特高压换流变压器现场局部放电检测抗干扰技术
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对于相位固定、幅值较高的干扰，使用局部放电
第7期
彭 倩，聂德鑫，刘 凡等：特高压换流变压器现场局部放电检测抗干扰技术
53
100
放电量：1 297.7pC
90 80
60 0
40
20
0 60.79%
270 (a) 椭圆相位图谱
2 136 1 801 1 087 634
0
40 30 20 10
0
放电量-相位
1 引言
特高压换流变压器是直流输电系统中重要的设 备，其运行状态直接影响系统的安全稳定，换流变压 器的安全可靠性主要取决于其绝缘性能。 通过现场 的 长 时 交 流 感 应 耐 压(ACLD)试 验 能 及 时 发 现 换 流 变压器运输和安装导致的绝缘缺陷， 如变压器内部 所出现的气泡、杂质、悬浮电位或导体接触不良等引 起的局部放电缺陷， 对变压器的安全投运具有重要 意义。
第 50 卷 第 7 期 2013 年 7 月
TRANSFORMER
Vol.50 No.7 July 2013
特高压换流变压器现场局部放 电检测抗干扰技术
彭 倩 1，聂德鑫 2，刘 凡 1，邓建钢 2，姚 晓 1，贺细雄 2
（1.四川电力科学研究院，四川 成都 610072；2.国网电力科学研究院，湖北 武汉 430074）
90
180
270
放电次数-相位 (b)二 维 图 谱
放电量 Q-相位 Φ-时间 T
180 360
2 134.8 1 601
1 057.3 633.7 0
0 10 20 30 90 180 270 360 40
(c) Q-Φ-T
放电次数 N-相位 Φ--放电量 Q
与电压相位有一定时间规律的干扰 （如旋转、 游动干扰脉冲等）， 在 Q-Φ-t 图上显示出明显的规 律，如各种有规律的图形形状。
90 80
60
40
0
180
20
0
270
8.18%
(a) 椭圆相位图谱
2 135 1 801
1 067 634 0
40 30 20 10 0
局放电量-相位
脉冲型干扰信号在时域上是离散的， 针对这一 特性，可以采用时域开窗法加以抑制。时域开窗也分 硬件和软件两类。 硬件方法主要有差动平衡法和脉 冲极性鉴别法。 二者是利用在两个测量点间外来脉 冲同极性、 而内部局部放电脉冲则表现出反极性这 一特征，来抑制外部干扰脉冲。 但在实际应用中，由 于进入的两种脉冲干扰的来源和途径不同， 导致两 路脉冲干扰在相位、幅值和波形上都有很大的差别， 也会导致测得的两路脉冲不符合对干扰极性相同、 对局放极性相反的规律，无法有效地抑制干扰。软件 的时域开窗包括直接的时间轴处理和相域处理。 直 接的时间轴处理包括软件的差动和极性鉴别， 以及 借助超声波信号识别脉冲干扰等； 它可以抑制随机 脉冲型干扰和周期脉冲干扰。
摘要：本文中笔者以云广±800kV 直流输电工程楚雄换流站特高压换流变现场局部放电试验为例，详细研究了特高
压换流变局部放电试验过程中的干扰源，如空间电磁波、电晕、脉冲型干扰和检测阻抗带来的干扰及所采取
的抗干扰措施。
关键词：换流变压器；局部放电；抗干扰技术
中图分类号：TM406
文献标识码：B
文章编号：1001－8425（2013）07－0050－05
On-Site Partial Discharge Test Anti-Interference Technology of UHV Converter Transformer
PENG Qian1,NIE De-xin2,LIU Fan1,DENG Jian-gang2,YAO Xiao1, HE Xi-xiong2
在进行特高压换流变压器现场 ACLD 试验时， 由于试验电压高、现场环境复杂，因此对试验现场干 扰的控制是决定试验能否成功的关键因素之一。 特 高压换流变压器现场 ACLD 试验局部放电测试需要 准确识别干扰信号的种类， 分析干扰信号的传播途 径，并制定抑制干扰的措施。
本文中笔者针对云广±800kV 换流变压器现场 ACLD 试验局部放电检测干扰信号 进 行 了 分 析 ，在
电晕放电产生于试验回路处于高电位的导电 部分，例如试品的法兰、金属盖帽、试验变压器和耦
合电容器的端部以及高压引线的尖端部分。 试验回 路中由于各连接处接触不良也会产生接触放电干 扰。这两种干扰的特点是随试验电压的升高而增大， 在局部放电检测中电晕放电干扰如图 4 所示。
干扰
Xn Z-1
Z-1
Z-1
局放信号
W1
W2
WM
自适应算法 en
延时
图 3 自适应滤波器系统结构图
对高压端部电晕放电的抑制， 主要是选用合适
的屏蔽环、罩、球；检查所有连接部位、保证接触良好
以消除接触放电。屏蔽罩一般上部为半球形，下部为
单环形。屏蔽双环由两个圆形单环组成，屏蔽罩和屏
蔽双环的表面最大场强不大于 1.5MV/m。 图 5 为屏
局放电量 Q-相位 Φ-时间 T
180 360
1 357.3 1 018 678.7 339.3 0
10 20 30
90
180 270
40 360
(c)Q-Φ-T
放电次数 N-相位 Φ-放电量 Q
40
30
20 10
0
339.3
0
来自百度文库
678.7 1 018
90 180 270
1 537.3 360
(d) N-Φ-Q
图 1 换流变压器单边加压 ACLD 试验接线图
图 2 现场换流变 ACLD 试验接线图
图 3 将数据采集系统采集到的包含局部放电 信号和周期性干扰信号的输入序列 xn 送 入 一 多 通 带 FIR 滤波器，输出 yn 为周期性干扰信号，使用减 法器将 yn 与 x(t-Δ)(即 xn 延时 Δ 的值)相减后送入自 适 应 算 法 模 块 ， 通 过 它 调 整 线 性 FIR 滤 波 器 的 系 数，使其尽量对应当时的干扰频率，最终输出 en 即 为局部放电信号。 3.2 电晕干扰
图 6 为换流变现场 ACLD 试验时， 局部放电检 测仪在 200Hz 扫描频率下，从换流变压器网侧检测 到大脉冲信号， 该信号为换流站阀厅整流产生的脉 冲干扰信号。 换流站阀厅整流产生的脉冲干扰信号 为固定相位的干扰，图 6(c)中的 Q-Φ-t 图就可以清 楚的看到其相位特性。 由于该干扰脉冲在每个周期 都出现，且相位固定、大小基本一致，累积次数较高， 因此在 N-Φ-Q 图中就表现为 N 很高的干扰脉冲。
随机干扰脉冲由于出现的相位、次数、量值具 有不确定性， 在 Q-Φ-t 图中表现为出现相位杂乱， 与局部放电脉冲相混， 但是这种脉冲在 N-Φ-Q 图 中则表现为次数 N 极低， 量值大小及相位相当零 落。 图 8a 具有明显的相位特征，图 8b 相位杂乱，无 明显相位特征。
100
放 电 量 ：174.6pC
三变 相频 电源 源
380V
T
Z2
JPT-4000
C1 L1 C2 CT2
CT1
2，1
V 2.2
Z3
1.1
Z1
1.2
T－试验变压器，L1－补偿电抗器，CT1、CT2－电流互感器 （钳形电 流表），C1、C2-电压分压 器 ， Z1、Z2、Z3－局 部 放 电 检 测 阻 抗 ，1.11.2 为网侧绕组首末端；2.1-2.2 为阀侧绕组首末端。
蔽罩和屏蔽双环的结构图。
屏蔽罩场强的计算可采用球对平板电极的场强
计算公式：
Emax =
9U(r1+d1) 10r1d1
(1)
式中，Emax — ——最大场强，MV/m
U— ——局部放电试验电压，MV
r1— ——球的半径，m d1— ——球距地面的距离，m
屏蔽双环的场强计算， 可采用圆环对平板电极
的场强计算公式：
3 特高压换流变压器现场局部放电检测干扰 源及抗干扰措施
3.1 空间电磁波干扰 电力系统载波通信、 高频保护信号和无线电广
第7期
彭 倩，聂德鑫，刘 凡等：特高压换流变压器现场局部放电检测抗干扰技术
51
播等空间电磁波引起干扰的波形通常是高频正弦 波，有固定的谐振频率和频带宽度，本试验通过局 部放电检测仪设置软硬件滤波系统抑制空间电磁 波干扰。 软件上内置带时延的 FIR 多通带滤波器和 减法器的自适应滤波器系统 (图 3 为自适应滤波器 系统结构图)， 硬件上设置高通滤波 10kHz、20kHz、 40kHz 和低通滤波 100kHz、200kHz、300kHz 等 滤 波 挡位。 现场测量时根据局放实测灵敏度与背景噪 声，选择合适的低频和高频滤波挡位，使得测量频 带避开干扰信号， 但不宜选取过窄的测量频带，以 免忽略试品有效放电信号，局部放电检测仪测量带 宽一般不小于 100kHz。
计算公式：
Emax=
9U 10×r3×ln
r3+d3 r3
(3)
式中，r3— ——防晕导线半径，m
52
100
90
80
60 0
40
20
0 100%
1357 1018 679 339 0 160 120 80 40 0
270 (a)椭 圆 相 位 图 谱
局放电量-相位
90
180
270
放电次数-相位
(b)二 维 图 谱
图 4 高压电晕干扰图谱
r2
R
第 50 卷
r1
图 5 屏蔽罩和屏蔽双环结构图
d3— ——防晕导线距地面的距离，m 3.3 脉冲型干扰
脉冲型干扰在时域上是持续时间很短的脉冲 信号，而在频域上是包含多种频率成分的宽带信号， 具有与局部放电信号相似的时域和频域特征。 在进 行局部放电试验时， 高频脉冲型干扰的时域波形及 频率特征与局部放电脉冲极为相似， 在椭圆图上难 以区分， 使用三维图谱观察就能较方便的识别和判 断。对高频脉冲型干扰可以归纳为三类：第一种为固 定相位干扰脉冲， 第二种为与电压相位有时间相关 规律的干扰脉冲（如旋转、游动干扰脉冲等），第三种 为随机出现的干扰脉冲。
此基础上提出了特高压换流变压器现场 ACLD 试验 局部放电检测的抗干扰措施。
2 特高压换流变压器现场 ACLD 试验
云广±800kV 直流输电工程楚雄站 HY、HD 换流 变现场 ACLD 试验是现场交接试验中的一项重要试 验， 而 HY 换流变从阀侧加压的现场 ACLD 试验避 免了现场安装和拆除试验套管的施工风险、 节约了 工程费用和时间。 本试验采用 JFD-4000 局部放电 检测系统进行多端测量， 研制软硬件抗干扰技术确 保试验成功进行。 图 1 为 HY 换流变压器阀侧单边 加压 ACLD 试验接线图， 图 2 为换流变 ACLD 现场 试验接线图。
（1.Sichuan Electric Power Research Institute , Chengdu 610072, China:2.State Grid Electric Power Research Institute,Wuhan 430074,China）
Abstract：The UHV converter transformer on-site partial discharge test of Yun-Guang ±800kV DC transmission project of Chuxiong Converter Station is mentioned as an example.The interference sources in the UHV converter transformer partial discharge test are researched.The interference and anti-interference measures which are caused by the elements such as the space electromagnetic wave, corona, pulse interference and the detection impedance are presented in this paper. Key words： Converter transformer； Partial discharge； Anti-interference technology
U(1+ r2 ×ln 8R )
Emax=
2R
r2
r2×ln
8R r2
(2)
式中，r2— ——单环小圆半径，m
R— — — 双 环 中 心 线 与 单 环 小 圆 中 心 线 的 距 离 ，
m
采用的高压导线和连接线按防晕设计， 即导线
和连接的直径足够大， 使其表面的最大场强不大于
1.5MV/m。 场强计算可采用圆柱对平板电极的场强
第7期
彭 倩，聂德鑫，刘 凡等：特高压换流变压器现场局部放电检测抗干扰技术
53
100
放电量：1 297.7pC
90 80
60 0
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0 60.79%
270 (a) 椭圆相位图谱
2 136 1 801 1 087 634
0
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0
放电量-相位
1 引言
特高压换流变压器是直流输电系统中重要的设 备，其运行状态直接影响系统的安全稳定，换流变压 器的安全可靠性主要取决于其绝缘性能。 通过现场 的 长 时 交 流 感 应 耐 压(ACLD)试 验 能 及 时 发 现 换 流 变压器运输和安装导致的绝缘缺陷， 如变压器内部 所出现的气泡、杂质、悬浮电位或导体接触不良等引 起的局部放电缺陷， 对变压器的安全投运具有重要 意义。
第 50 卷 第 7 期 2013 年 7 月
TRANSFORMER
Vol.50 No.7 July 2013
特高压换流变压器现场局部放 电检测抗干扰技术
彭 倩 1，聂德鑫 2，刘 凡 1，邓建钢 2，姚 晓 1，贺细雄 2
（1.四川电力科学研究院，四川 成都 610072；2.国网电力科学研究院，湖北 武汉 430074）
90
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放电次数-相位 (b)二 维 图 谱
放电量 Q-相位 Φ-时间 T
180 360
2 134.8 1 601
1 057.3 633.7 0
0 10 20 30 90 180 270 360 40
(c) Q-Φ-T
放电次数 N-相位 Φ--放电量 Q
与电压相位有一定时间规律的干扰 （如旋转、 游动干扰脉冲等）， 在 Q-Φ-t 图上显示出明显的规 律，如各种有规律的图形形状。
90 80
60
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0
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0
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8.18%
(a) 椭圆相位图谱
2 135 1 801
1 067 634 0
40 30 20 10 0
局放电量-相位
脉冲型干扰信号在时域上是离散的， 针对这一 特性，可以采用时域开窗法加以抑制。时域开窗也分 硬件和软件两类。 硬件方法主要有差动平衡法和脉 冲极性鉴别法。 二者是利用在两个测量点间外来脉 冲同极性、 而内部局部放电脉冲则表现出反极性这 一特征，来抑制外部干扰脉冲。 但在实际应用中，由 于进入的两种脉冲干扰的来源和途径不同， 导致两 路脉冲干扰在相位、幅值和波形上都有很大的差别， 也会导致测得的两路脉冲不符合对干扰极性相同、 对局放极性相反的规律，无法有效地抑制干扰。软件 的时域开窗包括直接的时间轴处理和相域处理。 直 接的时间轴处理包括软件的差动和极性鉴别， 以及 借助超声波信号识别脉冲干扰等； 它可以抑制随机 脉冲型干扰和周期脉冲干扰。
摘要：本文中笔者以云广±800kV 直流输电工程楚雄换流站特高压换流变现场局部放电试验为例，详细研究了特高
压换流变局部放电试验过程中的干扰源，如空间电磁波、电晕、脉冲型干扰和检测阻抗带来的干扰及所采取
的抗干扰措施。
关键词：换流变压器；局部放电；抗干扰技术
中图分类号：TM406
文献标识码：B
文章编号：1001－8425（2013）07－0050－05
On-Site Partial Discharge Test Anti-Interference Technology of UHV Converter Transformer
PENG Qian1,NIE De-xin2,LIU Fan1,DENG Jian-gang2,YAO Xiao1, HE Xi-xiong2
在进行特高压换流变压器现场 ACLD 试验时， 由于试验电压高、现场环境复杂，因此对试验现场干 扰的控制是决定试验能否成功的关键因素之一。 特 高压换流变压器现场 ACLD 试验局部放电测试需要 准确识别干扰信号的种类， 分析干扰信号的传播途 径，并制定抑制干扰的措施。
本文中笔者针对云广±800kV 换流变压器现场 ACLD 试验局部放电检测干扰信号 进 行 了 分 析 ，在
电晕放电产生于试验回路处于高电位的导电 部分，例如试品的法兰、金属盖帽、试验变压器和耦
合电容器的端部以及高压引线的尖端部分。 试验回 路中由于各连接处接触不良也会产生接触放电干 扰。这两种干扰的特点是随试验电压的升高而增大， 在局部放电检测中电晕放电干扰如图 4 所示。
干扰
Xn Z-1
Z-1
Z-1
局放信号
W1
W2
WM
自适应算法 en
延时
图 3 自适应滤波器系统结构图
对高压端部电晕放电的抑制， 主要是选用合适
的屏蔽环、罩、球；检查所有连接部位、保证接触良好
以消除接触放电。屏蔽罩一般上部为半球形，下部为
单环形。屏蔽双环由两个圆形单环组成，屏蔽罩和屏
蔽双环的表面最大场强不大于 1.5MV/m。 图 5 为屏
局放电量 Q-相位 Φ-时间 T
180 360
1 357.3 1 018 678.7 339.3 0
10 20 30
90
180 270
40 360
(c)Q-Φ-T
放电次数 N-相位 Φ-放电量 Q
40
30
20 10
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339.3
0
来自百度文库
678.7 1 018
90 180 270
1 537.3 360
(d) N-Φ-Q
图 1 换流变压器单边加压 ACLD 试验接线图
图 2 现场换流变 ACLD 试验接线图
图 3 将数据采集系统采集到的包含局部放电 信号和周期性干扰信号的输入序列 xn 送 入 一 多 通 带 FIR 滤波器，输出 yn 为周期性干扰信号，使用减 法器将 yn 与 x(t-Δ)(即 xn 延时 Δ 的值)相减后送入自 适 应 算 法 模 块 ， 通 过 它 调 整 线 性 FIR 滤 波 器 的 系 数，使其尽量对应当时的干扰频率，最终输出 en 即 为局部放电信号。 3.2 电晕干扰
图 6 为换流变现场 ACLD 试验时， 局部放电检 测仪在 200Hz 扫描频率下，从换流变压器网侧检测 到大脉冲信号， 该信号为换流站阀厅整流产生的脉 冲干扰信号。 换流站阀厅整流产生的脉冲干扰信号 为固定相位的干扰，图 6(c)中的 Q-Φ-t 图就可以清 楚的看到其相位特性。 由于该干扰脉冲在每个周期 都出现，且相位固定、大小基本一致，累积次数较高， 因此在 N-Φ-Q 图中就表现为 N 很高的干扰脉冲。
随机干扰脉冲由于出现的相位、次数、量值具 有不确定性， 在 Q-Φ-t 图中表现为出现相位杂乱， 与局部放电脉冲相混， 但是这种脉冲在 N-Φ-Q 图 中则表现为次数 N 极低， 量值大小及相位相当零 落。 图 8a 具有明显的相位特征，图 8b 相位杂乱，无 明显相位特征。
100
放 电 量 ：174.6pC
三变 相频 电源 源
380V
T
Z2
JPT-4000
C1 L1 C2 CT2
CT1
2，1
V 2.2
Z3
1.1
Z1
1.2
T－试验变压器，L1－补偿电抗器，CT1、CT2－电流互感器 （钳形电 流表），C1、C2-电压分压 器 ， Z1、Z2、Z3－局 部 放 电 检 测 阻 抗 ，1.11.2 为网侧绕组首末端；2.1-2.2 为阀侧绕组首末端。
蔽罩和屏蔽双环的结构图。
屏蔽罩场强的计算可采用球对平板电极的场强
计算公式：
Emax =
9U(r1+d1) 10r1d1
(1)
式中，Emax — ——最大场强，MV/m
U— ——局部放电试验电压，MV
r1— ——球的半径，m d1— ——球距地面的距离，m
屏蔽双环的场强计算， 可采用圆环对平板电极
的场强计算公式：
3 特高压换流变压器现场局部放电检测干扰 源及抗干扰措施
3.1 空间电磁波干扰 电力系统载波通信、 高频保护信号和无线电广
第7期
彭 倩，聂德鑫，刘 凡等：特高压换流变压器现场局部放电检测抗干扰技术
51
播等空间电磁波引起干扰的波形通常是高频正弦 波，有固定的谐振频率和频带宽度，本试验通过局 部放电检测仪设置软硬件滤波系统抑制空间电磁 波干扰。 软件上内置带时延的 FIR 多通带滤波器和 减法器的自适应滤波器系统 (图 3 为自适应滤波器 系统结构图)， 硬件上设置高通滤波 10kHz、20kHz、 40kHz 和低通滤波 100kHz、200kHz、300kHz 等 滤 波 挡位。 现场测量时根据局放实测灵敏度与背景噪 声，选择合适的低频和高频滤波挡位，使得测量频 带避开干扰信号， 但不宜选取过窄的测量频带，以 免忽略试品有效放电信号，局部放电检测仪测量带 宽一般不小于 100kHz。
计算公式：
Emax=
9U 10×r3×ln
r3+d3 r3
(3)
式中，r3— ——防晕导线半径，m
52
100
90
80
60 0
40
20
0 100%
1357 1018 679 339 0 160 120 80 40 0
270 (a)椭 圆 相 位 图 谱
局放电量-相位
90
180
270
放电次数-相位
(b)二 维 图 谱
图 4 高压电晕干扰图谱
r2
R
第 50 卷
r1
图 5 屏蔽罩和屏蔽双环结构图
d3— ——防晕导线距地面的距离，m 3.3 脉冲型干扰
脉冲型干扰在时域上是持续时间很短的脉冲 信号，而在频域上是包含多种频率成分的宽带信号， 具有与局部放电信号相似的时域和频域特征。 在进 行局部放电试验时， 高频脉冲型干扰的时域波形及 频率特征与局部放电脉冲极为相似， 在椭圆图上难 以区分， 使用三维图谱观察就能较方便的识别和判 断。对高频脉冲型干扰可以归纳为三类：第一种为固 定相位干扰脉冲， 第二种为与电压相位有时间相关 规律的干扰脉冲（如旋转、游动干扰脉冲等），第三种 为随机出现的干扰脉冲。
此基础上提出了特高压换流变压器现场 ACLD 试验 局部放电检测的抗干扰措施。
2 特高压换流变压器现场 ACLD 试验
云广±800kV 直流输电工程楚雄站 HY、HD 换流 变现场 ACLD 试验是现场交接试验中的一项重要试 验， 而 HY 换流变从阀侧加压的现场 ACLD 试验避 免了现场安装和拆除试验套管的施工风险、 节约了 工程费用和时间。 本试验采用 JFD-4000 局部放电 检测系统进行多端测量， 研制软硬件抗干扰技术确 保试验成功进行。 图 1 为 HY 换流变压器阀侧单边 加压 ACLD 试验接线图， 图 2 为换流变 ACLD 现场 试验接线图。
（1.Sichuan Electric Power Research Institute , Chengdu 610072, China:2.State Grid Electric Power Research Institute,Wuhan 430074,China）
Abstract：The UHV converter transformer on-site partial discharge test of Yun-Guang ±800kV DC transmission project of Chuxiong Converter Station is mentioned as an example.The interference sources in the UHV converter transformer partial discharge test are researched.The interference and anti-interference measures which are caused by the elements such as the space electromagnetic wave, corona, pulse interference and the detection impedance are presented in this paper. Key words： Converter transformer； Partial discharge； Anti-interference technology
U(1+ r2 ×ln 8R )
Emax=
2R
r2
r2×ln
8R r2
(2)
式中，r2— ——单环小圆半径，m
R— — — 双 环 中 心 线 与 单 环 小 圆 中 心 线 的 距 离 ，
m
采用的高压导线和连接线按防晕设计， 即导线
和连接的直径足够大， 使其表面的最大场强不大于
1.5MV/m。 场强计算可采用圆柱对平板电极的场强