電能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，它和人民的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)，目前超高壓和特高壓輸變電技術(shù)發(fā)展迅速，電力變壓器作為電力系統(tǒng)輸變電關(guān)鍵設(shè)備，其可靠運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、安全極其重要。目前局部放電測(cè)量已經(jīng)成為監(jiān)控電力變壓器質(zhì)量的重要指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外的制造廠家也把局部放電測(cè)量作為電力變壓器出廠時(shí)的試驗(yàn)項(xiàng)目，以此控制其質(zhì)量[1]。

1.局部放電引起介質(zhì)劣化和損傷的機(jī)理

對(duì)于電力變壓器等高電壓設(shè)備的絕緣，由于絕緣內(nèi)部或表面發(fā)生局部放電而造成的放電電老化是不容忽視的。局部放電引起介質(zhì)劣化和損傷的機(jī)理是多方面的，主要包括三種效應(yīng)：(1)帶電質(zhì)點(diǎn)(電子和正、負(fù)離子)對(duì)介質(zhì)表面的撞擊，切斷分子構(gòu)造;(2)由于帶電質(zhì)點(diǎn)撞擊介質(zhì)，在放電點(diǎn)引起介質(zhì)局部溫度上升，使介質(zhì)加速氧化，導(dǎo)致材料的機(jī)械、電氣性能下降;(3)局部放電產(chǎn)生的活性生成物對(duì)介質(zhì)的氧化作用使介質(zhì)逐漸劣化。局部放電使電介質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間擊穿電壓常常不到短時(shí)擊穿電壓的幾分之一，已經(jīng)成為電力變壓器絕緣劣化的重要原因。

2.電氣定位方法

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，所產(chǎn)生的放電脈沖沿繞組傳播到達(dá)測(cè)量端。該放電脈沖包含了放電特性和局部放電定位所需要的一些信息，通過對(duì)此脈沖進(jìn)行分析，可確定局放源的具體位置。傳統(tǒng)的電氣定位方法很多，諸如起始電壓法、極性法、行波法、電容分量法等[2]。

2.1改進(jìn)電容分量法

變壓器只是在某一個(gè)頻率范圍內(nèi)等效為一個(gè)電容梯形網(wǎng)絡(luò)，在改進(jìn)的電容分量法中，該頻率范圍的確定就顯得尤為重要。一般而言，該頻率范圍的確定是由試驗(yàn)獲得。將一個(gè)函數(shù)發(fā)生器接到繞組的一端，并提供頻率可變的電壓，另一端接地，同時(shí)測(cè)量輸入電壓和繞組電壓。當(dāng)在此等效頻率范圍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)最小電壓相位移，即輸入波形和輸出波形相似。而后采用數(shù)字濾波將此頻率范圍以外的信號(hào)去掉，采用上述方程進(jìn)行計(jì)算。

改進(jìn)電容分量法利用數(shù)字濾波技術(shù)，能夠獲得沿變壓器繞組脈沖的電容傳輸分量;該方法對(duì)干擾信號(hào)完全抑制，頻帶選擇靈活，且頻率補(bǔ)償容易，與新的直線內(nèi)插法結(jié)合可以解決一些實(shí)際問題，能夠得到較高的定位精度。

2.2端點(diǎn)電流脈沖頻譜分析法

在 0.01MHz～0.1MHz 這個(gè)中間頻率范圍內(nèi)，變壓器繞組的傳輸特性表現(xiàn)為振蕩傳播即發(fā)生在繞組中的局部放電脈沖以振蕩形式傳輸。此時(shí)，在變壓器測(cè)量端點(diǎn)所得到的局部放電電流脈沖因局放源位置不同， 其頻譜有較大的差異。對(duì)連續(xù)餅式繞組( 以84餅為例)，從不同位置注入放電脈沖，從而模擬了繞組中不同位置的局部放電，用繞組的簡(jiǎn)化等效電路計(jì)算出相應(yīng)放電注入電流對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)，從而根據(jù)頻譜分析來確定放電點(diǎn)的位置。在此基礎(chǔ)上，采用建立仿真模型并結(jié)合試驗(yàn)的方法，研究了不同的局部放電脈沖傳播路徑的傳遞函數(shù)，在分析傳遞函數(shù)頻譜特性的基礎(chǔ)上，提出了根據(jù)相應(yīng)信號(hào)高頻分量和能量的局部放電電氣定位方法。

盡管人們對(duì)變壓器繞組特性的研究較多，相應(yīng)的也出現(xiàn)了一些電氣定位方法，但由于各種電氣定位法現(xiàn)場(chǎng)操作復(fù)雜，使用范圍限制較大，且由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜及放電部位的不同，使得放電脈沖的波過程也會(huì)出現(xiàn)不同程度的振蕩，而對(duì)放電信號(hào)的檢測(cè)卻只能在變壓器的測(cè)量端點(diǎn)進(jìn)行，因而精度不高，所以目前在實(shí)際定位中很少采用。

3.變壓器繞組中局部放電的診斷方法

通過基于傳輸函數(shù)的局部放電定位之后，我們最終目的是進(jìn)行變壓器繞組中局部放電的診斷，下面將詳細(xì)介紹具體方法。

①基于灰度圖像形態(tài)譜的變壓器局部放電模式識(shí)別。變壓器局部放電識(shí)別是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)放電部位進(jìn)行分類和特征描述，以便診斷變壓器絕緣狀態(tài)的好壞，目前，根據(jù)特征提取的不同變壓器局部放電識(shí)別可分為統(tǒng)計(jì)法時(shí)域分析法，本文利用數(shù)學(xué)工具中的形態(tài)譜反映變壓器局部放電灰度圖像的形態(tài)特征，然后進(jìn)行歸一化處理，作為識(shí)別變壓器局部放電時(shí)的特征向量，然后把不同類型放電形態(tài)譜輸入到 BP 雙層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)放電模式識(shí)別。

②基于BP雙層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和形態(tài)譜識(shí)別變壓器局部放電。本文采用具有雙隱含層結(jié)構(gòu)的前饋 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行局部放電識(shí)別，輸入層由100個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，輸入變量是變壓器的形態(tài)譜。第一個(gè)隱含層由30個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，第二個(gè)隱含層由 20個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，輸出層是待識(shí)別的模式，由6個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。在進(jìn)行 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)從包含不同實(shí)驗(yàn)電壓的放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中抽取20 組作為樣本，傳遞函數(shù)采取logsig 型對(duì)待識(shí)別的樣本進(jìn)行識(shí)別，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出該方法對(duì)油中懸浮放電、空氣電暈放電和油中針板放電識(shí)別率最高，在95%以上，而對(duì)氣隙放電、空氣沿面放電和油中沿面放電識(shí)別率較低，只有72.5%。

(1)分別采用BP，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變壓器局部放電6種放電模式進(jìn)行識(shí)別的結(jié)果表明，無論是局部放電二維譜圖，還是三維譜圖，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度和穩(wěn)定性都優(yōu)于BP網(wǎng)絡(luò)，具有較高的識(shí)別率和較強(qiáng)的推廣能力，可以用作變壓器局部放電模式識(shí)別的分類器，在實(shí)際中有著良好的應(yīng)用前景。

(2)由于局放三維譜圖的特征參數(shù)比二維譜圖的特征參數(shù)攜帶的信息量大，相應(yīng)的RBF網(wǎng)絡(luò)識(shí)別率更高。但是隨著網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜、參數(shù)增多，在樣木數(shù)量較多的情況卜勢(shì)必引起計(jì)算量加大和計(jì)算時(shí)間變長(zhǎng)。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活選用網(wǎng)絡(luò)輸入形式，達(dá)到訓(xùn)練快速、診斷結(jié)果優(yōu)二者兼顧的效果。

4.結(jié)論

由于局部放電是造成電力變壓器絕緣劣化的重要原因，因此該問題一直受到電力運(yùn)行部門的關(guān)注。本文通過對(duì)變壓器局部放電定位分析和變壓器局部放電檢測(cè)的電磁干擾及抑制方法分析，重點(diǎn)介紹了基于傳輸函數(shù)比進(jìn)行局部放電定位方法和基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和形態(tài)譜識(shí)別放電。如何提高變壓器局部放電定位的準(zhǔn)備性，如何把傳輸函數(shù)法和超聲波法、超高頻法等結(jié)合還需要進(jìn)一步的研究。