換流變壓器直流局放超寬頻帶檢測(cè)數(shù)據(jù)處理需求分析

司文榮，傅晨釗，劉家妤，倪鶴立，徐琴

(華東電力試驗(yàn)研究院有限公司，上海 200437)

上海電網(wǎng)是全國(guó)最大的受端型電網(wǎng)，具有單位面積用電負(fù)荷大、受電比例高、直流輸電工程落點(diǎn)集中等特點(diǎn)。其中，外來(lái)直流送電在夏季高峰時(shí)約高達(dá)負(fù)荷的50%，換流變壓器作為直流輸電系統(tǒng)中的核心設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響系統(tǒng)的可靠性。換流變壓器設(shè)備油紙的絕緣缺陷引發(fā)放電、擊穿的故障最多，用于出廠、現(xiàn)場(chǎng)交接和診斷性的交流和直流耐壓局部放電(Partial Discharge，簡(jiǎn)稱PD)試驗(yàn)，成為管控?fù)Q流變壓器絕緣狀態(tài)的首要手段。然而，基于GB/T 7354—2018《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 局部放電測(cè)量》(以下簡(jiǎn)稱“GB/T 7354—2018”)標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電流法的直流耐壓PD試驗(yàn)常無(wú)法處理隨機(jī)干擾脈沖源，這使得換流變壓器在現(xiàn)場(chǎng)僅通過(guò)交流耐壓PD試驗(yàn)后便投入運(yùn)行[1]。

傳感器耦合PD源和干擾源產(chǎn)生的脈沖電流波形均具有各自時(shí)域特征，并且短期時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定并具有“自相似性”[2]，將試驗(yàn)檢測(cè)回路上產(chǎn)生的脈沖電流波形進(jìn)行十?dāng)?shù)兆赫茲的超寬頻帶和高采樣率的“全信息”采集，脈沖電流波形-時(shí)間序列基于智能算法可以實(shí)現(xiàn)PD源和隨機(jī)噪聲源的快速分離和顯示[3-4]。試驗(yàn)人員只需關(guān)注與耐壓幅值相關(guān)的PD源信號(hào)，可為換流變壓器是否通過(guò)PD試驗(yàn)提供可信依據(jù)。此外，試驗(yàn)過(guò)程對(duì)應(yīng)的脈沖電流波形-時(shí)間序列還可以為換流變壓器后期絕緣狀態(tài)分析和試驗(yàn)提供包含豐富信息的歷史比對(duì)數(shù)據(jù)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前還沒有關(guān)于“直流耐壓試驗(yàn)超寬頻帶PD智能檢測(cè)技術(shù)”用于換流變壓器的研究報(bào)道[5-6]。

本文主要研究國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的換流變壓器直流耐壓PD試驗(yàn)程序，以及與基于超寬頻帶檢測(cè)的脈沖群快速智能聚類和分離技術(shù)的融合方案，包含剔除噪聲源后與加壓幅值相關(guān)的PD源放電幅值、頻次等數(shù)據(jù)處理和顯示技術(shù)，在滿足工程應(yīng)用的同時(shí)方便試驗(yàn)操作人員對(duì)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的把控和判斷，并考慮后期耐壓數(shù)據(jù)追溯和對(duì)比分析的需求[7-10]。

1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)電壓、時(shí)間及要求

目前，換流變壓器直流耐壓PD試驗(yàn)主要相關(guān)的在執(zhí)行中的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。在表1中，GB/T 7354—2018定義了PD試驗(yàn)的術(shù)語(yǔ)和有關(guān)的被測(cè)參量，規(guī)定了使用的試驗(yàn)回路、測(cè)量回路、通用的模擬及數(shù)字測(cè)量方法，并給出了校準(zhǔn)方法及對(duì)校準(zhǔn)儀器的要求、試驗(yàn)程序、區(qū)分PD和外界干擾的準(zhǔn)則。因此，該標(biāo)準(zhǔn)適用于電氣設(shè)備、組件或系統(tǒng)在頻率400 Hz及以下的交流電壓試驗(yàn)或直流電壓試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的PD測(cè)量。GB/T 7354—2018規(guī)定的脈沖電流法PD檢測(cè)可分為寬帶和窄帶測(cè)量這2種，也是表1其他標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行參照的方法，即所謂的常規(guī)脈沖電流法。寬帶檢測(cè)法的下限檢測(cè)頻率f1為30～100 kHz，上限檢測(cè)頻率f2≤1 MHz，檢測(cè)頻帶寬度Δf為100～900 kHz，其具有脈沖分辨率高、信息相對(duì)豐富的優(yōu)點(diǎn)，但信噪比低；窄帶檢測(cè)法的頻帶寬度Δf較小，一般為9～30 kHz，中心頻率fm為50 kHz～1 MHz，其具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)具有脈沖分辨率低、信息不夠豐富的缺點(diǎn)。

表1 換流變壓器PD測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯總

GB/T 7354—2018中給出了超寬頻帶PD測(cè)量?jī)x的定義：可以用非常寬頻帶示波器或選頻儀器(例如頻譜分析儀)配上合適的耦合裝置來(lái)測(cè)量PD。目前基于脈沖電流、檢測(cè)頻帶數(shù)十兆赫茲及以上的高頻法/寬帶法/超寬頻帶法檢測(cè)PD統(tǒng)稱為“超寬頻帶脈沖電流法”，用以區(qū)別現(xiàn)行廣泛使用的傳統(tǒng)脈沖電流法。

換流變壓器與電力變壓器不同，應(yīng)按GB/T 7354—2018中通用PD試驗(yàn)檢測(cè)中描述的進(jìn)行交流電壓和直流電壓下的PD試驗(yàn)，直流電壓下的PD試驗(yàn)只在閥側(cè)進(jìn)行。其中，PD現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)交流和直流下的施壓方法具體如下。

根據(jù)DL/T 1243—2013得到換流變壓器交、直流耐壓PD試驗(yàn)接線圖如圖1所示。在圖1中，G為發(fā)電機(jī)組；L為補(bǔ)償電抗器；T為中間變壓器；V為電壓測(cè)量裝置；a，b為閥側(cè)繞組線端；C1，C2為閥側(cè)高壓套管電容；A，N為網(wǎng)側(cè)繞組線端；S為調(diào)壓繞組高壓端；C3，C4為網(wǎng)側(cè)高壓套管電容；Z為檢測(cè)阻抗；PDE為局部放電測(cè)試儀；ZF為直流發(fā)生器；R1，R2為保護(hù)電阻。

圖1 換流變壓器交、直流耐壓PD試驗(yàn)接線圖

交流電壓下的PD試驗(yàn)可以分為：①閥側(cè)施壓，見圖1(a)和圖1(b)，根據(jù)換流變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用一套高電壓無(wú)電暈的中間升壓變壓器，從閥側(cè)Δ繞組或Y繞組施加電壓，使網(wǎng)側(cè)及閥側(cè)繞組匝間和高壓繞組線端對(duì)地達(dá)到試驗(yàn)電壓要求；②網(wǎng)側(cè)施壓，見圖1(c)，在網(wǎng)側(cè)的調(diào)壓繞組上施加交流電壓，使網(wǎng)側(cè)及閥側(cè)繞組感應(yīng)出高壓；③直流電壓下的PD試驗(yàn)，見圖1(d)，閥側(cè)繞組線端短接后在高壓側(cè)直接施加直流電壓，非被試驗(yàn)繞組短接并與換流變壓器外殼一起可靠接地。在圖2(a)中，閥側(cè)繞組線端b測(cè)基于套管的PD測(cè)量省略。

下面對(duì)涉及的換流變壓器直流電壓下PD試驗(yàn)電壓、記錄及要求進(jìn)行詳細(xì)討論。

2 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 7354—2018在附錄I中給出了直流電壓試驗(yàn)期間PD試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估。具體內(nèi)容如下：PD試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估應(yīng)在恒定試驗(yàn)電壓水平下，對(duì)記錄到的每個(gè)PD脈沖的視在電荷q與時(shí)間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行，如圖2所示。確定連續(xù)PD脈沖之間的時(shí)間間隔是非常重要的，推薦的分辨時(shí)間為2 ms。如果能顯示時(shí)間期間的PD脈沖數(shù)m與超過(guò)閾值水平的視在電荷幅值的關(guān)系，還可以獲得關(guān)于PD特性的附加信息，如圖3所示。圖3是根據(jù)圖2所示的PD脈沖序列推導(dǎo)計(jì)算出來(lái)的。而且，展示在視在電荷幅值規(guī)定限值內(nèi)出現(xiàn)的脈沖數(shù)m有助于評(píng)估直流電壓試驗(yàn)時(shí)的PD活動(dòng)規(guī)律。

圖2 視在脈沖隨測(cè)量時(shí)間的顯示模式

圖3 PD脈沖數(shù)m與視在電荷范圍的柱狀圖

GB/T 18494.2—2007 要求使用正極性電壓，試驗(yàn)電壓應(yīng)在1 min內(nèi)升至規(guī)定的水平并保持120 min，此后電壓應(yīng)在1 min內(nèi)降低至零。在整個(gè)外施直流電壓耐受試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)行PD測(cè)量。PD測(cè)量應(yīng)按GB/T 1094.3—2003《電力變壓器 第3部分：絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙》附錄A的適用部分進(jìn)行，測(cè)量?jī)x器符合GB/T 7354—2003的規(guī)定。驗(yàn)收準(zhǔn)則如下：如果在試驗(yàn)最后30 min內(nèi)，記錄到不小于2 000 pC的脈沖數(shù)不超過(guò)30個(gè)，并且在試驗(yàn)的最后10 min內(nèi)，記錄到不小于2 000 pC的脈沖數(shù)不超過(guò)10個(gè)，則應(yīng)認(rèn)為此試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)驗(yàn)收，不需要繼續(xù)進(jìn)行PD試驗(yàn)。如果此條件未滿足，則可以將試驗(yàn)延長(zhǎng)30 min。延長(zhǎng)30 min的施壓只允許進(jìn)行一次，當(dāng)在此30 min內(nèi)的不小于2 000 pC的脈沖數(shù)不超過(guò)30個(gè)，并且在最后10 min內(nèi)不小于2 000 pC的脈沖數(shù)不超過(guò)10個(gè)時(shí)，則應(yīng)認(rèn)為該項(xiàng)試驗(yàn)合格。

3 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

DL/T 1243—2013對(duì)±800 kV及以下?lián)Q流變壓器現(xiàn)場(chǎng)的交流耐壓、直流耐壓PD試驗(yàn)進(jìn)行規(guī)定，其中直流電壓下的PD試驗(yàn)規(guī)定如下。

(1)直流PD試驗(yàn)僅在閥側(cè)繞組進(jìn)行。在試驗(yàn)時(shí)，不能預(yù)加電壓。試驗(yàn)電壓按出廠試驗(yàn)電壓的85%(或按合同規(guī)定值)施加，持續(xù)時(shí)間為90 min。

(2)應(yīng)使用專業(yè)的直流PD測(cè)試儀。在測(cè)量時(shí)，不僅要求測(cè)量PD，還需要記錄固定時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)。試驗(yàn)期間，直流電壓不應(yīng)有較大波動(dòng)。

(3)試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行直流PD測(cè)量，在最后30 min內(nèi)，超過(guò)2 000 pC的放電脈沖次數(shù)應(yīng)不超過(guò)30個(gè)，在最后10 min內(nèi)，超過(guò)2 000 pC的放電脈沖數(shù)應(yīng)不超過(guò)10個(gè)。

DL/T 1999— 2019對(duì)±800 kV及以下單相換流變壓器的現(xiàn)場(chǎng)直流耐壓PD試驗(yàn)進(jìn)行規(guī)定，相關(guān)內(nèi)容如下。

(1)直流PD測(cè)試儀定義，用于直流電壓下檢測(cè)、記錄和統(tǒng)計(jì)PD的數(shù)字式PD測(cè)試儀器；其應(yīng)滿足GB/T 7354的要求，并且應(yīng)至少有2個(gè)獨(dú)立通道，具有脈沖PD和脈沖數(shù)量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能，具有PD信號(hào)聯(lián)系存儲(chǔ)和播放功能，并且連續(xù)存儲(chǔ)時(shí)間不小于150 min。

(2)試驗(yàn)電源應(yīng)使用正極性電壓。試驗(yàn)時(shí)，不能預(yù)加電壓。試驗(yàn)電壓按出廠試驗(yàn)電壓的85%(或按合同規(guī)定值)施加。

(3)試驗(yàn)程序如圖4所示。在圖4中，Ud為試驗(yàn)電壓；t1為升壓時(shí)間；t2為持續(xù)試驗(yàn)時(shí)間；t3為降壓時(shí)間。

圖4 變壓器直流PD試驗(yàn)程序(DL/T 1999—2019)

1) 接通試驗(yàn)電源后，應(yīng)平穩(wěn)勻速而且連續(xù)加壓至試驗(yàn)電壓值，不允許對(duì)換流變壓器絕緣結(jié)構(gòu)預(yù)先施加較低的電壓。升壓時(shí)間t1應(yīng)不大于1 min。升壓過(guò)程中應(yīng)監(jiān)測(cè)直流發(fā)生器輸出電流變化情況，若出現(xiàn)電流值突然增大或減小等異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，查明原因。

2) 電壓升至規(guī)定的水平后保持不變，同時(shí)進(jìn)行PD檢測(cè)。持續(xù)時(shí)間t2為90 min。試驗(yàn)過(guò)程中，電壓波動(dòng)應(yīng)不超過(guò)±3%(算術(shù)平均值)。若試驗(yàn)回路設(shè)備和被試驗(yàn)換流變壓器發(fā)生外部閃絡(luò)、放電、異響、電流突然變化等異常情況，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，查明原因。

3) 在試驗(yàn)完成后，應(yīng)快速降低電壓。降壓時(shí)間t3應(yīng)不大于1 min。待電壓測(cè)量裝置示值接近“零”時(shí)，方可進(jìn)行放電和接地。若根據(jù)合同規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)需按出廠試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行此試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓及時(shí)間應(yīng)符合GB/T 18494.2—2007要求。

4) 直流PD的測(cè)量及試驗(yàn)結(jié)果判斷：對(duì)被試驗(yàn)閥側(cè)繞組套管端部注入2 000 pC方波進(jìn)行校準(zhǔn)，并在1 000 pC驗(yàn)證其線性度；接通試驗(yàn)電源時(shí)，應(yīng)記錄通道的背景噪聲水平。在50%試驗(yàn)電壓下，檢測(cè)的脈沖水平應(yīng)不大于1 000 pC，否則應(yīng)采取抑制干擾脈沖的措施。在持續(xù)試驗(yàn)時(shí)間t2期間，應(yīng)記錄每個(gè)10 min內(nèi)的脈沖格式，對(duì)應(yīng)幅值和極性；在試驗(yàn)的最后30 min內(nèi)，記錄到不小于2 000 pC的有效放電脈沖數(shù)應(yīng)不超過(guò)30個(gè)，并且在最后10 min內(nèi)，不小于2 000 pC的有效放電脈沖數(shù)應(yīng)不超過(guò)10個(gè)。如果此條件未滿足，則可以將試驗(yàn)延長(zhǎng)30 min。延長(zhǎng)30 min的試驗(yàn)只允許進(jìn)行一次，在此30 min內(nèi)，不小于2 000 pC的有效放電脈沖數(shù)應(yīng)不超過(guò)30個(gè)，并且在最后10 min內(nèi)，不小于2000 pC的有效放電脈沖數(shù)應(yīng)不超過(guò)10 個(gè)。

DL/T 1999—2019在附錄C中給出了換流變壓器直流PD測(cè)量干擾識(shí)別方法，基于雙通道檢測(cè)的方法及接線圖如圖5所示。在圖5中，S為交流電源；G為高壓直流發(fā)生器；F為高壓直流發(fā)生器配備的直流分壓器；T為被試驗(yàn)換流變壓器；E1為地網(wǎng)；E2為套管末屏附近的接地點(diǎn)；C1，C2為被試驗(yàn)換流變壓器閥側(cè)套管電容；Zm1，Zm2為檢測(cè)阻抗；PD1，PD2為直流PD測(cè)試儀的測(cè)量和輔助通道。

圖5 采用極性判別識(shí)別外部脈沖的換流變壓器直流PD測(cè)量接線圖

直流PD的特征參數(shù)是視在放電量和脈沖個(gè)數(shù)，并且直流PD的脈沖個(gè)數(shù)取決于油紙絕緣材料的電氣時(shí)間常數(shù)，其數(shù)值遠(yuǎn)低于交流PD脈沖的周期重復(fù)時(shí)間。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于直流PD脈沖呈現(xiàn)的隨機(jī)性，無(wú)相位參考，重復(fù)率低，因此不能完全采用交流PD測(cè)量時(shí)的脈沖鑒別方法。但直流PD脈沖與所施加的直流電壓極性有關(guān)，采用極性判斷方法將被試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部的PD信號(hào)與外部干擾區(qū)分開來(lái)，是解決現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的主要技術(shù)手段。外部干擾由引線竄入變壓器內(nèi)部，其傳輸回路一路經(jīng)過(guò)套管末屏接地線匯入大地，另一路則經(jīng)過(guò)網(wǎng)側(cè)繞組、鐵心等接地部位的接地線匯入大地。換流變壓器內(nèi)部放電的傳輸回路可以由放電點(diǎn)經(jīng)套管末屏、大地、鐵心接地到放電點(diǎn)構(gòu)成回路。因此，外部干擾在套管接地線和鐵心接地線上產(chǎn)生的電流極性相同，而變壓器內(nèi)部放電在套管接地線和鐵心接地線上產(chǎn)生的電流極性相反。

4 直流耐壓PD試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理需求

根據(jù)國(guó)家、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)電壓、時(shí)間及要求，形成的直流耐壓PD試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理需求匯總?cè)绫?所示。

5 脈沖群智能數(shù)據(jù)處理和顯示技術(shù)

5.1 直流耐壓試驗(yàn)PD智能檢測(cè)系統(tǒng)配置

基于表2所示直流耐壓PD試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理需求匯總以及直流耐壓試驗(yàn)超寬頻帶PD智能檢測(cè)技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)示意圖，超頻頻帶采集裝置的相關(guān)性能參數(shù)及工作模式如下：超頻頻帶采集裝置的脈沖通道采樣率250 MS/s、50 MHz模擬帶寬、12 Bit分辨率、32 MS存儲(chǔ)深度以及±1 mV～±25 V輸入量程；系統(tǒng)檢測(cè)傳感器可以使用帶寬大于50 MHz的羅氏線圈或檢測(cè)阻抗，而電壓通道與分壓器低壓臂相接，記錄當(dāng)前試驗(yàn)電壓信號(hào)；脈沖通道前端接入10 kHz～50 MHz的帶通濾波器，濾除低頻干擾和無(wú)用的高頻信號(hào)，輸入阻抗為50 Ω，與信號(hào)傳輸電纜良好匹配。

表2 直流耐壓PD試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理需求匯總

此外，超頻頻帶采集裝置工作時(shí)，參數(shù)設(shè)置如下：脈沖波形采集長(zhǎng)度設(shè)置為250個(gè)點(diǎn)、500個(gè)點(diǎn)、…、1 250個(gè)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)脈沖記錄時(shí)間長(zhǎng)度為1～5 μs，用于適應(yīng)不同長(zhǎng)度的脈沖電流波形；脈沖通道為觸發(fā)通道，觸發(fā)類型(上升沿或下降沿)根據(jù)直流電壓極性設(shè)置(當(dāng)傳感器與試品串接時(shí)，觸發(fā)類型與直流電壓極性相同；而當(dāng)傳感器與耦合電容串接時(shí)，觸發(fā)類型與直流電壓極性相反)；觸發(fā)閾值即為采集PD電流脈沖波形的最小峰值,可以根據(jù)直流PD試驗(yàn)的放電量進(jìn)行設(shè)置，如表3所示。在表3中，閾值設(shè)置可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況往下調(diào)整。

表3 直流耐壓PD試驗(yàn)脈沖觸發(fā)閾置設(shè)置表

5.2 脈沖群智能數(shù)據(jù)處理和顯示流程設(shè)計(jì)

由分析可知，超寬頻帶數(shù)據(jù)采集裝置工作模式為：脈沖觸發(fā)，記錄脈沖電流波形P及其對(duì)應(yīng)時(shí)刻t和電壓U，波形長(zhǎng)度可以設(shè)置為1，2，3，4，5 μs：

Pulsej[pj(i)，tj，Uj]，
j=1，2，…，N；i=1，2，…，k

(1)

式中j——第j個(gè)脈沖；N——脈沖電流波形的總個(gè)數(shù)；k——每個(gè)脈沖電流波形的點(diǎn)數(shù)，即脈沖波形由k個(gè)點(diǎn)組成，其與采樣率成正比。

電壓通道采集電壓信號(hào)Uj，脈沖通道在設(shè)置觸發(fā)閾值后，超寬頻帶數(shù)據(jù)采集裝置將采集獲取脈沖電流-時(shí)間序列Pulsej，其可能為PD信號(hào)，也可能含有隨機(jī)干擾源信號(hào)。根據(jù)直流耐壓試驗(yàn)超寬頻帶PD智能檢測(cè)技術(shù)方案，設(shè)計(jì)相應(yīng)的脈沖群智能數(shù)據(jù)處理和顯示流程如圖6所示。

圖6 脈沖群智能數(shù)據(jù)處理和顯示流程(以時(shí)頻散布參數(shù)法為例)

(1)脈沖數(shù)據(jù)預(yù)處理。使得采集裝置獲取的原始脈沖電流波形(原始信號(hào))形成具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)且易處理的脈沖-時(shí)間序列。為了便于后續(xù)脈沖群的快速變換及快速分類，軟件模塊對(duì)超寬頻帶檢測(cè)獲取單個(gè)脈沖電流波形的幅值-時(shí)間序列進(jìn)行如下預(yù)處理：

(2)

式中ai——第i個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幅值；Δt(i-1)——第i個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間(Δt為采樣時(shí)間間隔)。

式(2)使得在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，無(wú)需存儲(chǔ)單個(gè)脈沖電流波形對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息(其由采樣率和記錄點(diǎn)數(shù)決定)，而只需要存儲(chǔ)其幅值信息和觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)(時(shí)刻)。

(2)脈沖群波形快速變換。利用現(xiàn)有的具有一定物理意義的快速變換(例如DFT)，形成脈沖的頻域波形，與脈沖時(shí)域波形對(duì)應(yīng)。以DFT為例，對(duì)脈沖波形pj(t)進(jìn)行快速變換，可得：

(3)

式中Mi——第i個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幅值；Δf(i-1)——第i個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率分量(采樣率fs=kΔf，Δf=1/Δt)。

同一脈沖源不同記錄點(diǎn)數(shù)下的時(shí)域和頻域波形處理效果見圖7，其中頻域處理的圖形X坐標(biāo)取至50 MHz(250 MS/s采樣率下DFT變換對(duì)應(yīng)的X坐標(biāo)應(yīng)為125 MHz)。

圖7 脈沖電流波形時(shí)域和頻域處理效果(250 MS/s示例)

(3)脈沖群波形特征提取。利用非線性映射(F函數(shù))實(shí)現(xiàn)時(shí)域和頻域波形的特征參數(shù)提取，映射成脈沖群的2D平面參數(shù)分布或3D空間參數(shù)分布。在實(shí)際應(yīng)用中，由于獲得的脈沖波形序列其特征參數(shù)比較復(fù)雜，往往不是[0,1]區(qū)間中的數(shù)，因此在無(wú)監(jiān)督聚類分析前，需要把各個(gè)原始特征參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。以時(shí)頻散布特征參數(shù)提取方法中的時(shí)間散布Tj(j=1，2，…，N，N為脈沖總個(gè)數(shù))處理為例：

(4)

(5)

求各數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化值Tj′：

Tj′=(Tj-T)/σT

(6)

由于所得標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)Tj′不一定在[0,1]閉區(qū)間內(nèi)，為了把標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)壓縮到[0,1]閉區(qū)間，再采用極值標(biāo)準(zhǔn)化公式：

(7)

(4)脈沖群聚類分析?；?D平面或3D空間參數(shù)分布，進(jìn)行無(wú)監(jiān)督聚類或人工手動(dòng)聚類，形成子脈沖群的2D平面或3D空間參數(shù)分布。其中人工手動(dòng)聚類技術(shù)可以轉(zhuǎn)化成矩形時(shí)頻散布濾波器，具體描述如圖8所示。

圖8 矩形時(shí)頻散布濾波器

根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置多個(gè)矩形時(shí)頻散布濾波器以滿足工程應(yīng)用需求。

(5)子脈沖群重組和展示。對(duì)各子脈沖群進(jìn)行軟件峰值保持，形成峰值-時(shí)間序列，生成TARPD圖等(直流)，為試驗(yàn)操作人員對(duì)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的把控和判斷提供直觀依據(jù)?？紤]后期耐壓數(shù)據(jù)追溯和多次試驗(yàn)對(duì)比分析需求，Pulsej原始數(shù)據(jù)從試驗(yàn)加壓前至試驗(yàn)電源切斷后全部保存。

6 結(jié)語(yǔ)

本文分析了換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)直流耐壓PD試驗(yàn)技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀，綜述了國(guó)內(nèi)現(xiàn)行國(guó)家和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的換流變壓器直流耐壓PD試驗(yàn)程序，給出了與超寬頻帶檢測(cè)用脈沖群快速智能聚類和分離技術(shù)的融合技術(shù)方案，形成了能夠在滿足工程應(yīng)用的同時(shí)方便試驗(yàn)操作人員對(duì)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的把控和判斷的換流變壓器直流耐壓試驗(yàn)超寬頻帶PD智能檢測(cè)技術(shù)。對(duì)脈沖群智能數(shù)據(jù)處理和顯示技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，包括矩形時(shí)頻散布濾波器，可為換流變壓器用超寬頻帶直流局部放電測(cè)試技術(shù)研究與系統(tǒng)研制提供參考依據(jù)。