無線傳感器網絡在電力變壓器檢修中的應用

張玉學++羅菁菁

摘 要：變壓器是電力系統中的重要設備，該文研究利用無線傳感器網絡實時監測電網中變壓器狀態，及時發現故障并定位故障點，從而迅速有效的進行變壓器檢修，減少因變壓器故障造成的經濟損失，提高電網運行和檢修效率。

關鍵詞：變壓器 無線傳感器網絡 檢修

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0038-01

電力變壓器是供配電系統中廣泛使用重要且昂貴的高壓電氣設備，它進行能量的轉化、電壓的轉變及電流的傳輸，如果在電力運行中發生故障，將直接影響電網的供電，不但修復費用大，還會影響電力系統運行，造成更大的經濟損失。因此除了選用高質量的變壓器之外，如何使用高效的故障診斷技術從而提高變壓器的運行維護水平具有更加重要的意義。

1 變壓器故障表現及原因分析

變壓器發生故障后通常表現為過熱和放電。

1.1 過熱故障

過熱故障經常是變壓器內部的局部過熱、溫度升高。主要原因有：（1）風冷系統出現故障。（2）分接開關接觸不良或匝間短路引起局部過熱。（3）鐵芯兩點或多點著地。（4）變壓器制造結構缺陷引起的渦流。（5）主絕緣擊穿

1.2 放電故障

變壓器普遍出現的放電故障有火花放電、局部放電及高能量放電[1]。油中誤摻入了雜質會引起火花放電。當油中存在氣泡或固體絕緣材料中存在空穴或空腔，金屬部件或導體之間接觸不良以及變壓器內部某些位置有尖角、毛刺、漆瘤等可能會引起局部放電[2]。匝層間絕緣擊穿、引線斷裂或對地閃絡和分接開關飛弧等故障會引起高能量放電。

高能放電能量密度大，產生氣體急劇，常使絕緣紙穿孔、燒焦或炭化，使金屬材料變形或熔化燒毀，嚴重時會造成設備燒毀，甚至發生爆炸。

2 利用無線傳感器網絡監測變壓器故障

無線傳感器網絡是由大量部署在作用區域內的、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節點，通過自組織方式構成的能根據環境自主完成指定任務的分布式智能化網絡系統。這些傳感器節點通過多跳路由自主成網，采集區域內的數據信息并轉發至監控中心，監控中心對數據進行分析后判斷事件并作出決策，這也是無線傳感器網絡的核心內容[3]。

2.1 變壓器狀態實時監測方案

2.1.1 溫度過高實時監測技術

利用紅外探測器全面的感應檢測目標的紅外輻射訊息，通過放大處理手段，進而反饋為標準化電壓或電流信號，再借助電視屏及相對應的監視器等介質顯示出紅外線熱的影像圖。

2.1.2 局部放電實時監測技術

在變壓器內部如果存在局部放電，表明變壓器絕緣有薄弱環節，或絕緣距離不符合要求，放電時間一長或放電嚴重，將會使絕緣擊穿，繞組擊穿或燒毀，是較大故障[4]。放電監測傳感器裝置一般是設定了變壓器的繞組在局部放電時，其首末端的電壓比值及放電點關系的等值電路，從而檢測出有無故障。

2.1.3 油中溶解性的氣體實時監測技術

變壓器在實際工作過程中，由于受潮、沉淀物變多、設備老化、工作異常等原因，其產生的氣體也會所不同。而典型的油中溶解性氣體，包括有C2H6、CO、H2、C2H4、C2H2等，由相應的傳感器對這些氣體進行感知處理和報警。

2.2 利用無線傳感器網絡監測變壓器運行狀態

2.2.1 工作原理

利用無線傳感器網絡的低功耗、自組織、以數據為中心、協作地處理和傳輸信息等這些特點，可以在變壓器上設置相應的溫度、超聲波或氣體傳感器，及時的檢測因內外故障而引起的變壓器溫度過熱、局部放電或油中溶解性氣體揮發等狀況，其原理圖見圖1。

在該設計中，城市電網的變壓器上安裝了溫度傳感器、超聲波傳感器和氣體傳感器，實時的監測各變壓器狀態，并把這些狀態信息匯聚到簇頭或基站、簇頭或基站按優先級提取有用信息，經過網關，由Internet傳輸到監控中心，監控中心若發現變壓器工作異常，及時進行維護或檢修。

2.2.2 關鍵技術

要能實時檢測網絡中變壓器狀態并及時定位，從而進行維護和檢修，涉及到幾項關鍵技術。

網絡協議：此協議不再是普通的網絡協議，因為它的終端各不相同，如何協同有效工作，這是協議要考慮的問題。

時間同步：網絡中的各種設備保持工作時間的一致。

定位技術：在遍布眾多的傳感器中，如果定位故障設備是協議要解決的重要技術。

數據管理：由于傳感器眾多，搜集到的數據也很多，要考慮如何存儲、過濾、傳輸這些數據。

能量管理。有源還是無源，如果節約能量。

安全管理。

智能電網是未來電網建設的重要解決方案，無線傳感器網絡技術是智能電網的關鍵基礎技術。目前在智能讀表方面已有一定應用，該文研究的無線傳感器網絡實時監測變壓器狀態，發現故障并迅速定位，能大量節約人力物力，減少經濟損失，提高電力運行和檢修效率。

參考文獻

[1] 商嵩，謝志梅.黎亮明變壓器常見故障及其在線檢測技術的探討[J].價值工程，2012：50-51.

[2] 王華春，于湘濤，馬平.變壓器常見故障及人工神經網絡在其診斷中的應用[J].儀器儀表與檢測技術，2013：65.

[3] 郭珊珊.無線傳感器網在智能電網中的應用[J].數字技術與應用，2012：12.

[4] 孫愛斌，高廣偉.變壓器常見故障原因分析、處理及預防措施[J].邯鄲職業技術學院學報，2011：65.