局部放电信号在电力变压器绕组传播过程中的畸变

局部放电信号在电力变压器绕组传播过程中的畸变高文胜桂俊峰谈克雄焦翠坪21.清华大学电机系，北京，100084；2.保定变压器厂，河北保定100006号将经绕组向两端传播至监测装置，从而导致作为故障诊断基础信息的放电脉冲信号发生定程度的畸变。该文根据对脉冲信号在绕组中传播过程的实际测量结果，获得了绕组的基本冲击响应特性，利用典型模型放电的纳秒级快速变化波形测量结果，研究了不同情况不同放电类型不同放电部位以及+同的测点1下放电脉冲信号在绕组的传播律，并提出了种从实际测量波形中有效分析原始放电波形基金项目国家自然科学基金资助项目59637200东北电力集团公司资助项目。

1引言在电力变压器中由绝缘缺陷产生的局部放电源可能位于绕组高压引线绕组端部的绝缘屏绕组对地绝缘匝间绝缘或油中杂质。而局部放电又町能足气泡放电##放电或沿面放电等多种类型。目前在变压器局部放电离线试验中，普遍采用以视在放电量的大小作为判断故障程度的标准1.

但视在放电量的大小与监测系统的频率响应以及放电点至测量点之间的传递函数等都有关系，因此单纯用视在放电量的大小来判断放电的危害程度是不够充分的。在实际工程中，人们不仅希望能从局部放电信号的强弱来判断变压器的整体绝缘劣化水平，还希望能从这些信号中获取更为详细的有关绝缘状况的信息，如故障类型严重程度以及故障点位置等。

对变压器内部局部放电进行检测时，通常只能从变压器外壳接地引下线高中压套管末屏接地线中性点接地线以及铁芯及夹件的接地4出线等有限的几个测量端获得信号。放电点在绕组中的出现具很强的随机性，所测到的放电信号从放电源经过变卡器绝缘介质绕组到达外部的测量装置，必然受到绕组结构传播特性的多种影响，具体现为造成倍号幅值的衰减波形的畸变时延等现象，这些影响跟脉冲传播的距离和路径存在较强的关系2，这就使得根据检测到的放电信号估算放电强度，进而判断故障类型分析故障严重程度以及对故障进行定位发生困难。显然这困难的解决完全依赖于对放电脉冲在绕组中传播规律的认识。

放电脉冲的传播过程对局部放电测量的影响程度，以确定对检测系统的基本要求。研宄工作分为部分①在实际的变压器绕组上注入模拟放电电流，研究放电脉冲的传播过程，对不同放电位置所对应函数系，对典型放电模型进行试验，获得变压器内部典型局部放电信号③对原始放电信号及经绕组传输后的畸变情况进行分析，为实际的局部放电脉冲波形检测提供试验依据。文中并对原始波形的恢复以及测量通道的频带宽度对测量灵敏度的影响进行了探讨。

2变压器绕组的脉冲电流冲击响应特性方法，来获得绕组的基本冲击响应特性。试验数据来源于在保定变压器厂OSFPSZ240MVA400kV变压器绕组上进行的实测结果，高压绕组所，为插入电容连续式，绕组分56段，共970匝，第2053，56段为插入电容式，第252段为连续式。试验中电流脉冲发生器接在绕组不同饼与地之间以模拟主绝缘放电，试验回路1.绕组上逐饼插有带引出线的钢针，并由油箱上端导出引线。

采用电阻测量以便使测量结果尽可能反映较宽频带的局部放电传播特性。50，自制无感盘式电阻，分别串接在高压套管末屏和高压绕组中性点接地处，以测量经绕组传播后的脉冲电流信号。，为套管末屏电容，约为100pF.试验中低压绕组i和中压绕组从均被短接。

为了能够更真实地模拟局部放电脉冲在绕组中的耦合以及传播过程，试验中采用23电容电路构成基本冲击电流源。为直流电压源0，200V可调，Cg=150pF为放电区域的绝缘等值电容，100矸为局放耦合电容，为变压器绕组中局放点近区对地电容，测量电阻及=50，免为具有纳秒级通断能力的汞润开关。

等电容通过的放电电流即为局部放电的原始放电电流，由测量电阻可以直接获得，原始放电电流信号及其频谱3.

对于脉冲电流信号的传播，变压器绕组可看作线性时不变系统。绕组传递函数的频率响应特性风可由下式获得柯叫为测量端信号的傅氏变换。

作为例，当冲击电流由变压器绕组第29饼注入时，在套管引下线和中性点测量处的冲击响应特性4.

试验中通过调节电压源来模拟放电量的变化，模拟放电量=.。测量结果显，随着在0，20间变化，只引起不同测量端电流信号幅值成比例改变，而测量波形的基本形状没有观察到明显免化。

传递函数3高压套管末屏接地引下线传递函数的中性点接地引线接地测量处测到的电流脉冲信号及其频谱以2中点测量到的信号作为原始局部放电信号，对应各测量端获得的电流信号，根据公式就可以获以绕饥传递闲数的频卞响应特性所坤。原始放电信号抑基本不随注入点改变而变化，中性点接地端的绕组传递函数的频率响应特性主要分为个部分低频段400版2，中频段412，频段2，30，截止频率约在3MHz左1i.在低频段和高频段片to都存在规律性很强的极点，而中频段频谱特性较平坦。

随注入点的变化，测量波形的幅值及高频特性的变化很小，而其低频特性有较明显的变化。

在套管末屏引下线端，绕组传递函数的频率响应特性历，识的规律性相对简单，主要分为两个频率段低频段21出和频段2，3，截止频率同样约在30，1左右。极点主要分布在高频段内，低频段幅频特性则较平识。由该测试端测到的信号幅值随注入点的下移发生明显的衰减，对应频谱的高频段也发生相应的衰减，而低频段变化不明显。

3局部放电信号的畸变估计根据对变压器汕纸绝缘内邰常缺陷的分析，可将油纸绝缘中的部放电粗略划分为气隙部放电油隙局部放电以及沿面放电种典型类型。

纸板高压3油隙局部放电的气泡放电高压纸板，沿面放电纸筒在5的试验模型上进行试验，可以获得汕纸绝缘中局部放电的典型电流波形。将这些典型电流波形替换原始放电信号+利用前面获得的绕组传递函数所坤的傅氏逆变换7句与冰的卷积，即可获得这些局部放电脉冲经绕组传播后在不测端检测到的脉冲电流信号，欣形较宽的油隙放电，经绕组传输6主要波形特征基本得到保留；但对于沿面放电和气泡放电，这些窄脉冲电流波形，由测试端获得波形的畸变则非常之人，几乎无法反映出其原貌，输出波形坫本与组的冲击响应特性。

直观地看，较窄的脉冲信号似乎受到了，1大的变，这主要以由于泣组传递函数的频率响应特性研坤的主要极点分布在lM30MHz，由于窄脉冲频带览度大厂304，所以就突现绕组的传播特征，这尤疑付定位足有利的。如果我们对邙，有所认识，那么从中获得原始信号的基本特征，应当说也是可能的。与此相比在时域上更窄的放电脉冲，由于开，吻的截止频率仅为302，因此将会失去大部分高频信息，将更难以保有其波形的原始特征。4近似恢复原始放电信号的方法初始，电流波形⑷油隙局部放电的气隙局部放电初始，电流波形输出电流波形⑷沿面放电传播后的输出波形由实测结果可以打到，绕饥传播过程对不同类型局部放电脉冲信号的哀减程度是不同的，如果以脉冲信号的幅值作为度量的标准，经绕组传播后油隙放电波形将衰减约2048，气隙局部放电，减约3248，而沿面放电则衰减约35可脉冲越窄，频带越宽，信号的衰减也越厉害。而传统的定标方法，变器内部放电进1标定，圮不考虑其放电类型差异的，这就会给对实际放电量的估计带来很大的误差，使测量结果缺乏可比性。

从理论上讲，如果能够在测量之前就获得有关绕组不同饼到测量端的冲击电流响应和有关放电位置的信，就可以利用它来对变压器内部丁能发生的局部放电信号进行很好的恢复。但在实际变压器的检测中，这先验知识是很难获得的。放电信号经绕组传播后，畸变是非常大的。

在所进行的绕组传播特性试验中，中性点接地端的绕组传递函数丑，随注入点的改变，虽然幅值有较大变化，但其频谱特性变化很小。所以可以考虑通过类似套管注入标定脉冲的方法，利用2冲击电流源获得绕组端部的传递函数作为基本传递函数，从1由测量端获得的电流倍号，利用公式2近似地恢复局部放电源的原始信号。7给出了用这种方法恢复的信号与原始放电信号的比较。

初始，电流波形恢复输出电流波形的沿面放电可，除波形存在定衰减外，脉冲波形的基本时域特征得到了很好的反映，所以进步利用这恢复波形付放电类型进行识别是可能的，似这种方法的通用性还有待进步检验。

6结论5测量频率的选择山传播特性可以到，传递函数在小于1河1多截断的话，就会造成信号的损失，使测量的灵敏度大人下降。

木文在绕传播特性测量中，附加阶巴特渥兹低通滤波器，以模拟由于测量通道的频带限制，对测量信号灵敏度的影响。高频信息的损失暂且不论，仅考虑测量带宽对脉冲信号幅值的影响。

由8可以看到，在3，30，测量信号的衰减与频率关系+大，但当频带宽度小于3时，测量信号的幅值随测试通逍频带的减小，衰减得非常快。个粗略的估计，频率每降低，测量灵敏度将下降6衰减池⑷气隙放电，油隙放电所以为了获得更多的信息，截止频率选择30，1是介适的。但如果只考虑脉冲信号的幅值信息，则应将测量带宽选在3厘1左右。过窄带宽的测量通道，将对局部放电脉冲的幅值产生较大的衰减，从而直接影响到测量的灵敏度。

在实际变压器端部检测到的局部放电信号并不是局部放电发生处放电信号的简单重复。由于放电发生的位置不同，放电信号经由不同的传播途径，到达检测端的信号必然附带了放电的位置信息。根据对放电脉冲在变压器绕组中传播规律的深入了解，就可以对测量信号做出解释，并可以将它对放电脉冲在绕组中的传播规律进行了系列的实验研究，结论如下与以往文献中的仿真结论不同5，绕组截止频率都约在304出左右。

绕组对不同类型的局部放电信号有着不同程度的畸变。对于油隙放电，由于信号的能量主要集中在小厂14的频，卞范1内，所以传播上要就会发生很大的畸变，输出信号主要反映了局部放电发生点的绕组传播特性。由于对+同类型的部放电信号有着不同程度的衰减，从而直接影响到对放电统计特征量的测量。

由于不同注入点间绕组的传播特性并没有苦的差异所以在高压贷管处注入电流脉冲，可以绕组中性点接地端获得绕组的近似传递数，并能够由此对测量信号进行恢复。虽然这种恢复，是相当粗糙的。但为不同放电类型，从其电流波形上进行识别提供了可能性。

变压器绕组的传播特性的建立为确定局部放电测量设备的带宽，提供了技术依据。分析结果明，局部放电信号的检测灵敏度在3，30MHZ带宽范围内与频率关系不大，但当频带宽度小于32时，测量信号的幅值随测量通道频带的减小迅速下降。同时采用较高频率的测量方法，将对局部放电的定位提供更好的基础。但大于301的测量厅法，付厂目前采的脉冲电流让测量回路，是不会为测量结果带来任何好处的。

高文胜1968，男，博±，讲师，从事高电压技术方面的教学和科研工作卞忸1975.男。博士研允1.，从电气港4继彷0！的研究谈克雄1937，男，教授，博士生导师，从事高电压技术方面的教学和科研工作痛翠坪1968，男，工程师。

责任编辑王彦骏