变压器局放超声信号特征参数提取与处理方法研究

齐铎+柴志强+叶飞+周明振

【摘要】 超声波（AE）检测局部放电是电力变压器绝缘状态监测的重要手段之一。本文在了解国内外局部放电超声波检测技术的基础上，阐述了超声信号特征参数采集与处理分析研究现状，简述了声发射信号参数分析方法以及声发射信号的分析方法。最后对油中针.板放电、油中气泡放电和油中油楔放电三种典型局部放电模型超声波相位统计谱图以及AE飞行时间谱图进行了分析。

【关键词】 超声波 局部放电 特征参数 放电次数

一、绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

变压器是电力系统输变电的关键性设备，它的安全运行关系着电力系统的可靠性水平，如果发生故障，将会引起局部乃至大面积的停电。大量故障统计数据表明，电力变压器所发生的事故大多是由于绝缘老化和损坏造成的。局部放电过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光、气体生成物等，并产生能量损耗引起局部过热。因此，相应地出现了脉冲电流法、射频检测法、超声波法、光测法、气相色谱法、特高频检测法等多种检测方法。

超声波检测技术是近几年逐渐兴起的一种检测方法。在电力变压器内部发生局部放电时，会伴随有声波能量的放出，声波在不同介质（油纸、隔板、绕组、油等）中向外传播，到达固定在变压器油箱壁上的声发射传感器。其优点是不影响电气主设备的安全运行，受电磁干扰小，灵敏度较高，可以对局放点定位。

二、超声信号特征参数采集与处理分析研究现状

根据声发射信号的特点，可以将其分为突发型和连续型两种。目前采集和处理声发射信号的方法可分为两大类。一种为以多个简化的波形特征参数来表示声发射信号的特征，然后对这些波形特征参数进行分析和处理；另一种为存贮和记录声发射信号的波形，对波形进行频谱分析。几乎所有声发射检测标准对声发射源的判据均采用简化波形特征参数。

三、声发射信号的分析方法

3.1频谱分析方法

频谱分析方法可以获得信号的谱特征。谱分析可分为两大类，经典谱和现代谱分析。经典谱分析以傅里叶变换为基础，又称为线性谱分析方法。经典谱分析主要包括相关图法和周期图法，以及在此基础上的改进方法。其中最基本和最重要的方法就是快速傅里叶变换（FFT）。现代谱分析方法以非傅里叶分析为基础，大致可分为参数模型法和非参数模型法两大类。参数模型法包括有理参数模型和特殊参数模型，有理参数模型可用有理系统函数表示，它包括自回归（AR）模型，滑动平均（MA）模型和自回归滑动平均（ARMA）模型。特殊参数模型即指数模型，它把信号定义为一些指数信号的线性组合。非参数模型法包括不需建立参数模型的以基于自相关矩阵或数据矩阵进行特征分离为主的其它现代谱分析方法，主要有最小方差法、迭代滤波法、皮萨年科法等。

3.2小波分析

小波变换是近20年来发展起来的一种信号处理方法，与前面提及的时域分析和频域分析不同的是，小波变换具有同时在时域和频域表征信号局部特征的能力，既能够刻划某个局部时间段信号的频谱信息，又可以描述某一频谱信息对应的时域信息。这对于分析含有瞬态现象的声发射信号是最合适的。

四、总结

通过对这三种变压器典型模型局部放电超声波相位统计谱图以及AE飞行时间谱图分析：不同的放电类型有着不同的相位分布特征以及不同的飞行时间特征，这些特征可以作为放电类型的“指纹”，为研究局部放电的模式识别提供了依据，有利于局部放电的故障诊断的研究。超声波局部放电检测方法是目前针对变压器设备的局部放电带电检测最主要的方法之一，建设和完善AE圖谱库必须采取有效的信号处理方法，对基本特征参数进行统计处理。

参 考 文 献

[1]IEC Standard Publication 270[S].Partial discharge measurements.Second Edition，198l

[2]孙文娟.SF6高压断路器局部放电监测与定位[D].长安大学，2009

[3]李志力.变压器局部放电超声波检测中内外置传感器检测方式的研究[D】.华北电力大学（北京），2005

[4]朱德恒，谈克雄.电绝缘诊断技术[D].北京：中国电力出版社，1999

[5]王昌长，李福祺.电力设备的在线检测与故障诊断[D].清华大学电机工程与应用电子技术系教材，1996

[6]严璋.电气绝缘在线检测技术[D].北京：水利电力出版社，1995

[7]高宁.变压器局部放电在线监测抗干扰技术的研究【博士后研究报告】.清华大学.2000 、

[8]Cleary G P，Judd M D.UHF and current pulse measurements of partial discharge activity in mineral oil[J].IEE Proc—Sci Meas Technol，2006，153（2）：46.48