變壓器局放在線監測中的現場干擾分析

    　　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清楚的認識。本文對某發電廠一臺 500 kV 變壓器進行了離線和在線試驗，測量了不同測點的干擾情況，其中包括變壓器低壓供電系統中的干擾，分析了干擾的種類和特點，為抑制各種類型的干擾提供了有效 的依據。

    　　1 試驗方案和回路

    　　測試系統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，變壓器外殼應盡量減少接地點。

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

    　　整個測試系統由傳感器、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的放大器組，放大倍數分為 4 檔，最大放大倍數為 16 。測量箱為工控級，主要為了防止現場電磁干擾，測量箱內主要部件為一最高采樣速率達 10 Hz ， 12 數據位，存儲容量為 1 M 的高速 A/D 卡。試驗數據可通過標準接口上傳到筆記本電腦。

    　　2 　試驗結果及分析

    　　2.1 　停電試驗同帶電試驗的比較

    　　在設備停電狀況下，我們對變壓器中性點等 5 個測量點的干擾信號進行了測試。此時中性點測到的數據時域波形及頻譜分析見圖 2 。

    　　此時標定系數為 3 800 pC ，現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。在其它測量點也可得到類似的結論。 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 　停電情況下中性點處的時域波形和頻譜分析

    　　運行情況下同樣的試驗的時域圖及頻譜分析見圖 3 。此時標定系數為 160 nC ，最大干擾水平約為 160 nC 。從時域波形可看出，在一個工頻周期內會出現兩組幅值很高的脈沖干擾，且極性相反并很有規律。這些干擾是由發電機勵磁側的可控硅動作時產生的，是脈沖周期 性干擾。

    　　圖 3 　運行情況下中性點處的時域波形和頻譜分析

    　　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。停電時最強的頻段 899 kHz 幾乎測不到，說明在線時的干擾要比離線時大得多。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，這些頻段的出現和現場環境有關。此外在 220 ～ 300 k 、 720 ～ 850 kHz 區間出現了明顯的寬頻特征，說明有脈沖型信號出現。寬帶信號的主要來源可認為是發電機的勵磁系統，表現為脈沖周期性干擾。這對于確定合適的抗干擾措施有較 大幫助。同樣，在其它測量點我們也可得到類似的結論。

    　　2.2 可控硅產生信號分析

    　　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，同前分析結果相吻合。由此證明，可控硅產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據的時域波形和頻譜分析

    　　為了進一步提高可控硅信號的分辨率和得到真實的波形，還采用了頻帶寬度可達 100 MHz，最高采樣率可達 1 GHz 的數字示波器來采樣。測量點位于電廠勵磁間內可控硅的輸出端。其波形和頻譜分析見圖5。

    　　從時域波形可看出，脈沖波形的持續時間約為 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果略有差異。分析認為，由于測量點不同，可控硅動作產生的信號從低壓側到高壓側如中性點處有一段傳輸路徑，這樣波形會發生畸變。

    　　圖 5 　用示波器測的可控硅動作時的時域波形和頻譜分析

    　　2.3 　不同測量點的靈敏度分析

    　　在本次試驗中，選用了 5 個測量點進行信號采集，這些測量點分別是 500 kV 套管末屏接地引下線、鐵芯、夾件及中性點接地引下線及外殼地線。對這些測量點的靈敏度進行比較，有利于確定在線情況下的主監測點及提高在線監測系統的靈敏度。

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

    　　由圖 6 可看出，不同測量點的響應情況不同。從 500 kV 套管末屏接地引下線注入時，夾件引下線的響應最強烈 ( 見圖 a) ，鐵芯引下線次之，其次為中性點接地引下線，外殼地線上的響應幅值最小 ( 見圖 b) 。夾件處是人們常常忽略的一個測量點，試驗中它的響應最靈敏，可能同變壓器的結構有關。

    　　圖 6 　末屏注入時的夾件標定波形圖和外殼標定波形

    　　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： a) 看風扇等變壓器附屬低壓設備的啟動對其測量點信號的干擾有多強烈; b) 為了分析配電線路來的各種干擾是否同其測量點信號有一定的對應關系。從理論上講，由于監測點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間上應有一定的對應關系。

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

    　　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 關系。其波形已經完全不一樣，脈沖波形的時間長度也不相同，同時相位不是一一對應。但是，從廣義上講，仍然具有一定的對應關系。

    　　3 　小　結

    　　a. 變壓器現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;在運行情況下，以發電機勵磁側產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，整個頻率分布范圍為 0 ～ 900 kHz 。

    　　c. 變壓器的夾件可作為一個靈敏度較高的測量點。

    　　d. 通過對低壓動力線上干擾的分析，可知它同其它測量點的信號有一定的對應關系。但把它引入到脈沖干擾的抑制方法中還需做進一步的工作。