可以很容易地分辨出电弧放电信号这种干扰。模式识别方法就是专家经验的软件实现,它已在 CIGER 的报告中得到确认,一些相应的软件也已出现。常见的方法包括模糊逻辑法、kohonen 网络分类法、 KLT 变换法和基于最小距离的人工神经网络法等。总体来讲,模式识别方法的难度在于需要积累大量的先验知识并能找出干扰和局放间的特定差异,而在线测量中,在强烈的干扰信号中找出这些差异比较困难。下面介绍其中几种方法。

(1) Karhunen-Loeve-Transform 法

研究发现,用于模式识别的输入矢量维数较高时,分类较困难且效果不好;降低维数后,分类效果能得到改善。换言之,为提高识别率、突出信号的特征,首先需去除信号中的干扰或噪声信息。 KLT 变换的原理如图 2 所示。由图可以看出,若采用 x1 -x2 坐标系,要进行分类必须同时采用 x1 ,x2 坐标;若对此进行正交变换,转移到 w1 -w2 坐标系。则仅需 w 2 坐标即可进行分类。由此可见,经 KLT 变换,可去除干扰。

变压器局部监测系统的电磁干扰技术

(2)脉冲序列分析法 ——Kohonen 网络

该算法为一种无监督的算法 ( 如图 3 所示 ) 。它的原理是寻找输入向量到输出层欧氏距离最短的节点,以此为输出,并通过自组织算法 算法可以进行自适应分类,区分局部放电信号和干扰信号,从而达到干扰消除和抑制的目的。

变压器局部监测系统的电磁干扰技术

(3)脉冲序列分析法

据介绍该法简单有效且识别率较高:它由局部放电间的放电电压差或相位差构成分析序列,由这些特征来区分不同的放电模式和干扰,以达到干扰抑制的目的;此外,还可以进行故障点定位。

六、总结

大量的研究成果表明,随着 A/D 转换速率的提高、计算机技术的发展,采用宽频带 (10k-1000kHz) 传感器结合高速采样的变压器局放在线监测系统已成为发展的主流。信号处理已从传统的谱分析发展到可对局放波形进行时域分析。

数字处理技术和人工智能领域中的一些成果已广泛用于在线监测中的干扰抑制,并且有望取得突破性的成果。

为进一步提高抗干扰措施的有效性,应加强对干扰和脉冲的传播规律的研究,这包括在变电站的传播和变压器内部传播的研究,由此可能发现它们在波形、相位和方向等方面特征的差别。

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简易大功率电子变压器制作_四款电子变压器电路图

本文首先介绍了大功率电子变压器的制作,其次介绍了500W大功率变压器电路,最后介绍了四款电子变压器电...

发表于 2018-05-09 09:41 687次阅读
简易大功率电子变压器制作_四款电子变压器电路图

变压器冷却方式有哪些_六大变压器冷却方式

本文首先介绍了六大变压器的冷却方式与它们的工作原理,其次介绍了变压器冷却系统的工作原理,最后介绍了强...

发表于 2018-05-09 09:18 472次阅读
变压器冷却方式有哪些_六大变压器冷却方式

变压器启动方式有哪些_自耦变压器降压启动原理

本文首先介绍了变压器起动方式与运行方式,其次介绍了变压器中性点接地点配置原则,最后详细介绍了自耦变压...

发表于 2018-05-09 08:54 446次阅读
变压器启动方式有哪些_自耦变压器降压启动原理

pcb变压器是什么意思_pcb变压器安装方式

本文首先介绍了pcb变压器的概念和生产pcb变压器的七大企业,其次介绍了PCB变压器的额定功率与两种...

发表于 2018-05-09 08:34 149次阅读
pcb变压器是什么意思_pcb变压器安装方式

有载调压开关工作原理_主变压器的有载调压开关操作...

变压器有载调压开关是预置档位一般为1档,而你需要调到的档位为5档,应逐档来调,就是从一到二,再从二到...

发表于 2018-05-08 17:00 360次阅读
有载调压开关工作原理_主变压器的有载调压开关操作...

高过载配电变压器是什么(优点、过载能力、耐高温能...

本文首先介绍了高过载配电变压器的优点及适用于什么电网,其次阐述了高过载配电变压器的研发依据及高过载配...

发表于 2018-05-08 16:41 465次阅读
高过载配电变压器是什么(优点、过载能力、耐高温能...

一文看懂调压器和变压器的两大区别

本文首先介绍了调压器和变压器的两大区别,其次介绍了调压器基本原理与应用,最后介绍了变压器原理和行输出...

发表于 2018-05-08 16:18 386次阅读
一文看懂调压器和变压器的两大区别

高过载变压器结构设计要点及思路详解(农网配电)

本文首先介绍了高过载能力配电变压器性能参数要求,其次阐述了高过载变压器的结构设计要点及思路,最后介绍...

发表于 2018-05-08 16:17 124次阅读
高过载变压器结构设计要点及思路详解(农网配电)

总结八大对策,以解决对付传导干扰难题

如图5所示,两根相邻的导线,如果电流大小相等,电流方向相反,则它们产生的磁力线可以互相抵消。对于干扰...

发表于 2018-05-08 15:49 566次阅读
总结八大对策,以解决对付传导干扰难题

一文解析有载调容变压器附加损耗的计算方法

本文中作者介绍了有载调容变压器的基本原理,通过分析有载调容变压器的漏磁场,提出了一种新型的计算有载调...

发表于 2018-05-08 15:46 220次阅读
一文解析有载调容变压器附加损耗的计算方法

调容调压变压器原理介绍_调容调压变压器现状及发展...

本文主要介绍的是调容调压变压器,首先介绍了调容调压变压器原理,其次阐述了调容调压变压器现在及发展趋势...

发表于 2018-05-08 15:27 350次阅读
调容调压变压器原理介绍_调容调压变压器现状及发展...

调容变压器的工作原理_调容变压器的选装原则_调容...

调容变压器属于一种特殊变压器,它主要应对的是用户自身用电量不一定,有的时候用电量特别大,有的时候又很...

发表于 2018-05-08 14:59 283次阅读
调容变压器的工作原理_调容变压器的选装原则_调容...

变压器过载能力及时间_干式变压器过载能力分析

本文主要介绍的是变压器过载,首先介绍了变压器什么情况才叫过载,其次阐述了变压器过载的主要原因是什么及...

发表于 2018-05-08 11:54 289次阅读
变压器过载能力及时间_干式变压器过载能力分析

有载调压变压器在哪一侧调压_有载调压变压器的作用

变压器的有载调压就是可以实现不断电进行电压调节,本文首先介绍了有载调压变压器的调压原理及如何理解变压...

发表于 2018-05-08 11:22 289次阅读
有载调压变压器在哪一侧调压_有载调压变压器的作用

变压器有载自动调压控制系统详解

介绍一种新型的变压器有载调压控制系统,该控制系统接线简单,运行可靠,采用中文菜单,人机界面友好,现场...

发表于 2018-05-08 11:05 256次阅读
变压器有载自动调压控制系统详解

一文了解有载调压变压器和一般的变压器有什么区别

本文主要介绍的是有载调压变压器和一般的变压器有什么区别,首先对变压器的原理及作用、特性参数做了简单介...

发表于 2018-05-08 10:30 198次阅读
一文了解有载调压变压器和一般的变压器有什么区别

有载调压变压器的优缺点_有载调压变压器的技术对策

本文主要介绍的是有载调压变压器,首先介绍了有载调压变压器的优点,其次介绍了有载调压变压器的缺点,最后...

发表于 2018-05-08 10:22 361次阅读
有载调压变压器的优缺点_有载调压变压器的技术对策

有载调压变压器调压操作有什么规定及操作注意

有载调压是变压器在带负荷运行时能通过转换分接头档位而改变电压的一种调压方式。电力电子元件开关具有可频...

发表于 2018-05-08 10:02 426次阅读
有载调压变压器调压操作有什么规定及操作注意

无载调压变压器有什么特点_无载调压变压器如何调压

变压器调压是通过改变其分接开关抽头位置来实现的,变压器调压主要有有载调压和无载调压,本文主要详细介绍...

发表于 2018-05-08 09:39 374次阅读
无载调压变压器有什么特点_无载调压变压器如何调压

什么是变压器无载调压和有载调压_有什么区别

本文首先对无载调压和有载调压变压器做了简单介绍,其次介绍了变压器有载调压的特点及工作原理,最后阐述了...

发表于 2018-05-08 09:15 415次阅读
什么是变压器无载调压和有载调压_有什么区别

CAN总线电磁干扰分析_如何提高CAN总线电磁兼...

CAN总线最初是一种为汽车车载设备(传感器、执行器)控制而设计的串行数字通信总线,由德国BOSCH公...

发表于 2018-05-08 04:17 1461次阅读
CAN总线电磁干扰分析_如何提高CAN总线电磁兼...

自耦变压器变比是多少_自耦变压器作用是什么呢

本文首先介绍了自耦变压器变比的计算方式,其次介绍了自耦变压器作用与原理,最后介绍了自耦变压器优势与常...

发表于 2018-05-07 16:31 186次阅读
自耦变压器变比是多少_自耦变压器作用是什么呢

变压器预防性试验注意事项及预防性试验标准

本文首先介绍了电力变压器试验的分类,其次介绍了电力变压器预防性试验标准,最后介绍了变压器预防性试验注...

发表于 2018-05-07 16:17 156次阅读
变压器预防性试验注意事项及预防性试验标准

一文看懂变压器运行分接档位的使用方法

本文首先介绍了变压器原理及变压器有载分接开关维护内容与要求,其次介绍了变压器的运行分接档位与看出运行...

发表于 2018-05-07 15:58 318次阅读
一文看懂变压器运行分接档位的使用方法

值得收藏的电气故障诊断口诀大全

电气故障现象是多种多样的,例如,同一类故障可能有不同的故障现象,不同类故障可能是同一种故障现象,这种...

发表于 2018-05-07 15:51 875次阅读
值得收藏的电气故障诊断口诀大全

双绕组变压器是什么_结构原理你知道多少?

本文首先介绍了变压器基本工作原理,其次介绍了双绕组变压器与特点,最后阐述了双绕组变压器与自耦变压器的...

发表于 2018-05-07 15:31 400次阅读
双绕组变压器是什么_结构原理你知道多少?

电力变压器运维技术相关知识详解

本文首先介绍了电力变压器的概念与外形图,其次介绍了电力变压器的作用,最后详细的介绍了电力变压器运维技...

发表于 2018-05-07 14:59 285次阅读
电力变压器运维技术相关知识详解

自耦变压器的工作原理及工作特点介绍

本文首先阐述了自耦变压器特点与技术参数,其次介绍了自耦变压器的四大优缺点与它的工作原理,最后介绍了自...

发表于 2018-05-07 14:11 241次阅读
自耦变压器的工作原理及工作特点介绍

变压器设计要点及计算要点总结

本文首先介绍了变压器的概念和工作原理,其次介绍了变压器的种类与主要参数,最后介绍了铁心设计与计算以及...

发表于 2018-05-07 11:54 587次阅读
变压器设计要点及计算要点总结

变压器常见四大故障处理及预防措施

本文首先介绍了常见的四大变压器故障及故障的处理对策,其次对配电变压器常见的2大故障及原因进行了分析,...

发表于 2018-05-07 11:12 426次阅读
变压器常见四大故障处理及预防措施

如何选择变压器的容量_变压器容量计算公式

本文首先介绍了变压器容量单位与变压器的容量的选择方法,其次阐述了变压器容量计算公式及案案例,最后介绍...

发表于 2018-05-07 10:53 459次阅读
如何选择变压器的容量_变压器容量计算公式

变压器及互感器的相关基础知识汇总

本文分别介绍了变压器和互感器工作原理。阐述了变压器和互感器的主要分类,另外还详细介绍了变压器和互感器...

发表于 2018-05-07 10:09 295次阅读
变压器及互感器的相关基础知识汇总

一文看懂变压器连接组别及绕组方式

本文主要详细介绍了三相变压器的连接组别及它的绕组方式。另外还介绍了三星变压器连接组标号的含义和表示方...

发表于 2018-05-07 09:22 765次阅读
一文看懂变压器连接组别及绕组方式

三绕组变压器的短路阻抗计算_三绕组变压器等值电路

本文首先介绍了三绕组变压器的结构,其次介绍了三绕组变压器的短路阻抗计算公式与它的容量比说明,最后介绍...

发表于 2018-05-07 08:58 486次阅读
三绕组变压器的短路阻抗计算_三绕组变压器等值电路

三绕组变压器都用在哪些地方_绕组的排列顺序是怎样...

本文首先介绍了三绕组变压器的概念,其次介绍了三绕组变压器的特点与它的电气符号,最后介绍了三绕组变压器...

发表于 2018-05-07 08:42 222次阅读
三绕组变压器都用在哪些地方_绕组的排列顺序是怎样...

电磁兼容基础知识详解,电磁干扰的危害

除上以外强电场还会对生物体造成影响,一般可以分为热效应与非热效应。对于热效应,随着射频入射功率密度的...

发表于 2018-05-06 09:10 3085次阅读
电磁兼容基础知识详解,电磁干扰的危害

模拟信号隔离方法的总结

自己用隔离变压器来隔离的办法,一般人是用不到的,因为完全没有经济效益。它只有一点好处,就是隔离电压可...

发表于 2018-05-06 09:02 426次阅读
模拟信号隔离方法的总结

初期的交流——直流电源

现在,通过上面这张图来解释这个电路的工作原理。工业交流电从图左侧输入,交流电电压通过图中间的变压器被...

发表于 2018-05-06 07:09 680次阅读
初期的交流——直流电源

无人机的克星基于电磁干扰的反无人机枪 价格相当高...

现代无人机在战争中的用途越来越广了,许多民用型无人机被改装来执行作战任务,2017年时,俄驻叙基地就...

发表于 2018-05-04 09:27 711次阅读
无人机的克星基于电磁干扰的反无人机枪 价格相当高...

LLC变压器计算程式

发表于 2018-05-04 08:46 318次阅读
LLC变压器计算程式

电磁兼容知识点总结_电磁兼容基础知识全面详解

目前电磁兼容在我们生活中已经普遍存在,为了让人们正确认识电磁兼容,本文主要对磁兼容的相关知识点进行了...

发表于 2018-05-03 11:39 550次阅读
电磁兼容知识点总结_电磁兼容基础知识全面详解

汇总几种典型主动均衡电路

同样,设单体电池 B1 电压最高,将 S1、Q2 置 1,其他开关管置 0,此时变压器作为吸收能量源...

发表于 2018-05-02 14:49 1350次阅读
汇总几种典型主动均衡电路

各位帮忙看看,下边原理图中那两个变压器有什么作用,变压器参数该怎么设置呢?

发表于 2018-04-24 18:11 293次阅读
各位帮忙看看,下边原理图中那两个变压器有什么作用,变压器参数该怎么设置呢?

变压器足够大,还需要计算吗?

发表于 2018-04-22 16:06 382次阅读
变压器足够大,还需要计算吗?

脉冲信号经过变压器之后波形失真,该怎么将其整形回方波!!!

发表于 2018-04-16 10:04 385次阅读
脉冲信号经过变压器之后波形失真,该怎么将其整形回方波!!!

【转帖】降压变压器工作原理详解

发表于 2018-04-08 17:45 470次阅读
【转帖】降压变压器工作原理详解