目录1绪论 (1)1.1课题研究背景、目的及意义 (1)1.2局部放电现象产生的原因 (1)1.3局部放电在线监测主要方法 (2)1.3.1电脉冲法 (2)1.3.2超声检测法 (2)1.3.3光测法 (3)1.3.4射频检测法 (3)1.3.5超高频检测法 (3)2监测系统的硬件构成 (4)2.1总体结构 (4)2.2现场控制及预处理单元 (4)2.3光电转换与传输模块 (5)2.4外触发单元 (5)3监测系统的软件 (5)3.1高速数据采集 (6)3.2参数设置 (6)3.3数据查询 (6)4局部放电在线监测关键技术 (7)4.1现场噪声的抑制 (7)4.1.1周期性干扰的抑制 (7)4.1.2脉冲型干扰的抑制 (7)4.1.3白噪声干扰的抑制 (8)4.2局部放电模式识别 (8)4.3变压器内部局部放电的定位 (9)5局部放电干扰和抗干扰 (9)5.1脉冲极性法和差动平衡法 (10)5.2复小波分析法 (10)6总结 (10)7参考文献 (11)1绪论1.1课题研究背景、目的及意义随着社会经济的发展，电能作为现代社会的主要能源，，与人民的生活和生产建设的关系愈加密切。

近十年来，伴随着超高压和特高压输变电技术的迅速发展，电力设备容量及数量大幅增加，电力网规模逐步扩大。

现代电力系统的运行在保证合格供电质量的同时，还要保证稳定可靠的发供电能力。

变压器是电力系统中重要的枢纽设备，一旦发生故障，将给人们的生产和生活带来巨大的影响和损失。

数据表明，在变压器事故中，绝缘事故占大多数。

已有研究结果表明，局部放电是反映变压器内部绝缘缺陷最灵敏参数之一。

因此，对变压器内部局部放电的在线监测，可以及时了解绝缘劣化的程度，撑握变压器内部绝缘状态，并制定相应的检修策略避免变压器的突发事故发生，这对提高电力系统运行可靠性，降低国民经济的重大损失具有重要的实际意义。

1.2局部放电现象产生的原因电力变压器是变电站最主要的设备，它通常采用矿物油（变压器油）作为绝缘和散热的媒介，采用绝缘纸及纸板来绝缘。

在绝缘结构局部场强集中的部位、出现局部缺陷时，例如产生气泡时，就会导致局部放电。

局部放电会使绝缘逐渐受到侵蚀和损伤，发生局部放电时会办伴生电流脉冲和声脉冲。

长期运行的变压器,变压器油在高温情况下逐渐分解出气体,这些存在于油纸绝缘中的气隙、气泡由于其本身击穿强度较油、纸的击穿强度低,在变压器工作电压的作用下,这些气隙首先被击穿形成放电。

另外,变压器的铁芯绝缘不良也可能导致放电,在故障较严重时还会导致铁芯两点接地,甚至出现工频短路电流,因此,局部放电最能有效反映变压器内部的绝缘状况。

如果在放电初期能监测到持续时间短、强度弱的局部放电,迅速采取措施消除隐患,就不会造成变压器内部的损伤[1]。

变压器的内部绝缘存在不同程度的缺陷，这些缺陷在电场和温度变化的长期作用下，会导致局部绝缘性能严重下降。

变压器在运行过程中，长期处于工作电压的作用下，随着电压等级的提高，绝缘所承受的电场强度也将趋高，在这些绝缘薄弱处就很容易发生局部放电。

虽然局部放电时间很短，能量也很小，但是危害性是相当大的。

局部放电能够使邻近的绝缘材料受到放电质点的直接轰击进而造成局部的绝缘损坏；放电产生的热和一氧化氮等活性气体的化学作用，会使局部绝缘受到腐蚀老化，导致电导增加，最终形成电击穿和热击穿。

局部放电监测作为检测变压器绝缘的一种有效手段,无论是检测理论还是检测技术,近年来都取得了较大的发展,并在电厂和电站中得到了实际应用。

相对传统的停电局部放电检测,在线局部放电检测可以长时间连续监测变压器局部绝缘放电情况,在放电量达到危险时,及时停机做进一步的检查,因此在检修工时和经济效益等方面有很大的优势,是目前惟一的一种有效避免变压器突发性事故的监测手段[2]。

在线局部放电监测反映的是变压器实际工作状态下的绝缘放电情况,比离线检测更符合设备的实际运行工况。

1.3局部放电在线监测主要方法根据变压器局部放电过程中产生的电脉冲、电磁辐射、超声波、光等现象,相应出现了以下5种局部放电在线监测方法[3]：电脉冲检测法、超声波检测法、光测法、射频检测法和UHF超高频检测法。

1.3.1电脉冲法电脉冲法又称脉冲电流法,通过检测阻抗、变压器套管末屏接地线、外壳接地线、铁心接地线及绕组中由于局放引起的脉冲电流，获得视在放电量。

该方法是研究最早、应用最广泛的一种检测方法。

IEC对此制订了相应标准，但存在以下缺点[4]。

a)由于检测阻抗和放大器对测量的灵敏度、准确度、分辨率及动态范围都有影响，因此当试品电容量较大时，受耦合阻抗的限制，测试仪器的测量灵敏度也受到一定限制。

b)测试频率低，一般小于1MHz，包含的信息量少。

c)现场测试中容易受外界干扰噪声的影响，抗干扰能力较差。

电脉冲法其关键技术是如何有效地识别和抑制干扰，将真正的局部放电信号提取。

近年来,人们在原有技术基础上，又引入信号分析方法，包括小波理论、神经网络、指纹分析、模糊诊断等方法[5]，局部放电在线监测装置的性能有了长足的进步，如德国AVO、LEMEC及澳大利亚虹项等局放在线装置，检测最小局放量达100pC，国内装置由于数字滤波技术不是很完善，只能检测3000pC局放量。

1.3.2超声检测法用固定在变压器油箱壁上的超声传感器接收变压器内部局放产生的超声波来检测局放的大小和位置。

通常采用的超声传感器为压电传感器，选用的频率范围为70~150kHz，目的是为了避开铁心的磁噪声和变压器的机械振动噪声[6]。

超声检测法主要用于定性判断是否有局放信号,结合电脉冲信号或直接利用超声信号对局放源进行物理定位。

近年来，由于声电换能元件效率的提高和电子放大技术的发展, 超声检测的灵敏度有了较大的提高。

1.3.3光测法光测法是利用局部放电产生的光辐射进行检测。

在变压器油中,各种放电发出的光波长不同，光电转换后，通过检测光电流的特征可以实现局放的识别[7]。

虽然在实验室中利用光测法来分析局放特征及绝缘劣化机理等方面取得了很大进展，但由于光测法设备复杂、昂贵、灵敏度低，在实际中并未直接使用。

尽管如此，光纤技术作为超声技术的辅助手段应用于局放检测,将光纤伸入到变压器油中，当变压器内部发生局部放电时，超声波在油中传播，这种机械力波挤压光纤，引起光纤变形，导致光纤折射率和光纤长度发生变化，从而光波被调制，通过适当的解调器即可测量出超声波，实现放电定位。

1.3.4射频检测法利用罗哥夫斯基线圈从电气设备的中性点处测取信号，测量的信号频率可达30MHz，提高了局放的测量频率。

测试系统安装方便，检测设备不改变电力系统运行方式。

对于三相变压器而言，得到的信号是三相局放量的总和，无法进行分辨，信号容易受外界干扰[8]。

随着数字滤波技术的发展，该法在局放在线监测中有较广泛的应用，尤其是在发电机在线监测领域。

1.3.5超高频检测法针对传统检测方法的不足，近几年出现了一种新的检测方法-超高频检测方法。

超高频局放检测通过检测变压器内部局放产生的超高频(300~3000MHz)电信号，实现局部放电的检测和定位，达到抗干扰目的。

每一次局放的发生都伴随一个陡的电流脉冲，并向周围辐射电磁波。

研究表明，变压器中局部放电脉冲上升时间基本为1~2ns，发射的电磁波中超高频分量相当丰富。

这些超高频成分可以用电容传感器或超高频天线接收[9]。

UHF法和脉冲电流法不同,脉冲电流法的频率测量范围一般不超过1MHz，UHF 法的频率范围为300~3000MHz。

脉冲电流法中将试品看作一个集中参数的对地电容，发生一次局放时，试品电容两端产生一个瞬时的电压变化，通过耦合电容在检测阻抗中产生一个脉冲电流。

UHF法中传感器并非起电容耦合的作用，而是接收超高频信号的天线。

超高频局放检测技术近年来得到了较快发展，在一些电力设备(如GIS、电机、电缆)的检测中已得到应用[10]。

由于GIS结构为使用UHF法进行局放测量提供了有利的条件，电磁波以波导的方式传播，有利于局放信号的检测，因此该方法在GIS局放在线检测中起着极为重要的作用，其灵敏度可达到1pC。

UHF法在电机、电缆中也有较成功的应用，有的已形成产品。

对电力变压器而言，局放在变压器内油)隔板绝缘中，由于绝缘结构复杂,电磁波在其中传播时会发生多次折射、反射及衰减，同时变压器内箱壁也会对电磁波的传播带来不利影响，增加了局放超高频电磁波检测的难度，因此，深入研究油)隔板绝缘和箱壁对超高频电磁波传播机理的影响十分必要。

2监测系统的硬件构成2.1总体结构监测装置总体结构如图1所示。

整个系统可分为传感器、现场处理、光电转换与传输、高速同步采集、信号处理与显示五个单元[11]。

图1 系统总体结构框图2.2现场控制及预处理单元现场控制及预处理单元的框图如图2所示，该部分单元的主要功能是电脉冲信号和超声波信号的采集，并由超声波传感器将超声波信号转换为电信号，再对这七路电信号进行放大处理[12]。

图2 现场控制及预处理单元原理框图采用的超声波传感器是北京航空航天大学开发的点接触型带磁座声发射传感器，主要元件是压电晶体，与变压器表面无须施加耦合剂。

电脉冲传感器由单匝穿心式罗果夫斯基线圈、积分电路、电磁屏蔽外壳等组成。

电脉冲传感器与变压器之间仅有磁耦合，而无电气连接。

为深入研究电力变压器的不同模式局部放电信号的频率特性，选用0.02~1MHz的宽带电脉冲传感器，其中心频率为500kHz，为减小微弱信号在传输过程中受外界干扰的影响程度，采取就地放大处理，前置放大器频带为0.02~1MHz，增益为40dB。

将放大后的电信号输入到信号预处理单元的带通滤波器，用于提取各频段的信号分量及消除一些低频或高频的周期性干扰。

信号经滤波之后进行放大处理，以满足模/数（A/D）采样卡输入幅值的要求。

再送入电光转换与传送单元，经八芯光纤以光信号的形式传送到控制室的接收单元。

2.3光电转换与传输模块光电转换与传输模块包括：电光转换和传送单元、光电转换和接收单元[13]。

电光转换和传送单元置于现场控制箱内，该部分单元的结构原理框图如图3所示。

发送部分由总线、时序逻辑、并串转换及电光转换电路组成；接收部分由光电转换、串并转换及时序逻辑电路组成。

图3 信号传输模块原理框图2.4外触发单元在外触发单元中由工频电压与计算机共同产生一外触发信号施加到采样卡上以使A/D转换与外施的工频电压同步，如图4所示。

图4 外触发单元原理图3监测系统的软件虚拟仪器(Virtual Instrument，简称为VI)是20世纪80年代由美国国家仪器公司(NI)率先提出的概念，主要由计算机、硬件仪器和虚拟仪器软件三部分组成。

虚拟仪器具有友好的图形方式软面板，其应用软件集成了用户界面、测量控制、信息采集、结果显示输出、数据分析等功能，用户只需要对软件进行操作就能改变硬件仪器的功制。