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基于特高频法变压器局部放电
在线监测系统
广东电网公司中山供电局
王伟平
摘要：基于特高频法局部放电在线监测系统，具有测量灵敏度高、抗干扰能力强、智能化程度高、安装方便等优点，可实时监控变压器绝缘状况，及时发出异常告警信号，对保证设备安全运行具有十分重要作用。系统运行后，人为注入信号进行试验，结果表明该系统能准确预警变压器本体及套管局部放电信号，为变压器特高频法局部放电在线检测和智能化诊断技术应用积累了大量数据和运行经验。
关键词：特高频；局部放电；在线监测；变压器
特高频法变压器局部放电在线监测系统是用于实时检测电气设备内部局部放电的装置[1—3]。通过对设备内部绝缘状况进行实时监测，对存有绝缘缺陷并引发局部放电的隐患早期预告和及时报警，避免或降低设备重大损失，保障电网安全稳定运行。
特高频传感器具有结构简单、安装方便、耐高压高温和抗电磁干扰，系统安全可靠，在强电磁环境中具有高灵敏度。系统主机安装在变电站控制室机柜内，采集和数据处理单元就地安装在监测设备附近，特高频传感器安装在变压器放油阀处，即可对变压器局部放电进行实时监测[4—5]。
1 技术原理
特高频法变压器局部放电在线监测系统，是由主机、采集和数据处理单元、特高频传感器及其他配件组合而成，是国内外近年发展起来的一种用于实时检测电气设备内部局部放电的新技术。主要利用不同的绝缘介质发生局部放电信号的上升时间和频谱不同。根据理论和实验研究表明，绝缘油中一次放电脉冲持续时间较短（约为数十纳秒），信号能量主要分布在30 ～ 1200 MHz 频率范围内。采用特高频传感器接收到的脉冲电磁波信号，送入采集和数据处理单元对信号进行过滤，分离外界干扰，包括广播信号、空气绝缘放电信号等，经数字化转换后通过光纤传输至后台主机，便可连续监测变压器内部的局部放电信号。
1.1 安全性
特高频传感器采用无源设计，具备可靠工频接地设计，安装于变压器工频零电场区域，确保电力设备和运行人员安全。
1.2 可依靠性
采用最新的信号处理和模式识别技术，融合多年局部放电监测技术积累的经验和数据，诊断系统包括200 万组实际局部放电信号数据，实现局部放电准确检测。
1.3 灵敏性
特高频传感器在300 ～ 1500 MHz 的宽频带内具有理想的幅频响应，灵敏度达10 mm 以上，远超CIGRE 建议标准，减少漏检漏报事件。
1.4 抗干扰性
借助特高频技术和先进的降噪算法滤除各种环境噪声干扰，检测虚警率控制在5% 以下。
1.5 智能性
主机通过光纤发送系统指令，定期对设备自检并记录数据通道运行状况。自动对局部放电信号进行分析，按顺序识别局部放电类型，并提供运行报告、告警阀值报告、监测事件、局部放电趋势分析等全部信息。
2 技术优势
与其他监测技术相比，特高频法变压器局部放电在线监测系统还具有以下的优势。
2.1 采样率高
特高频技术数据采样率高，能更好地采集局部放电脉冲的详细信息，便于进行缺陷诊断。
2.2 抗电磁干扰
抗电磁干扰在强电磁环境中可以正常工作。光纤本身是由石英材料组成，完全电绝缘，同时特高频传感器监测频率高，有效避开变电站内带电设备电晕放电所产生的电磁干扰，抗噪声能力强。
2.3 精准定位
特高频电磁波指向性好，与超声波技术及脉冲电流技术相比，能够实现更加精准的局部放电定位。
2.4 安装方便
采用该技术安装的内置式传感器，安装于注放油阀处，无须设备停电，无须对变压器结构进行改造，安装方便安全。
3 典型应用
某供电局利用特高频法变压器局部放电在线监测系统，实现了对某500 kV 变电站内的500 kV 电力变压器进行局部放电实时在线监测，确保设备安全运行。
该技术通过在500 kV 变压器放油阀处安装内置式无源特高频传感器，传感器与采集和处理单元之间选用双屏蔽线、宽频带、低损耗的RG214 同轴电缆，确保信号传输有效可靠。采集和处理单元对信号进行放大、带通滤波，分离外界干扰后，经A/D转换进入通道处理器，完成信号标识并获取每个通道脉冲信号，就地对信号处理和保存。采集和处理单元由主机UPS 提供220 V 电源，并支持包括光纤、485 和USB 等多种物理连接。主机局部放电在线监测与诊断系统通过对运行参数进行采集，储存与分析，有效识别设备内部的局部放电信号。系统软件包括设备状态监控、危险源识别和缺陷的快速诊断，以及预测缺陷的发展趋势，为运维人员有效维护和检修策略提供技术支持。
系统运行后，人为注入信号验证装置的有效性和灵敏性。通过在电力变压器本体外部采用试验用高频传感天线，一端放置于变压器高压套管底座附近，另一端接地。高频传感天线在变压器高电场作用下感应电压并对地放电，信号通过套管传入变压器内部，并被系统所捕获，试验现场如图1 所示。试验结果表明该系统能准确监测到变压器内部、套管的局部放电信号。
4 结束语
特高频法变压器局部放电在线监测系统通过在变压器内置式特高频传感器，能够准确检测变压器内部绝缘状况，通过局域网将信息传送到监测中心，实现远程实时在线监测，通过对局部放电源进行预报警分析，做到提早发现设备隐患。另外，该特高频传感器采用无源设计、抗电磁干扰性能等特性也适应于高压强场的电力环境。该系统在变电站运行以来取得了较好的效果，实现了变压器局部放电实时在线监测。同时系统提供了多种信息报告，智能化程度高，降低了监测人员工作强度，并对及时准确发现电力变压器内部缺陷提供技术支持。
参考文献
[1] 甘景福，韩克勤，周燕飞. 超高频变压器局部放电在线监测系统在智能变电站的应用[J]. 电力科学与工程，2012，28(2)：41-45.
[2] 康真. 750 kV变压器局部放电超高频在线检测技术[J].宁夏电力，2010(6)：1-3.
[3] 唐志国，李成榕，常文治，等. 变压器局部放电定位技术及新兴UHF方法的关键问题[J]. 南方电网技术，2008，2(1)：36-39.
[4] 黄新波. 变电设备在线监测与故障诊断[M]. 北京：中国电力出版社，2010.
[5] 刘昱，许玉香，于峥，等. 750 kV智能化变电站在线监测系统配置[J]. 电网与清洁能源，2010，26(2)：40-45.
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