变压器局部放电脉冲时域及频域分析

了解变压器内局部放电（PartialDischarge，简称P.D）的波形特性，对目前普遍以电流脉冲法为原理的变压器局放检测具有重要意义：首先它可以拓宽测量频带，采用基于单脉冲放电的检测技术，增加其抗干扰手段；其次可更好的设计离线或在线的变压器局放检测系统，包括传感器的安放位置及频率特性、系统的测量频带选择等；而且它也对变压器内部的放电模式识别具有重要价值。

2变压器内产生局放的结构油浸式变压器内绝缘结构中因电场集中易产生局部放电的典型结构有四种。

引线两根半径相同的引线相互平行和垂直时，其大电场强度均出现在两根引线距离近的引线表面处。相同条件下（忽略外包绝缘层），两根引线互相垂直布置比平行布置的大电场强度高出10左右。高压绕组首端引出线对箱壁以及对其外的调压绕组，也是电场集中易产生局部放电的区域。

（m）、端部绝缘距离（A）、静电环曲率半径（r）及其绝缘层厚度U）有关，如所示。

突出的金属电极变压器中突出的金属电极表面，如油箱内壁的焊缝及附在其上的焊渣；引线焊接时留下的尖角毛刺；分接开关的螺母；多极铁心柱的边角以及铁心片剪切时形成的毛刺等，均会造成电场集中，使电场成倍增加。

杂质在变压器绝缘结构中，与纸、纸板相比，油的介电常数低，而且油的击穿场强也是低的，这决定了变压器绝缘中薄弱部分是油隙。杂质会使油中电场发生畸变，一般金属杂质或悬浮状水珠，会使其附近油中大电场强度增大至原来的3倍左右。

综上所述，变压器内部放电大多发生在某些油隙、油锲、空气隙、有悬浮电位的金属导体、导体尖角和固体绝缘表面上。

3放电模型地（a）油隙放电极放电。

4局放测试系统如，系统主要包括篼压电源部分、屏蔽部分以及信号检测部分。系统篼压电源为100kV无局放试验变压器。试验系统的篼压部分置于全屏蔽室中，尺为保护电阻，心、（：2为无局放电容分压器，C*为耦合电容（100PF，30kV）。

信号检测部分由盘式无感电阻/C（50X2）、瞬态电压抑制器（TVS）Z、滤波电容CO.lfiF）、射频同轴电缆、以及输人阻抗为50的TDS3052数字化示波器（带宽500>1出，采样率503/3）等组成。（：/可以滤除工频电压及射频同轴电缆的接头置于同一屏蔽盒中，使它们之间的连线尽可能短，与屏蔽盒的外壳尽可能远，以减小杂散电容对测量的影响。

为减小行波对测量的影响，测量区内的元件布置尽可能紧凑。若待测信号频宽0/（100MHz），则整个测试区内元件的布置应限制在35cm（=A/8.6，A为高频截止频率对应的波长）的范围内，即保证上升沿时间为信号传输时间），以减小脉冲对外辐射的能量损失和对波形的影响。

可用标准电晕模型检验测量系统的整体性能。

为系统在3.5kV下测到的电晕放电时域图形。它上升时间为4ns，持续时间为150ns，脉冲大幅值为60mV，这些波形特征与基本吻合，验证了测试系统是可靠的。

S放电脉冲测置及时频分析将四种放电模型放人〗05烘箱中烘6天，并在变压器油中充分浸渍。然后分别放在充有变压器油的有机玻璃容器中进行放电试验。

对带有绝缘屏障的尖板电极进行加压试验，当施加电压为10.6kV时，出现了比较稳定的脉冲波形，如a.该放电波形持续时间约3fxs，大幅值为0.05V，由于在波峰及上升沿出现了比较密集的脉冲，使得脉冲上升时间的确定比较困难，脉冲主波形的前沿接近ls.图b显示了油隙放电的频域波形，其频带宽度为1.4MHz，脉冲能量主要分布在低于600kHz的频段。

沿面放电时域波形如a，脉冲主波的上升时间为1.5fxs，持续时间接近5fxs，大幅值为0.03V，整个波形存在比较密集的脉冲，下降沿的过冲为18.4mV.在其频域波形中，如b，频率主要分布在低于5MHz区域内，在2MHz时幅值大；篼于2MHz时，幅度相对较低，高于10MHz时，基本降为零。

内部放电时域波形如a，脉冲的上升沿部分振荡比较厉害，上升时间约10ns，持续时间接近300ns，首波幅值大，为0.06V，整个波形存在平均周期约为30ns的篼频振荡。在其频域波形中（-7b），出现多个极点，可分为两个频率段：低频段<20MHz，为放电能量主要分布图；篼频段20可能是由振荡引起的频率分量。与油隙放电类似，-8a显示了悬浮放电比较稳定时的脉冲波形，它也是有多次放电脉冲迭加成的包络型脉冲波，其主波前沿约为Ip.-8b显示了放电的频域波形，脉冲能量主要集中在低于恢复等。监控中心是整个系统的中枢部分，承担着与用户和前端设备的接口和管理任务，它的设计原则应该是：功能强大：可以同时管理数十个前端系统（分站）和数十个甚至是上百个在线用户；能同时接收数十个活动视频图像，满足所有在线客户的转发申请；扩展性好：前端系统和终端用户在上述范围内调整或增加数目时，无须对监控中心增加资金投入；完善的录像服务和回放能力：录像方式有人工录像、计划录像和报聱录像，可存储、检索、备份和恢复大量的图像数据库文件，可以根据用户网上提交的申请独立地为用户提供录像的检索和回收。完善的用户认证机制：对用户名、密码、前端系统密码、优先级等进行认证；强大的中心协调机制：具有并发申请、图像转发、录制申请、开发控制协调等功能；先进的软件平台：符合标准和未来方向。6结论与建议变电站遥视系\'统经历了本地模拟图像监视、基于PC平台的多媒体监控、基于嵌入式操作系统的远程网络视频监控三个发展阶段，它由监控前端、通讯网络、监控中心三大部分组成，具有监视、录像、报警、控制的功能。采用基于嵌入式Web视频服务器来组建变电站遥视系统，是一种先进、实用、扩展性的方法。由上述试验可以看出，不同类型局放模型其放电脉冲形成的时域特征参数及频域分布存在较大的差异，但是它们的放电能量一般集中在低于50MHz频段内，低频段（<5MHz）含有较为丰富的频率分量，测试波形与基本一致。这为局部放电检测系统频率特性的设定、局部放电波形与干扰波形的识别等提供了基础。6结论通过对变压器内部四种典型局部放电波形的时频分析可知，不同放电脉冲的上升沿时间、波形持续时间、放电幅值、放电能量频域分布等波形时频特性差别很大，但它们的放电能量主要集中在5MHz以下，这为放电脉冲检测中波形采集、系统设计、放电类型识别等提供了依据。