為了最大限度地抑制干擾，需要對干擾的種類(lèi)和特征有一個(gè)清楚的認識。本文對某發(fā)電廠(chǎng)一臺 500 kV 變壓器進(jìn)行了離線(xiàn)和在線(xiàn)試驗，測量了不同測點(diǎn)的干擾情況，其中包括變壓器低壓供電系統中的干擾，分析了干擾的種類(lèi)和特點(diǎn)，為抑制各種類(lèi)型的干擾提供了有效 的依據。

    　　1 試驗方案和回路

    　　測試系統的接線(xiàn)及傳感器的安裝位置見(jiàn)圖 1 。單相 500 kV 變壓器的電流傳感器的安裝位置包括： 500 kV 套管末屏、鐵芯、夾件及中性點(diǎn)接地引下線(xiàn)、外殼地線(xiàn)。為有效測量外殼地線(xiàn)上的信號，變壓器外殼應盡量減少接地點(diǎn)。

    　　圖 1 　單相 500 kV 變壓器電流傳感器安裝位置及試驗接線(xiàn)圖

    　　整個(gè)測試系統由傳感器、放大器、測量箱和筆記本電腦組成。傳感器為有源寬帶高頻，放大倍數分 ×10 和 ×50 兩檔，頻帶為 3 k ～ 1.2 MHz 。為了保證合適的測量范圍，除傳感器放大外還有一單獨的放大器組，放大倍數分為 4 檔，最大放大倍數為 16 。測量箱為工控級，主要為了防止現場(chǎng)電磁干擾，測量箱內主要部件為一最高采樣速率達 10 Hz ， 12 數據位，存儲容量為 1 M 的高速 A/D 卡。試驗數據可通過(guò)標準接口上傳到筆記本電腦。

    　　2 　試驗結果及分析

    　　2.1 　停電試驗同帶電試驗的比較

    　　在設備停電狀況下，我們對變壓器中性點(diǎn)等 5 個(gè)測量點(diǎn)的干擾信號進(jìn)行了測試。此時(shí)中性點(diǎn)測到的數據時(shí)域波形及頻譜分析見(jiàn)圖 2 。

    　　此時(shí)標定系數為 3 800 pC ，現場(chǎng)最大干擾水平約為 5 300 pC 。由頻譜分析可看出，信號在 899 kHz 頻段最突出，此外，在 164 、 156 、 428 和 196 kHz 附近能量也比較集中。在其它測量點(diǎn)也可得到類(lèi)似的結論。 899 kHz 頻段屬于地方廣播電臺所用的頻段，其余均為廠(chǎng)用頻段。

    　　圖 2 　停電情況下中性點(diǎn)處的時(shí)域波形和頻譜分析

    　　運行情況下同樣的試驗的時(shí)域圖及頻譜分析見(jiàn)圖 3 。此時(shí)標定系數為 160 nC ，最大干擾水平約為 160 nC 。從時(shí)域波形可看出，在一個(gè)工頻周期內會(huì )出現兩組幅值很高的脈沖干擾，且極性相反并很有規律。這些干擾是由發(fā)電機勵磁側的可控硅動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的，是脈沖周期 性干擾。

    　　圖 3 　運行情況下中性點(diǎn)處的時(shí)域波形和頻譜分析

    　　由頻譜分析可知，在線(xiàn)測量信號的頻帶主要在 500 kHz 以下并且分布較寬。停電時(shí)最強的頻段 899 kHz 幾乎測不到，說(shuō)明在線(xiàn)時(shí)的干擾要比離線(xiàn)時(shí)大得多。能測到的窄帶頻段包括廠(chǎng)用的通訊頻段 164 、 64 、 438 k 、 156 kHz ;在 374 、 328 k 、 219 kHz 等處的能量也比較集中，這些頻段的出現和現場(chǎng)環(huán)境有關(guān)。此外在 220 ～ 300 k 、 720 ～ 850 kHz 區間出現了明顯的寬頻特征，說(shuō)明有脈沖型信號出現。寬帶信號的主要來(lái)源可認為是發(fā)電機的勵磁系統，表現為脈沖周期性干擾。這對于確定合適的抗干擾措施有較 大幫助。同樣，在其它測量點(diǎn)我們也可得到類(lèi)似的結論。

    　　2.2 可控硅產(chǎn)生信號分析

    　　可控硅動(dòng)作是脈沖周期性干擾的主要來(lái)源，其波形見(jiàn)圖 4 。它是 <1 MHz 的寬頻信號 ( 受傳感器限制 ) ，脈寬～ 30 μs ，能量相對集中在 200 ～ 300 kHz 和 700 ～ 900 kHz 頻段，同前分析結果相吻合。由此證明，可控硅產(chǎn)生的脈沖周期性干擾是在線(xiàn)測量情況下的主要干擾源。

    　　圖 4 　用傳感器測的可控硅數據的時(shí)域波形和頻譜分析

    　　為了進(jìn)一步提高可控硅信號的分辨率和得到真實(shí)的波形，還采用了頻帶寬度可達 100 MHz，最高采樣率可達 1 GHz 的數字示波器來(lái)采樣。測量點(diǎn)位于電廠(chǎng)勵磁間內可控硅的輸出端。其波形和頻譜分析見(jiàn)圖5。

    　　從時(shí)域波形可看出，脈沖波形的持續時(shí)間約為 30 μs ，為衰減振蕩波;信號的頻譜主要集中在 500 k 以下，與文[ 3 ]同，但與測量箱測量的結果略有差異。分析認為，由于測量點(diǎn)不同，可控硅動(dòng)作產(chǎn)生的信號從低壓側到高壓側如中性點(diǎn)處有一段傳輸路徑，這樣波形會(huì )發(fā)生畸變。

    　　圖 5 　用示波器測的可控硅動(dòng)作時(shí)的時(shí)域波形和頻譜分析

    　　2.3 　不同測量點(diǎn)的靈敏度分析

    　　在本次試驗中，選用了 5 個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行信號采集，這些測量點(diǎn)分別是 500 kV 套管末屏接地引下線(xiàn)、鐵芯、夾件及中性點(diǎn)接地引下線(xiàn)及外殼地線(xiàn)。對這些測量點(diǎn)的靈敏度進(jìn)行比較，有利于確定在線(xiàn)情況下的主監測點(diǎn)及提高在線(xiàn)監測系統的靈敏度。

    　　確定靈敏度的常規方法為：在某一測量點(diǎn)注入已知幅值的方波，比較其它測量點(diǎn)的響應，幅值響應最大者為靈敏度最高。本次試驗中， 分別從變壓器 500 kV 套管末屏接地引下線(xiàn)和中性點(diǎn)接地引下線(xiàn)處注入方波，比較不同測量點(diǎn)的響應。在下面的事例中，注入的方波大小約 10 nC ，分別列出響應幅值最高和最低的情況。

    　　由圖 6 可看出，不同測量點(diǎn)的響應情況不同。從 500 kV 套管末屏接地引下線(xiàn)注入時(shí)，夾件引下線(xiàn)的響應最強烈 ( 見(jiàn)圖 a) ，鐵芯引下線(xiàn)次之，其次為中性點(diǎn)接地引下線(xiàn)，外殼地線(xiàn)上的響應幅值最小 ( 見(jiàn)圖 b) 。夾件處是人們常常忽略的一個(gè)測量點(diǎn)，試驗中它的響應最靈敏，可能同變壓器的結構有關(guān)。

    　　圖 6 　末屏注入時(shí)的夾件標定波形圖和外殼標定波形

    　　2.4 　動(dòng)力電源線(xiàn)上的干擾對信號測量的影響

    　　分析變壓器附件 380 V 動(dòng)力線(xiàn)上信號的目的有兩點(diǎn)： a) 看風(fēng)扇等變壓器附屬低壓設備的啟動(dòng)對其測量點(diǎn)信號的干擾有多強烈; b) 為了分析配電線(xiàn)路來(lái)的各種干擾是否同其測量點(diǎn)信號有一定的對應關(guān)系。從理論上講，由于監測點(diǎn)的測量信號中很多干擾脈沖來(lái)自動(dòng)力線(xiàn)等配電線(xiàn)路，動(dòng)力電源線(xiàn)上 的很多脈沖與變壓器接地線(xiàn)上的脈沖干擾在時(shí)間上應有一定的對應關(guān)系。

    　　在離線(xiàn)情況下分別記錄并分析了風(fēng)扇在啟停狀態(tài)下的信號。從時(shí)域來(lái)看，風(fēng)扇啟停對信號幅值影響不大。從頻域來(lái)看，風(fēng)扇啟動(dòng)后會(huì )增加 8 ～ 25 kHz 的成分但幅值較低，可以說(shuō)變化不大。運行情況下也有同樣的結論。

    　　圖 7 為在動(dòng)力電源線(xiàn)上和外殼上測到的可控硅動(dòng)作波形。經(jīng)過(guò)比較可知，由于信號的傳播路徑不同，動(dòng)力電源線(xiàn)上的脈沖波形同接地線(xiàn)上的脈沖干擾有一種可類(lèi)比的相似 關(guān)系。其波形已經(jīng)完全不一樣，脈沖波形的時(shí)間長(cháng)度也不相同，同時(shí)相位不是一一對應。但是，從廣義上講，仍然具有一定的對應關(guān)系。

    　　3 　小　結

    　　a. 變壓器現場(chǎng)干擾在停電情況下以廠(chǎng)用通訊頻段和地方廣播頻段組成的窄帶干擾為主;在運行情況下，以發(fā)電機勵磁側產(chǎn)生的脈沖周期性干擾為主，從量值上來(lái)講也大得多。

    　　b. 脈沖周期性干擾是寬頻干擾，且能量集中在 300 kHz 以下。從工程測量的角度看，整個(gè)頻率分布范圍為 0 ～ 900 kHz 。

    　　c. 變壓器的夾件可作為一個(gè)靈敏度較高的測量點(diǎn)。

    　　d. 通過(guò)對低壓動(dòng)力線(xiàn)上干擾的分析，可知它同其它測量點(diǎn)的信號有一定的對應關(guān)系。但把它引入到脈沖干擾的抑制方法中還需做進(jìn)一步的工作。