我国曾对110kV及以上的变压器事故的统计表明,50%的事故是匝间绝缘事故。大量资料表明,变压器故障主要原因是绝缘性能的劣化。绝缘故障在变压器故障中所占的比重及带来的巨大经济损失,电力运行部门历来十分重视对变压器等大型电气设备的绝缘监督。对电气设备进行绝缘监督的主要手段,以往一直采用定期进行绝缘预防性试验,即根据电力部所颁发的《电力设备预防性试验规程》,对不同设备所规定的项目和相应的试验周期,定期在停电状态下进行绝缘性能的检查性试验。这种预防性维修和试验有许多不足:设备必须停电,试验工作量大;试验周期长,有效数据少;试验电压低,所得的数据有时不能真实反映出设备的绝缘状态;高压设备的绝缘劣化是一个累积和发展的过程,在很多情况下预防性维修和试验无法发现潜在的缺陷。因此对电力设备进行实时或定时的在线监测,及时反映绝缘的劣化程度,以便采取预防措施,避免停电事故的发生是国内外目前研究热点。
研究表明,局部放电发展进程能够有效的反映其绝缘结构的劣化度,局部放电的发展会造成绝缘性能的进一步恶化。对变压器内部绝缘的局部放电进行在线监测,是预防变压器绝缘突发性事故的最有效手段之一。
局部放电(Partial Discharge,简称PD)是大型电力设备中某些绝缘薄弱环节在局部高电场的作用下发生的一种放电现象。局部放电对绝缘有两种破坏作用:一种是由于放电质点直接轰击绝缘,使局部绝缘受到破坏并逐步扩大,使绝缘击穿。另一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮等活性气体的化学作用,使局部绝缘受到腐蚀,介质损耗增大,最后导致热击穿。
变压器局部放电在线监测系统中,其关键、难点部分之一是局部放电信号的提取,它是局部放电模式识别的基础和前提。由于变压器处在复杂的电磁干扰环境中,使得局部放电信号淹没在很强的各种干扰当中,给局部放电信号的在线监测带来了很大的困难。局部放电波形在时域上以几纳秒至几百纳秒数量级的脉冲形式出现,是覆盖几千赫兹至百兆赫兹频域的宽带信号。进入监测系统的干扰有脉冲干扰信号、周期性窄带干扰信号、白噪声等。对于脉冲干扰信号可分成随机脉冲干扰和周期脉冲干扰。随机脉冲干扰由高压线路上电晕及分接开关动作等因素产生;周期脉冲干扰主要由可控硅动作(直流电源整流和调相机励磁整流)以及地网中的脉冲干扰产生。对于随机脉冲干扰信号和周期脉冲干扰,目前有相应的有效抑制算法。周期性窄带干扰信号主要来自电力系统的高次谐波、通信载波以及无线电通信电波等。周期性窄带干扰信号是局部放电在线监测系统中重要的干扰源,在监测过程中持续存在,其能量非常强大,是目前研究的热点。白噪声干扰主要由变压器绕组的热噪声、配电线路以及变压器继电保护线路的热噪声和监测电路中半导体器件的散粒噪声造成。白噪声干扰的频谱在整个频率范围内都是有值的,且与局部放电信号有相似的时域和频域特性,因此很难用傅立叶分析分辨出白噪声和局部放电信号。因此滤除局部放电信号中白噪声是目前国内外研究的热门课题,也是目前待以研究解决得重要课题之一。