變壓器局部放電信號的提取是成功進行變壓器絕緣狀態診斷的基礎。目前,已有眾多的變壓器局部放電在線監測系統投入運行,但監測效果都不太令人們滿意。其中的原因之一,就是對變壓器內部的局部放電信號的傳播特性認識較為粗略,現普遍將局放信號的傳輸路徑看作是一純的容性網絡,對繞組及其變壓器所連外聯設備的影響沒有作深入的研究。這樣做一方面僅僅只能在一定的誤差范圍內測到局部放電的視在放電量,忽略了其中所包含的更豐富的信息;另一方面,由于繞組對局放原始信號的畸變作用,某些監測結果可能是錯誤的。因此,為了選擇信號失真小、幅度強的在線監測頻帶、最佳的監測點,以便更有效地提取局放信號和更好的識別各種放電類型,有必要深入分析和研究局部放電信號在電力變壓器中的傳播特性。
由于變壓器是繞組類設備,變壓器內部的局部放電信號將經繞組向兩端傳播至監測裝置,從而導致作為故障診斷基礎信息的放電脈沖信號發生一定程度的畸變。在電力變壓器中由絕緣缺陷產生的局部放電源可能位于繞組高壓引線、繞組端部的絕緣屏、繞組對地絕緣、匝間絕緣或油中雜質。而局部放電又可能是氣泡放電、尖端放電或沿面放電等多種類型。目前在變壓器局部放電離線試驗中,普遍采用以視在放電量的大小作為判斷故障程度的標準。但視在放電量的大小與監測系統的頻率響應以及放電點至測量點之間的傳遞函數等都有關系,因此單純用視在放電量的大小來判斷放電的危害程度是不夠充分的。在實際工程中,人們不僅希望能從局部放電信號的強弱來判斷變壓器的整體絕緣劣化水平,還希望能從這些信號中獲取更為詳細的有關絕緣狀況的信息,如故障類型、嚴重程度以及故障點位置等。對變壓器內部局部放電進行檢測時,通常只能從變壓器外殼接地引下線、高中壓套管末屏接地線、中性點接地線以及鐵芯及夾件的接地引出線等有限的幾個測量端獲得信號。放電點在繞組中的出現具有很強的隨機性,所測到的局部放電信號從放電源經過變壓器絕緣介質、繞組到達外部的測量裝置,必然受到繞組結構傳播特性的多種影響,具體表現為造成信號幅值的衰減、波形的畸變、時延等現象,這些影響跟脈沖傳播的距離和路徑存在較強的關系,這就使得根據檢測到的放電信號估算放電強度,進而判斷故障類型、分析故障嚴重程度以及對故障進行定位發生困難。顯然這一困難的解決完全依賴于對放電脈沖在繞組中傳播規律的認識。另外從信號與系統的角度來看,變壓器繞組及其在線監測設備可以看成是一個復雜的系統,而監測到的信號就是該系統對局部放電電流脈沖的響應。變壓器在實際的運行中要受到電磁、熱、機械力等的作用,沿繞組長度的各處都有可能產生局部放電,同時,不同的局部放電類型會產生不同的激勵信號,這使得分析局部放電信號的傳播特性變得非常復雜。
因此,建立符合局部放電信號傳播的變壓器繞組模型,是對局部放電信號傳播特性研究的關鍵。以往研究的變壓器繞組局部放電的傳播特性都是基于在真實變壓器注入電流脈沖信號,用示波器觀察信號監測端的波形來分析局部放電的特性一一諸如局部放電的探測、精確定位、視在放電量的大小等。由于變壓器繞組結構的不同,要求能夠了解變壓器繞組中的哪些參數對繞組的頻率特性有影響,通過真實變壓器的局部放電試驗是既困難又不經濟的事。而通過仿真試驗,建立符合局部放電信號傳播的變壓器繞組模型,對局部放電信號傳播特性研究是既經濟又有效的。因為現有的局部放電在線監測系統在有些變電站運行十分良好,而在有些變電站運行很不理想。究其原因很多,一般認為由于脈沖電流傳感器的頻帶是固定的,而電力變壓器的繞組形式不盡相同,導致在有的變電站運行不錯,而有的變電站則非常糟糕。這就要求我們清楚地了解局部放電信號在電力變壓器內部是如何傳輸?如何通過變壓器繞組進入我們的測試系統?變壓器外聯網絡對局部放電信號傳播的影響又是如何?傳感器的安裝位置和傳感器的帶寬又是怎么確定的?所以,在現有研究成果的基礎上,對局部放電信號在大型電力變壓器及其外聯網絡中的傳播特性進行仿真研究是非常必要的,具有重要的學術意義和實用意義。另外,局部放電所激發的電磁波在變壓器中的傳播是機理如何?這直接影響超高頻(UHF)局部放電檢測的有效性和準確性。