變壓器局放在線監(jiān)測中的現(xiàn)場干擾分析

    　　為了最大限度地抑制干擾，需要對干擾的種類和特征有一個(gè)清楚的認(rèn)識。本文對某發(fā)電廠一臺 500 kV 變壓器進(jìn)行了離線和在線試驗(yàn)，測量了不同測點(diǎn)的干擾情況，其中包括變壓器低壓供電系統(tǒng)中的干擾，分析了干擾的種類和特點(diǎn)，為抑制各種類型的干擾提供了有效 的依據(jù)。

    　　1 試驗(yàn)方案和回路

    　　測試系統(tǒng)的接線及傳感器的安裝位置見圖 1 。單相 500 kV 變壓器的電流傳感器的安裝位置包括： 500 kV 套管末屏、鐵芯、夾件及中性點(diǎn)接地引下線、外殼地線。為有效測量外殼地線上的信號，變壓器外殼應(yīng)盡量減少接地點(diǎn)。

    　　圖 1 　單相 500 kV 變壓器電流傳感器安裝位置及試驗(yàn)接線圖

    　　整個(gè)測試系統(tǒng)由傳感器、放大器、測量箱和筆記本電腦組成。傳感器為有源寬帶高頻，放大倍數(shù)分 ×10 和 ×50 兩檔，頻帶為 3 k ～ 1.2 MHz 。為了保證合適的測量范圍，除傳感器放大外還有一單獨(dú)的放大器組，放大倍數(shù)分為 4 檔，最大放大倍數(shù)為 16 。測量箱為工控級，主要為了防止現(xiàn)場電磁干擾，測量箱內(nèi)主要部件為一最高采樣速率達(dá) 10 Hz ， 12 數(shù)據(jù)位，存儲容量為 1 M 的高速 A/D 卡。試驗(yàn)數(shù)據(jù)可通過標(biāo)準(zhǔn)接口上傳到筆記本電腦。

    　　2 　試驗(yàn)結(jié)果及分析

    　　2.1 　停電試驗(yàn)同帶電試驗(yàn)的比較

    　　在設(shè)備停電狀況下，我們對變壓器中性點(diǎn)等 5 個(gè)測量點(diǎn)的干擾信號進(jìn)行了測試。此時(shí)中性點(diǎn)測到的數(shù)據(jù)時(shí)域波形及頻譜分析見圖 2 。

    　　此時(shí)標(biāo)定系數(shù)為 3 800 pC ，現(xiàn)場最大干擾水平約為 5 300 pC 。由頻譜分析可看出，信號在 899 kHz 頻段最突出，此外，在 164 、 156 、 428 和 196 kHz 附近能量也比較集中。在其它測量點(diǎn)也可得到類似的結(jié)論。 899 kHz 頻段屬于地方廣播電臺所用的頻段，其余均為廠用頻段。

    　　圖 2 　停電情況下中性點(diǎn)處的時(shí)域波形和頻譜分析

    　　運(yùn)行情況下同樣的試驗(yàn)的時(shí)域圖及頻譜分析見圖 3 。此時(shí)標(biāo)定系數(shù)為 160 nC ，最大干擾水平約為 160 nC 。從時(shí)域波形可看出，在一個(gè)工頻周期內(nèi)會出現(xiàn)兩組幅值很高的脈沖干擾，且極性相反并很有規(guī)律。這些干擾是由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁側(cè)的可控硅動作時(shí)產(chǎn)生的，是脈沖周期 性干擾。

    　　圖 3 　運(yùn)行情況下中性點(diǎn)處的時(shí)域波形和頻譜分析

    　　由頻譜分析可知，在線測量信號的頻帶主要在 500 kHz 以下并且分布較寬。停電時(shí)最強(qiáng)的頻段 899 kHz 幾乎測不到，說明在線時(shí)的干擾要比離線時(shí)大得多。能測到的窄帶頻段包括廠用的通訊頻段 164 、 64 、 438 k 、 156 kHz ;在 374 、 328 k 、 219 kHz 等處的能量也比較集中，這些頻段的出現(xiàn)和現(xiàn)場環(huán)境有關(guān)。此外在 220 ～ 300 k 、 720 ～ 850 kHz 區(qū)間出現(xiàn)了明顯的寬頻特征，說明有脈沖型信號出現(xiàn)。寬帶信號的主要來源可認(rèn)為是發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)，表現(xiàn)為脈沖周期性干擾。這對于確定合適的抗干擾措施有較 大幫助。同樣，在其它測量點(diǎn)我們也可得到類似的結(jié)論。

    　　2.2 可控硅產(chǎn)生信號分析

    　　可控硅動作是脈沖周期性干擾的主要來源，其波形見圖 4 。它是 <1 MHz 的寬頻信號 ( 受傳感器限制 ) ，脈寬～ 30 μs ，能量相對集中在 200 ～ 300 kHz 和 700 ～ 900 kHz 頻段，同前分析結(jié)果相吻合。由此證明，可控硅產(chǎn)生的脈沖周期性干擾是在線測量情況下的主要干擾源。

    　　圖 4 　用傳感器測的可控硅數(shù)據(jù)的時(shí)域波形和頻譜分析

    　　為了進(jìn)一步提高可控硅信號的分辨率和得到真實(shí)的波形，還采用了頻帶寬度可達(dá) 100 MHz，最高采樣率可達(dá) 1 GHz 的數(shù)字示波器來采樣。測量點(diǎn)位于電廠勵(lì)磁間內(nèi)可控硅的輸出端。其波形和頻譜分析見圖5。

    　　從時(shí)域波形可看出，脈沖波形的持續(xù)時(shí)間約為 30 μs ，為衰減振蕩波;信號的頻譜主要集中在 500 k 以下，與文[ 3 ]同，但與測量箱測量的結(jié)果略有差異。分析認(rèn)為，由于測量點(diǎn)不同，可控硅動作產(chǎn)生的信號從低壓側(cè)到高壓側(cè)如中性點(diǎn)處有一段傳輸路徑，這樣波形會發(fā)生畸變。

    　　圖 5 　用示波器測的可控硅動作時(shí)的時(shí)域波形和頻譜分析

    　　2.3 　不同測量點(diǎn)的靈敏度分析

    　　在本次試驗(yàn)中，選用了 5 個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行信號采集，這些測量點(diǎn)分別是 500 kV 套管末屏接地引下線、鐵芯、夾件及中性點(diǎn)接地引下線及外殼地線。對這些測量點(diǎn)的靈敏度進(jìn)行比較，有利于確定在線情況下的主監(jiān)測點(diǎn)及提高在線監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度。

    　　確定靈敏度的常規(guī)方法為：在某一測量點(diǎn)注入已知幅值的方波，比較其它測量點(diǎn)的響應(yīng)，幅值響應(yīng)最大者為靈敏度最高。本次試驗(yàn)中， 分別從變壓器 500 kV 套管末屏接地引下線和中性點(diǎn)接地引下線處注入方波，比較不同測量點(diǎn)的響應(yīng)。在下面的事例中，注入的方波大小約 10 nC ，分別列出響應(yīng)幅值最高和最低的情況。

    　　由圖 6 可看出，不同測量點(diǎn)的響應(yīng)情況不同。從 500 kV 套管末屏接地引下線注入時(shí)，夾件引下線的響應(yīng)最強(qiáng)烈 ( 見圖 a) ，鐵芯引下線次之，其次為中性點(diǎn)接地引下線，外殼地線上的響應(yīng)幅值最小 ( 見圖 b) 。夾件處是人們常常忽略的一個(gè)測量點(diǎn)，試驗(yàn)中它的響應(yīng)最靈敏，可能同變壓器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

    　　圖 6 　末屏注入時(shí)的夾件標(biāo)定波形圖和外殼標(biāo)定波形

    　　2.4 　動力電源線上的干擾對信號測量的影響

    　　分析變壓器附件 380 V 動力線上信號的目的有兩點(diǎn)： a) 看風(fēng)扇等變壓器附屬低壓設(shè)備的啟動對其測量點(diǎn)信號的干擾有多強(qiáng)烈; b) 為了分析配電線路來的各種干擾是否同其測量點(diǎn)信號有一定的對應(yīng)關(guān)系。從理論上講，由于監(jiān)測點(diǎn)的測量信號中很多干擾脈沖來自動力線等配電線路，動力電源線上 的很多脈沖與變壓器接地線上的脈沖干擾在時(shí)間上應(yīng)有一定的對應(yīng)關(guān)系。

    　　在離線情況下分別記錄并分析了風(fēng)扇在啟停狀態(tài)下的信號。從時(shí)域來看，風(fēng)扇啟停對信號幅值影響不大。從頻域來看，風(fēng)扇啟動后會增加 8 ～ 25 kHz 的成分但幅值較低，可以說變化不大。運(yùn)行情況下也有同樣的結(jié)論。

    　　圖 7 為在動力電源線上和外殼上測到的可控硅動作波形。經(jīng)過比較可知，由于信號的傳播路徑不同，動力電源線上的脈沖波形同接地線上的脈沖干擾有一種可類比的相似 關(guān)系。其波形已經(jīng)完全不一樣，脈沖波形的時(shí)間長度也不相同，同時(shí)相位不是一一對應(yīng)。但是，從廣義上講，仍然具有一定的對應(yīng)關(guān)系。

    　　3 　小　結(jié)

    　　a. 變壓器現(xiàn)場干擾在停電情況下以廠用通訊頻段和地方廣播頻段組成的窄帶干擾為主;在運(yùn)行情況下，以發(fā)電機(jī)勵(lì)磁側(cè)產(chǎn)生的脈沖周期性干擾為主，從量值上來講也大得多。

    　　b. 脈沖周期性干擾是寬頻干擾，且能量集中在 300 kHz 以下。從工程測量的角度看，整個(gè)頻率分布范圍為 0 ～ 900 kHz 。

    　　c. 變壓器的夾件可作為一個(gè)靈敏度較高的測量點(diǎn)。

    　　d. 通過對低壓動力線上干擾的分析，可知它同其它測量點(diǎn)的信號有一定的對應(yīng)關(guān)系。但把它引入到脈沖干擾的抑制方法中還需做進(jìn)一步的工作。