一、簡介

   廣義的(de)電磁幹擾除了(le)包括與局放信号一起通(tōng)過電流傳感器進入監測系統的(de)幹擾以外，還(hái)包括影(yǐng)響監測系統本身的(de)幹擾，諸如接地、屏蔽、以及電路處理(lǐ)不當所造成的(de)幹s擾等，後者可(kě)通(tōng)過改進系統設計、合理(lǐ)選擇電路和(hé)元器件、提高(gāo)系統制作水(shuǐ)平等加以解決。現場(chǎng)電磁幹擾特指前者，是研究重點。它可(kě)分(fēn)爲連續的(de)周期型幹擾、脈沖型幹擾和(hé)白噪聲。周期型幹擾包括系統高(gāo)次諧波、載波通(tōng)訊以及無線電通(tōng)訊等。脈沖型幹擾分(fēn)爲周期脈沖型幹擾和(hé)随機脈沖型幹擾。周期脈沖型幹擾主要由電力電子器件動作産生的(de)高(gāo)頻(pín)湧流引起。随機脈沖型幹擾包括高(gāo)壓線路上的(de)電暈放電、其他(tā)電氣設備産生的(de)局部放電、分(fēn)接開關動作産生的(de)放電、電機工作産生的(de)電弧放電、接觸不良産生的(de)懸浮電位放電等。白噪聲包括線圈熱(rè)噪聲、地網的(de)噪聲和(hé)動力電源線以及變壓器繼電保護信号線路中耦合進入的(de)各種噪聲等。

   電磁幹擾一般通(tōng)過空間直接耦合和(hé)線路傳導兩種方式進入測量點。測量點不同，幹擾耦合路徑會不同，對(duì)測量的(de)影(yǐng)響也(yě)不同；測量點不同，幹擾種類、強度也(yě)不相同。

   變壓器局放監測點選取的(de)原則是局放信号強度大(dà)、信噪比高(gāo)，且測量簡便。主要有外殼接地線和(hé)套管末屏接地線，有的(de)還(hái)選擇中性點接地線、鐵心接地線和(hé)高(gāo)壓出線端等。有時(shí)爲了(le)抑制幹擾，還(hái)從變壓器動力電源線處測量參考的(de)幹擾信号。由于中性點和(hé)高(gāo)壓出線端安裝傳感器較爲不便，且有的(de)變壓器鐵心内部接地，故監測系統多(duō)選擇外殼和(hé)套管末屏接地線作爲測量點。

二、常用(yòng)的(de)抑制方法

   幹擾的(de)抑制總是從幹擾源、幹擾途徑、信号後處理(lǐ)三方面考慮。找出幹擾源直接消除或切斷相應的(de)幹擾路徑，是解決幹擾最有效最根本的(de)方法，但要求詳細分(fēn)析幹擾源和(hé)幹擾途徑，且一般不允許改變原有的(de)變壓器運行方式，因此在這(zhè)兩方面所能采取的(de)措施總是很有限。對(duì)于經電流傳感器耦合進入監測系統的(de)各種幹擾，采取各種信号處理(lǐ)技術加以抑制。一般從以下(xià)幾方面區(qū)分(fēn)局放信号和(hé)幹擾信号；工頻(pín)相位、頻(pín)譜、脈沖幅度和(hé)幅度分(fēn)布、信号極性、重複率和(hé)物(wù)理(lǐ)位置等，并據此提出了(le)大(dà)量的(de)抗幹擾技術。

   在抗幹擾技術中有兩種不同的(de)思路：一種是基于窄帶 ( 頻(pín)帶一般爲 10kHz 至數 10kHz) 信号的(de)。它通(tōng)過合适頻(pín)帶的(de)窄帶電流傳感器和(hé)帶通(tōng)濾波電路拾取信号，躲過各種連續的(de)周期型幹擾，提高(gāo)了(le)測量信号的(de)信噪比。這(zhè)種方法隻适合某一具體的(de)變電站，使用(yòng)上不方便。此外，由于局部放電信号是一種寬頻(pín)帶脈沖，窄帶測量會造成信号波形的(de)失真，不利于後面的(de)數字處理(lǐ)。另一種是基于寬頻(pín)(頻(pín)帶一般爲10至1000kHz) 信号的(de)處理(lǐ)方法。檢測信号中包含局放的(de)大(dà)部分(fēn)能量和(hé)大(dà)量的(de)幹擾，但信噪比較低。對(duì)于這(zhè)些幹擾的(de)處理(lǐ)步驟一般是： a. 抑制連續周期型幹擾； b. 抑制周期型脈沖幹擾； c. 抑制随機型脈沖幹擾。   随著(zhe)數字技術的(de)發展及模式識别方法在局放中的(de)應用(yòng)，這(zhè)種處理(lǐ)方法往往能取得(de)較好的(de)效果。

   依據上述兩種思路，可(kě)以獲取不同信噪比的(de)檢測信号。在後級處理(lǐ)中，很多(duō)處理(lǐ)方法是一緻的(de)。可(kě)歸納爲頻(pín)域處理(lǐ)和(hé)時(shí)域處理(lǐ)方法。頻(pín)域方法是利用(yòng)周期型幹擾在頻(pín)域上離散的(de)特點處理(lǐ)之；而時(shí)域處理(lǐ)方法是根據脈沖型幹擾在時(shí)域上離散的(de)特點處理(lǐ)。有硬件和(hé)軟件兩種實現方式。下(xià)面分(fēn)别介紹。

三、 周期型幹擾的(de)抑制

   周期型幹擾也(yě)稱之爲窄帶幹擾，它在各類幹擾中占有很大(dà)的(de)比重，幹擾的(de)抑制和(hé)消除也(yě)應首先由此入手。由于它強度大(dà)、相位分(fēn)布固定，因此大(dà)多(duō)采用(yòng)頻(pín)域方法處理(lǐ)。主要包括 FFT 阈值濾波器、自适應濾波器、固定系數濾波器和(hé)理(lǐ)想多(duō)通(tōng)帶數字濾波器 (IMDF)等。

   窄帶幹擾抑制的(de)算(suàn)法較多(duō)，也(yě)較成熟。從應用(yòng)效果來(lái)看，固定系數濾波器和(hé)理(lǐ)想多(duō)帶通(tōng)濾波器較理(lǐ)想。由于 IMDF 在處理(lǐ)數據時(shí)需進行多(duō)次 FFT 和(hé) IFFT ，将化(huà)費大(dà)量計算(suàn)時(shí)間，不利于實時(shí)處理(lǐ)。但根據 IMDF 找到的(de)最佳監測頻(pín)帶，可(kě)以形成固定系數的(de)有限沖激響應 (FIR) 數字濾波器直接在時(shí)域處理(lǐ)，簡化(huà)了(le)操作，加快(kuài)了(le)處理(lǐ)速度.
   上述方法均可(kě)通(tōng)過軟件或硬件線路來(lái)實現。雖然硬件濾波調節上不靈活，但經過現場(chǎng)試驗選擇最佳頻(pín)帶後，可(kě)有效抑制窄帶幹擾。軟件方法雖然調節較靈活，但存在實時(shí)運算(suàn)速度較慢(màn)的(de)缺點。

四、周期型脈沖幹擾的(de)抑制

   當信号去除周期型幹擾之後，其它幹擾上升爲主要矛盾。對(duì)于周期型脈沖幹擾的(de)抑制，主要有兩類處理(lǐ)方法：模拟方法和(hé)數字方法。模拟方法包括差動平衡法、定向耦合法和(hé)參考信号法等；前兩種方法同樣适用(yòng)于随機脈沖幹擾的(de)抑制，将在後文中介紹。選擇隻包含脈沖幹擾而不包含放電脈沖的(de)配電線路測量脈沖幹擾信号，利用(yòng)所測的(de)幹擾脈沖作爲控制信号，當信号水(shuǐ)平超過設定阈值并且判定爲幹擾時(shí)，停止模數轉換器 (ADC) 工作，以消除來(lái)自配電線路的(de)幹擾脈沖。

   數字方法的(de)原理(lǐ)是利用(yòng)幹擾和(hé)局放信号相位分(fēn)布不同的(de)特點進行處理(lǐ)。例如， KONIG. G.和(hé) KOPF.U.提出一種方法，首先記錄多(duō)個(gè)周期的(de)信号，然後對(duì)每個(gè)周期同相位上的(de)數據進行平均，以此構成模闆同原始信号相減，從而消除周期型的(de)幹擾信号。此種方法當局放信号較少并且分(fēn)布特點比較明(míng)确的(de)時(shí)候去除幹擾的(de)效果較好，當局放信号多(duō)且強的(de)時(shí)候效果不好。

   印度的(de) V.Nagesh 和(hé) B.I.Gururaj 提出一種方法，它借鑒了(le)生物(wù)信号處理(lǐ)的(de)一些成果，其基本原理(lǐ)是從局放信号同周期型幹擾信号具有不同的(de)形狀出發，首先進行數據分(fēn)段，把脈沖從波形信号中分(fēn)離出來(lái)，形成單個(gè)脈沖序列，利用(yòng) FFT 算(suàn)法在頻(pín)域對(duì)各脈沖進行互相關計算(suàn)，判斷其相似度并按照(zhào)一定的(de)标準進行分(fēn)組，根據這(zhè)些組脈沖求取類信号模闆，然後對(duì)每一類的(de)信号在時(shí)域進行合成。分(fēn)析發現，局放信号的(de)相位較分(fēn)散，而幹擾的(de)則非常集中。利用(yòng)這(zhè)一特點剔除周期型脈沖幹擾信号類，把剩餘的(de)信号重構，可(kě)得(de)到去除周期型脈沖幹擾後的(de)信号。

   由此可(kě)知，利用(yòng)局放和(hé)周期型脈沖幹擾在波形和(hé)相位上的(de)不同進行幹擾抑制是可(kě)行的(de)。該方法還(hái)可(kě)用(yòng)來(lái)定位，它通(tōng)過分(fēn)析不同放電點引起的(de)脈沖波形的(de)特征來(lái)識别。此法的(de)缺點是：當局放重複率較高(gāo)時(shí)，有可(kě)能把相鄰的(de)兩個(gè)脈沖看成一個(gè)，影(yǐng)響識别的(de)效果；此外，當脈沖波形較多(duō)時(shí)，運算(suàn)速度有影(yǐng)響，不過随著(zhe)微機運算(suàn)能力的(de)大(dà)幅度提高(gāo)，這(zhè)種影(yǐng)響會越來(lái)越被忽略。

五、随機脈沖型幹擾的(de)抑制
   這(zhè)類幹擾最難剔除。由于幹擾和(hé)局放信号在頻(pín)域内的(de)特征具有相似性，因此現有的(de)大(dà)量方法都是從時(shí)域考慮的(de)。常用(yòng)方法有硬件電路法、軟件波形識别法和(hé)人(rén)工智能法。

1.硬件電路法 　
   它的(de)基本思路是利用(yòng)兩個(gè)測量點的(de)輸出信号中外來(lái)脈沖幹擾同方向，而内部放電脈沖方向相反的(de)特點，去除脈沖幹擾。具體實現爲硬件電路，常用(yòng)電路包括差動平衡法、脈沖極性鑒别法和(hé)定向耦合法。
   在實際應用(yòng)中，前兩種的(de)效果并不理(lǐ)想。這(zhè)是因爲對(duì)于差動平衡法，由于傳播路徑不同，組成差動的(de)兩路信号往往不能很好的(de)對(duì)應，因此差動效果不佳。提出了(le)差動 “ 平衡對(duì)”的(de)概念對(duì)此進行了(le)改進，可(kě)消除幹擾并同時(shí)獲得(de)局放脈沖幅值及脈沖個(gè)數。脈沖極性鑒别的(de)局限在于由于模拟延遲和(hé)極性鑒别器受外界因素影(yǐng)響較多(duō)，會造成電子門控誤動作，降低了(le)極性鑒别的(de)準确性。
   定向耦合法是德國的(de) Borsi H 等于 1987 年提出的(de)。原理(lǐ)圖見圖1。它用(yòng)特殊繞制的(de) Rogowski 線圈在高(gāo)壓套管底部靠近法蘭處耦合局放信号，并根據線圈兩端電壓的(de)大(dà)小來(lái)判斷是局部放電信号還(hái)是外來(lái)電磁幹擾。該法把 Rogowski 線圈的(de)中間抽頭與變壓器套管末屏測量端子連接起來(lái)。此時(shí)末屏測量端子串一個(gè)小電阻接地，可(kě)以看成末屏和(hé)末屏對(duì)地電容組成電容分(fēn)壓器的(de)低壓臂，經小電阻接地後形成了(le)一個(gè)高(gāo)通(tōng)濾波器，隻有高(gāo)頻(pín)信号才能通(tōng)過。 Rogowski 線圈與高(gāo)壓套管末屏測量端子連起來(lái)構成定向耦合電路。電流 I 如圖示方向時(shí)， U (1) =U c U 1 ,U (2) =Uc -U 2 =Uc -U1 。此時(shí)U (1)>U (2) ; 若電流I反向，則 U (1) <U (2) 。由此可(kě)以确定信号的(de)方向和(hé)性質，清楚地将局部放電信号和(hé)外來(lái)電磁幹擾區(qū)别開來(lái)。

   在實際應用(yòng)中，人(rén)們對(duì)此作了(le)改進，用(yòng)兩個(gè)羅氏線圈替代原測量線圈并采用(yòng)選頻(pín)的(de)方法提高(gāo)測量信号的(de)信噪比，據論文介紹，得(de)到了(le)較好的(de)結果。

2.軟件波形識别法 　
   随著(zhe)計算(suàn)機技術和(hé)數字信号處理(lǐ)技術的(de)發展，利用(yòng)脈沖信号特征進行邏輯判斷也(yě)可(kě)抑制幹擾。它的(de)前提是脈沖識别，即判斷脈沖是否存在、脈沖持續時(shí)間和(hé)相應的(de)起點與終點，以便較準确地确定放電相位和(hé)聲波時(shí)延。
   目前脈沖識别多(duō)采用(yòng)阈值識别法。而現場(chǎng)測量的(de)脈沖多(duō)是衰減振蕩波，該法很易誤判且無法确定脈沖持續時(shí)間。提出一種結合脈沖幅值阈值和(hé)波形特征來(lái)識别振蕩脈沖的(de)方法，并在實用(yòng)中得(de)到了(le)較好效果。

3.模式識别的(de)應用(yòng) 　
   此法的(de)本質仍是利用(yòng)信号的(de)相位特性進行區(qū)别。局放信号雖然幅值變化(huà)很大(dà)，但它們的(de)相位分(fēn)别集中在 45°和(hé) 225°附近。例如，由于電弧放電的(de)發生相位同局放有差異、幅度變化(huà)較小并且在脈沖形狀上也(yě)略有不同，根據這(zhè)些特點，一個(gè)有經驗的(de)專家可(kě)以很容易地分(fēn)辨出電弧放電信号這(zhè)種幹擾。模式識别方法就是專家經驗的(de)軟件實現，它已在 CIGER 的(de)報告中得(de)到确認，一些相應的(de)軟件也(yě)已出現。常見的(de)方法包括模糊邏輯法、kohonen 網絡分(fēn)類法、 KLT 變換法和(hé)基于最小距離的(de)人(rén)工神經網絡法等。總體來(lái)講，模式識别方法的(de)難度在于需要積累大(dà)量的(de)先驗知識并能找出幹擾和(hé)局放間的(de)特定差異，而在線測量中，在強烈的(de)幹擾信号中找出這(zhè)些差異比較困難。下(xià)面介紹其中幾種方法。

（1） Karhunen-Loeve-Transform 法　
   研究發現，用(yòng)于模式識别的(de)輸入矢量維數較高(gāo)時(shí)，分(fēn)類較困難且效果不好；降低維數後，分(fēn)類效果能得(de)到改善。換言之，爲提高(gāo)識别率、突出信号的(de)特征，首先需去除信号中的(de)幹擾或噪聲信息。 KLT 變換的(de)原理(lǐ)如圖 2 所示。由圖可(kě)以看出，若采用(yòng) x1 -x2 坐(zuò)标系，要進行分(fēn)類必須同時(shí)采用(yòng) x1 ,x2 坐(zuò)标；若對(duì)此進行正交變換，轉移到 w1 -w2 坐(zuò)标系。則僅需 w 2 坐(zuò)标即可(kě)進行分(fēn)類。由此可(kě)見，經 KLT 變換，可(kě)去除幹擾。

(2)脈沖序列分(fēn)析法　——Kohonen 網絡　
   該算(suàn)法爲一種無監督的(de)算(suàn)法 ( 如圖 3 所示 ) 。它的(de)原理(lǐ)是尋找輸入向量到輸出層歐氏距離最短的(de)節點，以此爲輸出，并通(tōng)過自組織算(suàn)法 算(suàn)法可(kě)以進行自适應分(fēn)類，區(qū)分(fēn)局部放電信号和(hé)幹擾信号，從而達到幹擾消除和(hé)抑制的(de)目的(de)。

（3）脈沖序列分(fēn)析法　
   據介紹該法簡單有效且識别率較高(gāo)：它由局部放電間的(de)放電電壓差或相位差構成分(fēn)析序列，由這(zhè)些特征來(lái)區(qū)分(fēn)不同的(de)放電模式和(hé)幹擾，以達到幹擾抑制的(de)目的(de)；此外，還(hái)可(kě)以進行故障點定位。

六、總結

   大(dà)量的(de)研究成果表明(míng)，随著(zhe) A/D 轉換速率的(de)提高(gāo)、計算(suàn)機技術的(de)發展，采用(yòng)寬頻(pín)帶 (10k-1000kHz) 傳感器結合高(gāo)速采樣的(de)變壓器局放在線監測系統已成爲發展的(de)主流。信号處理(lǐ)已從傳統的(de)譜分(fēn)析發展到可(kě)對(duì)局放波形進行時(shí)域分(fēn)析。

   數字處理(lǐ)技術和(hé)人(rén)工智能領域中的(de)一些成果已廣泛用(yòng)于在線監測中的(de)幹擾抑制，并且有望取得(de)突破性的(de)成果。

   爲進一步提高(gāo)抗幹擾措施的(de)有效性，應加強對(duì)幹擾和(hé)脈沖的(de)傳播規律的(de)研究，這(zhè)包括在變電站的(de)傳播和(hé)變壓器内部傳播的(de)研究，由此可(kě)能發現它們在波形、相位和(hé)方向等方面特征的(de)差。