電力變壓器局部放電在線監測系統的研究與設計

【摘要】當運行環境惡劣或內部出現故障時，電力變壓器會由于局部場強過高而產生局部放電。局部放電的發生會影響電力變壓器的正常運行，嚴重時可能造成電力變壓器的損壞，因此對電力變壓器局部放電進行在線監測是電力變壓器監測的重要環節。本文就電力變壓器局部放電在線監測系統的研究與設計進行簡單那的分析。

【關鍵詞】電力變壓器；局部放電；在線監測系統；研究；設計

現階段市面上的電力變壓器局部放電在線監測系統都是根據單一的監測結果進行診斷，系統本身的穩定性和精度不夠理想，無法清晰區分電力變壓器絕緣體系統放電的類別，因此對電力變壓器絕緣受到何種程度的破壞無法得到準確的結論。在這種背景下，結合超高頻的電磁波信號來對電力變壓器局部放電所展示的特征進行分析，將成為未來電力變壓器局部放電在線監測系統的發展趨勢。

1、電力變壓器局部放電在線監測技術的分析

電力變壓器局部放電通常會伴隨超聲波、電脈沖、電磁輻射和光等，同時油中放電會導致能量的損耗。這就衍生出介質損耗率、脈沖電流法、化學檢測、紅外檢測、超聲波測量、光測量等測量方法，而現階段主流的三種方法如表1所示。

2、電力變壓器局部放電在線監測系統的總體設計

2.1電力變壓器局部放電在線監測系統的整體架構

整個系統的工作原理如下：通過設置在電力變壓器上的UHF傳感器來捕捉電力變壓器內部出現的特殊信號（如局部放電的超高頻信號），將檢測到的特殊信號轉變為相應數字量來完成對特征信號的檢出工作，然后結合波形、頻譜來進行深入分析，從而進一步達到故障定位及預警的目的。

2.2電力變壓器局部放電在線監測系統的功能模塊

①站點管理模塊

作為電力變壓器局部放電在線監測系統正常運行的基礎條件，站點管理模塊主要負責對采集通道參數和采集設備進行管理。本系統中的1個采集設備可以采集16路傳感器的數據，而如果想要更改采集通道參數，那么可以發送UDP等配置數據包到采集設備中。

②局放數據采集處理模塊

在對電力變壓器局部放電數據進行采集時，要求每秒采集量應大于5條，并且局放數據處理時間要控制在0.2s以內，這樣才能夠確保系統擁有足夠的吞吐量。

③局放數據輸出模塊

根據相位、報警等級等局放信號，局部數據分析子模塊經過一定運算后將得到報警信息和局放分析結果。此外，局放數據存儲子模塊包含的數據由如下兩個方面組成：歷史局放數據，歷史局放數據包含的主要是當日內局放數據的脈沖平均值、最大值，局放缺陷的結果等；實時局放數據，實時局放數據包含的主要是50組最近及最新的局放數據。

④局放數據查詢模塊

局放數據查詢模塊提供單通道放電曲線、多通道放電曲線、警報數據（不同警報等級下，對具體日期的警報數據進行查詢）、歷史數據（在具體采集設備及一定時間范圍內，查詢三維放電圖譜、24h趨勢圖、俯視圖及右視圖等）的查詢，確保操作人員能夠根據實際需求來查詢所需數據。

⑤局放數據導出模塊

對于已經存儲到數據庫中的局放數據，系統能夠通過相應操作將它們導入到Excel表格中（具體操作時，操作人員先選取指定的采集設備及采集通道，找出合理的時間范圍，然后將相應局放數據導出到Excel表格中）。

⑥系統設置模塊

系統設置模塊的主要功能是對用戶的權限進行管理，通常用戶包括管理用戶和匿名用戶兩類。其中管理用戶的權限包括局放采集、查詢、修改、增加及刪除等，匿名用戶的權限包括局放采集及查詢。通過對用戶權限進行管理，能夠極大降低站點的操作錯誤率，提高系統的整體安全性。

3、電力變壓器局部放電在線監測系統的詳細設計

3.1電力變壓器局部放電在線監測系統的硬件結構

為了抑制噪聲干擾需要采用硬件濾波技術。根據濾波器的頻率阻抗特性，濾波器可以分為帶阻濾波器、帶通濾波器、高通濾波器及低通濾波器等四大類。在具體選用時要注意：濾波電容要求耐高壓、絕緣好、溫度系數小、自諧振頻率高；濾波電感要求溫度系數小、直流阻抗低、在負載電流范圍內不飽和；濾波器最好采用對稱結構，以保證線路平衡，這樣有利于抑制共模干擾。在本系統中，由于電力變壓器局部放電在線監測系統安裝現場的干擾源多在200MHz以內，因此最終從成本和安裝簡便等角度綜合考慮，選用了LC微波濾波器。

3.2電力變壓器局部放電在線監測系統的軟件結構

電力變壓器局部放電在線監測系統采用MVC設計模式。整個系統從上至下分為視圖層、控制層及Model模型層，具體說來：

首先，視圖層中包含局放數據查詢模塊、站點管理模塊及局放數據顯示模塊。其可以調用控制層發出的指令和模型層Model，提供一些主要方法來實現數據的查詢及顯示燈功能。

其次，控制層中包含局放數據存儲模塊、局放數據分析模塊及查詢模塊等。當視圖層經輸入提交指令后，控制層可以對模型構建進行準確的調用。

最后，Model模型層中包含數據庫系統及通訊模塊。其可以對實時數據包、通道信息表及設備信息表等進行封裝，并且能夠被控制層發出的指令所調用。

小結：

局部放電在線監測不僅可以檢測出電力變壓器的早期內部絕緣故障，避免放電情況的惡化；而且可以代替壓力測試來測試電力變壓器制造和安裝中造成的絕緣缺陷，確定故障位置以便快速有效地解決缺陷。

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