局部放電信號在電力變壓器繞組傳播過程中的畸變高文勝桂俊峰談克雄焦翠坪21.清華大學電機系，北京，100084；2.保定變壓器廠，河北保定100006號將經繞組向兩端傳播至監測裝置，從而導致作為故障診斷基礎信息的放電脈沖信號發生定程度的畸變。該文根據對脈沖信號在繞組中傳播過程的實際測量結果，獲得了繞組的基本沖擊響應特性，利用典型模型放電的納秒級快速變化波形測量結果，研究了不同情況不同放電類型不同放電部位以及+同的測點1下放電脈沖信號在繞組的傳播律，并提出了種從實際測量波形中有效分析原始放電波形基金項目國家自然科學基金資助項目59637200東北電力集團公司資助項目。

　　1引言在電力變壓器中由絕緣缺陷產生的局部放電源可能位于繞組高壓引線繞組端部的絕緣屏繞組對地絕緣匝間絕緣或油中雜質。而局部放電又町能足氣泡放電尖端放電或沿面放電等多種類型。目前在變壓器局部放電離線試驗中，普遍采用以視在放電量的大小作為判斷故障程度的標準1.

　　但視在放電量的大小與監測系統的頻率響應以及放電點至測量點之間的傳遞函數等都有關系，因此單純用視在放電量的大小來判斷放電的危害程度是不夠充分的。在實際工程中，人們不僅希望能從局部放電信號的強弱來判斷變壓器的整體絕緣劣化水平，還希望能從這些信號中獲取更為詳細的有關絕緣狀況的信息，如故障類型嚴重程度以及故障點位置等。

　　對變壓器內部局部放電進行檢測時，通常只能從變壓器外殼接地引下線高中壓套管末屏接地線中性點接地線以及鐵芯及夾件的接地4出線等有限的幾個測量端獲得信號。放電點在繞組中的出現具很強的隨機性，所測到的放電信號從放電源經過變卡器絕緣介質繞組到達外部的測量裝置，必然受到繞組結構傳播特性的多種影響，具體現為造成倍號幅值的衰減波形的畸變時延等現象，這些影響跟脈沖傳播的距離和路徑存在較強的關系2，這就使得根據檢測到的放電信號估算放電強度，進而判斷故障類型分析故障嚴重程度以及對故障進行定位發生困難。顯然這困難的解決完全依賴于對放電脈沖在繞組中傳播規律的認識。

　　放電脈沖的傳播過程對局部放電測量的影響程度，以確定對檢測系統的基本要求。研宄工作分為部分①在實際的變壓器繞組上注入模擬放電電流，研究放電脈沖的傳播過程，對不同放電位置所對應函數系，對典型放電模型進行試驗，獲得變壓器內部典型局部放電信號③對原始放電信號及經繞組傳輸后的畸變情況進行分析，為實際的局部放電脈沖波形檢測提供試驗依據。文中并對原始波形的恢復以及測量通道的頻帶寬度對測量靈敏度的影響進行了探討。

　　2變壓器繞組的脈沖電流沖擊響應特性方法，來獲得繞組的基本沖擊響應特性。試驗數據來源于在保定變壓器廠OSFPSZ240MVA400kV變壓器繞組上進行的實測結果，高壓繞組所，為插入電容連續式，繞組分56段，共970匝，第20 53，56段為插入電容式，第252段為連續式。試驗中電流脈沖發生器接在繞組不同餅與地之間以模擬主絕緣放電，試驗回路1.繞組上逐餅插有帶引出線的鋼針，并由油箱上端導出引線。

　　采用電阻測量以便使測量結果盡可能反映較寬頻帶的局部放電傳播特性。50，自制無感盤式電阻，分別串接在高壓套管末屏和高壓繞組中性點接地處，以測量經繞組傳播后的脈沖電流信號。，為套管末屏電容，約為100pF.試驗中低壓繞組i和中壓繞組從均被短接。

　　為了能夠更真實地模擬局部放電脈沖在繞組中的耦合以及傳播過程，試驗中采用23電容電路構成基本沖擊電流源。為直流電壓源0，200V可調，Cg=150pF為放電區域的絕緣等值電容，100矸為局放耦合電容，為變壓器繞組中局放點近區對地電容，測量電阻及=50，免為具有納秒級通斷能力的汞潤開關。

　　等電容通過的放電電流即為局部放電的原始放電電流，由測量電阻可以直接獲得，原始放電電流信號及其頻譜3.

　　對于脈沖電流信號的傳播，變壓器繞組可看作線性時不變系統。繞組傳遞函數的頻率響應特性風可由下式獲得柯叫為測量端信號的傅氏變換。

　　作為例，當沖擊電流由變壓器繞組第29餅注入時，在套管引下線和中性點測量處的沖擊響應特性4.

　　試驗中通過調節電壓源來模擬放電量的變化，模擬放電量=.。測量結果顯，隨著在0，20間變化，只引起不同測量端電流信號幅值成比例改變，而測量波形的基本形狀沒有觀察到明顯免化。

　　傳遞函數3高壓套管末屏接地引下線傳遞函數的中性點接地引線接地測量處測到的電流脈沖信號及其頻譜以2中點測量到的信號作為原始局部放電信號，對應各測量端獲得的電流信號，根據公式就可以獲以繞饑傳遞閑數的頻卞響應特性所坤。原始放電信號抑基本不隨注入點改變而變化，中性點接地端的繞組傳遞函數的頻率響應特性主要分為個部分低頻段400版2，中頻段412，頻段2，30，截止頻率約在3MHz左1i.在低頻段和高頻段片to都存在規律性很強的極點，而中頻段頻譜特性較平坦。

　　隨注入點的變化，測量波形的幅值及高頻特性的變化很小，而其低頻特性有較明顯的變化。

　　在套管末屏引下線端，繞組傳遞函數的頻率響應特性歷，識的規律性相對簡單，主要分為兩個頻率段低頻段21出和頻段2，3，截止頻率同樣約在30，1左右。極點主要分布在高頻段內，低頻段幅頻特性則較平識。由該測試端測到的信號幅值隨注入點的下移發生明顯的衰減，對應頻譜的高頻段也發生相應的衰減，而低頻段變化不明顯。

　　3局部放電信號的畸變估計根據對變壓器汕紙絕緣內邰常缺陷的分析，可將油紙絕緣中的部放電粗略劃分為氣隙部放電油隙局部放電以及沿面放電種典型類型。

　　紙板高壓3油隙局部放電的氣泡放電高壓紙板，沿面放電紙筒在5的試驗模型上進行試驗，可以獲得汕紙絕緣中局部放電的典型電流波形。將這些典型電流波形替換原始放電信號+利用前面獲得的繞組傳遞函數所坤的傅氏逆變換7句與冰的卷積，即可獲得這些局部放電脈沖經繞組傳播后在不測端檢測到的脈沖電流信號，欣形較寬的油隙放電，經繞組傳輸6主要波形特征基本得到保留；但對于沿面放電和氣泡放電，這些窄脈沖電流波形，由測試端獲得波形的畸變則非常之人，幾乎無法反映出其原貌，輸出波形坫本與組的沖擊響應特性。

　　直觀地看，較窄的脈沖信號似乎受到了，1大的變，這主要以由于泣組傳遞函數的頻率響應特性研坤的主要極點分布在lM30MHz，由于窄脈沖頻帶覽度大廠304，所以就突現繞組的傳播特征，這尤疑付定位足有利的。如果我們對邙，有所認識，那么從中獲得原始信號的基本特征，應當說也是可能的。與此相比在時域上更窄的放電脈沖，由于開，吻的截止頻率僅為302，因此將會失去大部分高頻信息，將更難以保有其波形的原始特征。4近似恢復原始放電信號的方法初始，電流波形⑷油隙局部放電的氣隙局部放電初始，電流波形輸出電流波形⑷沿面放電傳播后的輸出波形由實測結果可以打到，繞饑傳播過程對不同類型局部放電脈沖信號的哀減程度是不同的，如果以脈沖信號的幅值作為度量的標準，經繞組傳播后油隙放電波形將衰減約2048，氣隙局部放電，減約3248，而沿面放電則衰減約35可脈沖越窄，頻帶越寬，信號的衰減也越厲害。而傳統的定標方法，變器內部放電進1標定，圮不考慮其放電類型差異的，這就會給對實際放電量的估計帶來很大的誤差，使測量結果缺乏可比性。

　　從理論上講，如果能夠在測量之前就獲得有關繞組不同餅到測量端的沖擊電流響應和有關放電位置的信，就可以利用它來對變壓器內部丁能發生的局部放電信號進行很好的恢復。但在實際變壓器的檢測中，這先驗知識是很難獲得的。放電信號經繞組傳播后，畸變是非常大的。

　　在所進行的繞組傳播特性試驗中，中性點接地端的繞組傳遞函數丑，隨注入點的改變，雖然幅值有較大變化，但其頻譜特性變化很小。所以可以考慮通過類似套管注入標定脈沖的方法，利用2沖擊電流源獲得繞組端部的傳遞函數作為基本傳遞函數，從1由測量端獲得的電流倍號，利用公式2近似地恢復局部放電源的原始信號。7給出了用這種方法恢復的信號與原始放電信號的比較。

　　初始，電流波形恢復輸出電流波形的沿面放電可，除波形存在定衰減外，脈沖波形的基本時域特征得到了很好的反映，所以進步利用這恢復波形付放電類型進行識別是可能的，似這種方法的通用性還有待進步檢驗。

　　6結論5測量頻率的選擇山傳播特性可以到，傳遞函數在小于1河1多截斷的話，就會造成信號的損失，使測量的靈敏度大人下降。

　　木文在繞傳播特性測量中，附加階巴特渥茲低通濾波器，以模擬由于測量通道的頻帶限制，對測量信號靈敏度的影響。高頻信息的損失暫且不論，僅考慮測量帶寬對脈沖信號幅值的影響。

　　由8可以看到，在3，30，測量信號的衰減與頻率關系+大，但當頻帶寬度小于3時，測量信號的幅值隨測試通逍頻帶的減小，衰減得非常快。個粗略的估計，頻率每降低，測量靈敏度將下降6衰減池⑷氣隙放電，油隙放電所以為了獲得更多的信息，截止頻率選擇30，1是介適的。但如果只考慮脈沖信號的幅值信息，則應將測量帶寬選在3厘1左右。過窄帶寬的測量通道，將對局部放電脈沖的幅值產生較大的衰減，從而直接影響到測量的靈敏度。

　　在實際變壓器端部檢測到的局部放電信號并不是局部放電發生處放電信號的簡單重復。由于放電發生的位置不同，放電信號經由不同的傳播途徑，到達檢測端的信號必然附帶了放電的位置信息。根據對放電脈沖在變壓器繞組中傳播規律的深入了解，就可以對測量信號做出解釋，并可以將它對放電脈沖在繞組中的傳播規律進行了系列的實驗研究，結論如下與以往文獻中的仿真結論不同5，繞組截止頻率都約在304出左右。

　　繞組對不同類型的局部放電信號有著不同程度的畸變。對于油隙放電，由于信號的能量主要集中在小廠14的頻，卞范1內，所以傳播上要就會發生很大的畸變，輸出信號主要反映了局部放電發生點的繞組傳播特性。由于對+同類型的部放電信號有著不同程度的衰減，從而直接影響到對放電統計特征量的測量。

　　由于不同注入點間繞組的傳播特性并沒有苦的差異所以在高壓貸管處注入電流脈沖，可以繞組中性點接地端獲得繞組的近似傳遞數，并能夠由此對測量信號進行恢復。雖然這種恢復，是相當粗糙的。但為不同放電類型，從其電流波形上進行識別提供了可能性。

　　變壓器繞組的傳播特性的建立為確定局部放電測量設備的帶寬，提供了技術依據。分析結果明，局部放電信號的檢測靈敏度在3，30MHZ帶寬范圍內與頻率關系不大，但當頻帶寬度小于3 2時，測量信號的幅值隨測量通道頻帶的減小迅速下降。同時采用較高頻率的測量方法，將對局部放電的定位提供更好的基礎。但大于30 1的測量廳法，付廠目前采的脈沖電流讓測量回路，是不會為測量結果帶來任何好處的。

　　高文勝1968，男，博±，講師，從事高電壓技術方面的教學和科研工作卞忸1975.男。博士研允1.，從電氣港4繼彷0！的研究談克雄1937，男，教授，博士生導師，從事高電壓技術方面的教學和科研工作痛翠坪1968，男，工程師。

　　責任編輯王彥駿