利用超高频传感器(UHF)在线实时监测站内变压器的局部放电

变压器是变电站重要设备之一，其绝缘状态一直是运行维护人员的重要检测对象，局部放电是直接反应变压器绝缘故障典型参数，而针对变压器局放的监测方法很多，如超声法，脉冲电流法，色谱分析（DGA）超高频法（UHF）等，目前使用最多的是脉冲电流法，也是根据IEC-60270相关标准规定实施，能实现对放电量的大小进行标定。

目前出厂试验及投运前对变压器的放电量监测也主要是根据此方法进行测量。

但是现场由于电晕及其他放电干扰很多，很难将其滤除，导致系统误判率较高。

超声波法是目前应用最广泛的变压器局部放电在线检测方法，且能够进行放电源的定位。

但由于变压器复杂的内部结构和变压器的外壳对局部放电超声波信号的严重衰减，使得超声波检测的灵敏度很低，有时无法在现场有效地检测到信号。

UHF法是在此基础发展起来的一种监测方法，特点是监测频带较高（300MHz以上），抗干扰能力较强，缺点是无法对放电源进行有效标定。

UHF测变压器超高频局放是由原来脉冲电流法测局放发展而来一种先进的测试局放方法，由于在较高频带上测量，能有效抑制各种低频干扰，所以是目前发展较快的测试局放的手段。

国电西高研发的GDPD-PTU/OL变压器局放在线监测系统采用速慧（smart quick）智能化电力测试系统（软著登字第1010215号、商标注册号14684781），HVHIPOT公司引进国际先进的高速DSP 数字处理技术及软件处理技术使我们的监测系统采集速度快准确，是电力系统电力变压器局放在线监测最经济可靠的解决方案。

一、关于变压器局部放电方面的研究变压器内部的绝缘在运行中，长期处于工作电压的作用下，特别是随着电压等级的提高，绝缘承受的电场强度值将趋高，在绝缘薄弱处很容易发生局部在对绝缘材料将产生较大的破坏作用。

局部放电可使邻近的绝缘材料受到放电质点的直接轰击造成局部绝缘的损坏，由放电产生的热、臭氧及氧化氮等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀老化，电导增加最终导致热击穿。

变压器内部绝缘的老化及损坏，多半是从局部放电开始的。

产生局部放电的原因是电场过于集中于某点，或者说某点电场强度过大。

目前检测变压器局部放电故障的主要方法是：UHF特高频监测法、脉冲电流局部放电量测量法(脉冲电流法)、超声波局部放电测量法(超声波法)、电流传感器检测法和油中气、开展对变压器局部放电实施在线监测、结合智能化诊断的专家系统分析变压器绝缘状态、及时确定绝缘缺陷的性质就显得越来越重要。

二、系统功能指标1、技术指标系统检测频带：0.3GHz-3GHz；•最小可监测：实验室-80dBm放电量，动态范围70dBm；•系统可测放电量、放电相位、放电次数，放点脉冲分辨率小于10μs，并可按照客户要求提供有关统计参数；•系统能显示工频周期放电图、二维（Q-φ,N-φ，N-Q）及三维（N-Q-φ)放电谱图；•系统积累了近对放电谱图提取了56个特征量，通过自适应遗传算法和人工神经网络算法进行模式识别，通过经验值的积累可对变压器内部的几种典型局放类型进行模式识别。

•提供放电发展趋势分析、设置报警、进行历史查询以及打印报表等多项功能；•系统可定时自动启动监测，实现整个监测过程自动化，也可人工实时启动及关闭监测系统；•电源：AC220V市电2、系统功能特点GDPD-PTU/OL变压器局部放电在线监测系统可对同一变电站的多台变压器同时进行在线监测，指采用特定的传感器检测局部放电所产生电磁波信号的方法。

测量其，实时反映运行变压器的绝缘状态。

对于箱体内异物、内部绝缘受潮或损伤、油箱沉积油泥、可以通过局部放电的监测来发现。

系统对监测结果建立状态监测数据库，进行数据管理、分析、统计、整合，为设备的状态检修提供决策依据和辅助分析等功能。

1．系统是应用UHF频段进行局放监测，能有效地避开电晕等干扰信号的影响，克服传统局部放电在线检测抗干扰能力差的缺点，大大提高了系统的灵敏度、可靠性以及抗干扰能力。

2．UHF传感器是由变压器、电抗器油阀深入油箱内的超宽频带的传感器，采用特殊材料处理，对变压器油无污染，安装方便，耐高温、密封好、无漏渗。

3．本系统采用高频滤波检波技术，降低了采样频率，实现了在100Mbps 速率下，能采集到信号的幅度和放电位置，保证了系统的可测精度，也大大降低了对硬件的技术要求和难度。

4．设计了三级报警功能，手机短信报警功能可以在任意时刻发给指定值守人，实时监测变压器、电抗器的局放状况。

5．本系统具有远传数据远传功能，把测试最终数据通过局域网接口，到运行维护人员的操作平台上。

四、技术要求1、通用技术要求在线监测装置的通信功能、绝缘性能、电磁兼容性能、环境性能、机械性能要求、外壳防护性能、连续通电性能、可靠性及外观和结构等通用技术要求如下。

2、一致性功能应采用标准可靠的现场工业控制总线或以太网络总线，采用统一的通信协议和数据格式，应具备时间同步功能。

上传数据应遵循DL/T 860通信协议。

在线监测装置传输的数据内容和方式，3、外壳防护性能装置户外部分应满足IP55要求，户内部分应满足IP51要求。

4 、连续通电监测装置完成调试后，应进行72h（常温）连续通电试验。

要求试验期间，测量准确度及性能应满足技术要求的规定。

5、结构及外观a)装置应采取必要的防电磁干扰的措施，外露导电部分应在电气上连成一体，并可靠接地；b)应满足发热元器件的通风散热要求；c)装置各模块可灵活插拨、接触可靠，互换性好；d)外表涂敷、电镀层应牢固均匀、光洁，不应有脱皮锈蚀等；e)室外安装设备应具有防水防潮措施，端子箱内部应安装防凝露除湿设备。

电气及通信电缆线路连结牢固，走向合理、美观，各连接卡套贴有标记，各焊接点裸露部份套有热缩管；电源进线贴有强电标志。

f)室外安装设备应具有防水防潮措施，端子箱内部应安装防凝露除湿设备。

6、可靠性监测装置的设计应充分考虑其工作条件，要求能在变电站户内外工作条件下长期可靠工作。

7、装置寿命内置传感器则应与变压器保持一致。

8、接入安全性要求变压器局部放电在线监测装置的接入不应改变主设备的电气联接方式，不影响主设备的密封性能、绝缘性能及机械性能，电流信号取样回路具有防止开路的保护功能，电压信号取样回路具有防止短路的保护功能，接地引下线应保证可靠接地，满足相应的通流能力，不应影响现场设备的安全运行。

变压器铁心接地线的上钳接高频传感器，传感器为穿心式结构，不改变铁心接地线路。

电流传感器应连接可靠、密封良好，提供试验用测量接口；引出线应使用截面积不低于2×2.5mm2的铠装双绞屏蔽电缆，电缆铠装及屏蔽应可靠接地。

9、功能要求：a)应具备长期稳定工作能力，具有断电不丢失数据、自诊断、自复位的功能。

b)应具备现场校验用接口，能够安全、方便地接入标准测量仪器，对监测装置测量结果进行比对。

c)监测装置应具有较高的抗干扰能力及干扰信号区分能力，能够区分局放信号与内、外界的干扰信号，如开关操作、无线电、通信信号、自检信号等干扰信号；可通过滤波、屏蔽、干扰识别或干扰定位等方式，将变压器运行中的周期型干扰、非周期型干扰和白噪声等现场电磁干扰（雷达信号、电动机干扰、荧光灯等干扰信号）抑制到可接受的水平，将其影响最小化。

d)应具备对局部放电强度（含最大放电量、平均放电量）、放电相位、放电频次以及相应的放电谱图（应由不少于50个连续工频周期的监测数据形成）等状态参量进行连续实时或周期性自动监测、记录等功能，并实现对局部放电的各种表征参数、统计特征参数、放电类型识别和严重程度等结果信息的远程传输；本地应能存储至少1年的数据，并能通过外部接口导出历史数据；监测数据的更新速度不应低于1次/15分钟。

e)应具有异常报警功能，包括监测数据异常、监测装置故障和通信中断等报警功能：报警设置可修改，报警信息应实现实时远传；因监测装置原因引起的不同类型的异常报警应能通过不同的报警信号加以区分，装置自诊断信息应实现实时远传；监测装置宜具备对传感器、通信通道等定期自检功能。

f)应具备局部放电分析诊断功能，可准确给出放电缺陷的类型或各类放电发生的可能性，能判断出不同类型局放信号，包括颗粒放电、悬浮放电、沿面放电、尖端放电、气隙放电等，以及不同类型的干扰信号；并可通过所显示出的放电信号特征参数及谱图（包括二维（Q-φ，N-φ）、三维（N-Q-φ）放电谱图、放电发展趋势图、工频周期波形图或多工频周期扫描图等）的变化趋势，分析局部放电缺陷的发展状况，同时自动生成每天、周、月的监测结果报表。

g)装置应具有外同步信号输入接口。

h)传感器布置应能保证有效检测到变压器运行中的局部放电信号，并满足检测灵敏度等性能指标。

i)在环境背景噪声水平下，系统最低能检测到的脉冲峰值电平尽可能小，最高能检测到的脉冲峰值电平尽可能大，具有良好的动态范围。

10、性能要求变压器局部放电在线监测装置的性能应满足如下要求：a)检测频带：应尽量覆盖变压器内部可能发生的各类局部放电信号的频率范围，监测装置可根据需要选用其间监测灵敏度高、抗干扰能力强的子频段，应尽量避开电磁干扰信号;b)检测灵敏度：最小可测放电量不大于30pC的放电信号，监测结果应能有效反映出局部放电强度的变化；c)抗干扰能力：噪声干扰信号（包括周期型干扰、非周期型干扰和白噪声等现场电磁干扰，如雷达信号、电动机干扰、荧光灯、开关操作、手机信号、无线电等干扰信号）五、技术方案1、系统结构及工作原理GDPD-PTU/OL局部放电在线监测系统分布式总线结构，整体可分为间隔层、过程层和站控层，在变压器放油阀安装的UHF局放传感器和铁心接地电流传感器组成间隔层，传感器的模拟信号接入变压器旁边端子柜内检测单元内，经过信号调理高数采集后，进行数字化处理，把最终结果送到后台数据服务器中存储、分析、显示和远传。

典型系统包括：♦主站计算机系统（光纤局域网通信接口、软件平台和BYCPI专用软件）♦前端采集部分♦传感器部分（局部放电传感器）前端采集单元包括：♦信号调理模块（局部放电信号调理模块）♦数据采集模块（局部放电数据采集模块）♦光纤传输模块♦电源模块2、系统网络前端采集单元与数据中心服务器是通过光纤局域网传输进行通信。

每个前端采集单元是一个单独的IP地址，通过光纤局域网传输数据，数据服务器只需要一个IP地址，通过光纤局域网数据交换，信号采集时，是由数据服务器来发送采集命令，设置各种参数，逐次采集各个点的放电信号，并接收由各个测量点通过光纤局域网所传回的数据。

然后在数据服务器上进行分析，计算后传输给中心数据库。

3、前端采集装置介绍前端采集单元可分为局部放电信号传感器和处理部分、接地电流传感器和信号处理部分、光纤通信传输模块、电源模块。

局放采集装置4、UHF传感器安装介绍（1）主变局放UHF传感器安装方案在变压器放油阀口安装UHF传感器-安装示意图将UHF传感器安装在变压器放油阀口外侧，传感器不伸入闸阀内侧，闸阀保持正常开关功能；（2）主变UHF局方传感器安装方案GDPD-PTU/OL变压器局放在线监测系统在变压器放油阀口安装UHF传感器-安装示意图将UHF传感器安装在变压器放油阀口，闸阀保持完全打开状态，传感器伸入闸阀内，但不超过变压器的箱壁；现场实施方案：GDPD-PTU/OL变压器局放在线监测系统变压器局放监测UHF传感器安装（2）在变压器手孔安装UHF传感器变压器局放监测UHF传感器安装（3）在变压器注油口安装UHF传感器5、变压器局部放电在线监测系统软件部分系统采用虚拟仪器技术的LabVIEW软件作为采集和分析软件的开发平台，保证抗干扰技术的良好实现。