（南京供电公司 南京 210013）
摘要：为了探索等效时频法对油纸绝缘系统多局放源的快速分类效果，本文设计了油楔放电、沿面放电、针板放电、匝间放电四种典型的局放模型，从放电源类型、测量系统频带两各个方面，研究等效时频法区分不同类型局放脉冲群的效果。实验结果表明，该方法对放电类型相似的多局放脉冲群区分效果不明显；对机理有差异的放电类型区分效果较好；窄带测量系统使得采集到的局放脉冲信号的信息量大部分丢失，一定程度上影响到聚类性能及可区分程度。
关键字：油纸绝缘；局部放电；脉冲波形；特征提取；等效时频
1.引言
大量故障统计表明，绝缘是电力变压器的薄弱环节，运行中设备绝缘缺陷的存在，以及绝缘在电场、热、机械以及化学应力等多种因素综合作用下的老化劣化是导致变压器设备故障的主要原因，严重影响着设备及系统的运行安全。[1]
在电气设备线检测系统中，要对绝缘系统性能下降的整个发展过程有彻底的了解，具备了这些，才可以识别各种不同的绝缘缺陷，采取相应的维护措施，要达到这一目的，对多个放电源进行区分是重要的一步。这是因为：如果某一电气设备的绝缘系统同时出现几种不同的放电源，对于传统的基于脉冲峰值-时间序列的检测系统，其获取的局部放电（简称局放，或者PD）数据将是混叠的，相应的放电谱图也是混叠的[2-6]，此时不可能准确地诊断缺陷类型，更无法诊断设备缺陷的严重程度。如果用某一种方法将前端测量系统获取的的多局放源混叠的脉冲群进行快速分类，再将来自同一放电源的各脉冲转换成传统的基于脉冲相位分布二维谱图，就可以对各种放电源的放电类型进行逐一识别，达到了识别多局放源放电的目的[7]。
意大利的Montanari和Cavallini等人提出了一种利用等效时频法对不同局放脉冲进行分离识别的诊断技术[3]：通过对放电的电流脉冲信号进行高速（100MS/s）宽带采样，获取信号完整的时域波形；并针对不同放电及噪声间的差异提取等效时间和等效频宽信号特征，从而将具有不同的等效时宽和等效频宽的放电脉冲分离开来；在此基础上对等效时宽和等效频宽基本一致的每一类放电进行甄别，进而诊断设备绝缘状态。该方法在实际应用中取得了一定的效果，但是对各种不同类型的油纸绝缘系统局放脉冲群的分类，研究不够全面[2-6]。在实际中放电脉冲波形受到放电源类型、脉冲信号传输路径和测量系统的影响[8]，因而等效时频法的分类效果也将受到它们的影响。鉴于此，本文通过试验，从放电源类型，测量系统频带两个方面，研究等效时频法区分油纸绝缘系统不同类型局放脉冲群的效果。
2.等效时频法简介
由检测系统获取的脉冲波形－时间序列（原始特征）样本数量大，处于一个高维特征空间中，这样就需要利用非线性映射的方法[9]，通过特征提取器将其压缩到低维特征空间（通常是2维平面），使低维空间的特征量保留尽可能多的关于脉冲波形的信息并且能够保证快速计算的实时性。其关键就是脉冲特征的提取。非线性映射对于脉冲特征的提取要满足如下要求：①实时快速；②与时间记录点无关；③幅值无关；④极性无关；
Montanari和Cavallini等人利用等效时频法来提取脉冲波形的两个特征量：等效时宽ET和等效频宽EF，做出一个二维的TF谱图，将单个脉冲波形的信息利用TF谱图中的一个点来表示。其具体计算方法如下[3][10]。
假设s(t)为一个局放脉冲信号，由于局放脉冲信号具有随机性，同一放电模式在同一放电程度下，脉冲电流波形的幅度也可能有相当的差异，为了满足幅值无关的要求，在计算两个特征量之前，首先要对脉冲波形s(t)进行归一化处理。如公式（1）（2）所示。
该局放测量系统中，局放试品模型置于盛有25＃变压器油的恒温老化箱中，在某一电压下产生局部放电以进行脉冲信号的采集。其中变压器油经过滤油机进行真空加热过滤，滤后的变压器油含气量不大于0.1％，含水量不大于10ppm,符合现场实际运行中变压器油的标准（含气量不大于1％，含水量不大于20－30ppm）。实验中所用绝缘纸板经过真空浸油设备处理，选择100℃，10Pa条件下浸油24小时，除掉了纸板中气泡和水分。
在某一放电电压下，利用宽带检测阻抗以及窄带局放仪两种测量手段对以上四种模型局放进行测量分析，采集仪器选用泰克2024B示波器（200M带宽，最大采样率2GS/s），其他设置如表1所示：
从以上分析结果可以看出，沿面放电和油楔放电两种放电脉冲波形信号的TF谱图同样出现大部分重叠，主要原因是两类放电的机理基本相似。
沿面放电和针板放电的TF谱图以及油楔和匝间放电都出现重叠部分，导致不能很好的区分两种放电，而前面提到的宽带检测系统可以很好的区分沿面放电，针板放电和匝间放电。这主要由于我们所用的局放仪窄带测量系统,相当于一带通滤波器，采集到的数据丢失了大量的高频脉冲波形信息，从TF谱图明显看出等效频宽减小，降低了沿面放电，针板放电以及匝间放电的可区分程度。
因此，利用等效时频法对同时存在几种不同类型的局放脉冲信号进行快速分类时，提高测量系统的检测频带是很有必要的。
4 .结语
文章设计了四种典型的油纸绝缘局放模型，从局放源、检测系统（不同测量频带等）两个方面，利用等效时频快速分类方法，分析了不同局放脉冲群的可区分性。该方法对放电机理相似的多局放脉冲群区分效果不明显；对于窄带测量系统，由于测量频带窄，使得采集到的局放脉冲信息，大量丢失，影响到聚类性能及可区分程度。因此利用该方法对同时存在几种不同类型的局放脉冲信号进行快速分类和诊断时，提高测量系统的检测频带以及采集设备的采样率、改善测量回路是很有必要的。
参考文献
[1]王昌长，李福琪，高胜友.电气设备在线监测与故障诊断.清华大学出版社[M]，北京.2006.3
[2]司文荣，李军浩，李彦明等.基于宽带检测的局放脉冲波形快速特征提取技术[J].电工电能新技术，2008，27（2）：21-25.
[3]郑重,谈克雄,王猛,等.基于脉冲波形时域特征的局部放电识别[J].电工电能新技术2001,20(1):20-24
论文作者:岳华山
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/16
标签：脉冲论文; 波形论文; 测量论文; 系统论文; 频宽论文; 特征论文; 频带论文; 《电力设备》2017年第32期论文;