安婧
国网宁夏电力有限公司检修公司，宁夏 银川市 750011
摘要：变压器在变电站中起到枢纽作用，是电力系统输变电运行中极为重要的电气设备。如果变压器发生故障，将导致部分或全部系统停止运行，甚至造成严重的停电事故。变压器内部连接件、阀侧绕组和出线套管绝缘失效导致据变压器绝缘失效的重要原因之一，局放故障则是换流变绝缘失效的主要表现。因此，对变压器运行状态进行局部放电的在线监测，可以及时发现早期的故障隐患，对于变压器绝缘状态评估、维护以及电网的安全运行具有重要意义。
关键词：变压器；套管；局部放电；传感器；在线监测
中图分类号：TM206 文献标识码：A
1 引言
变压器中绝缘部分的质量对变压器设备整体的使用性能和寿命都至关重要，因为绝缘劣化将产生局部放电现象，引发电力设备故障。这种情况是因为变压器内部各体制间的绝缘体为部分桥接，这样在一定范围内的导体会在绝缘体放电时产生带电反应。一般的局部放电可视作电力输送设备中的常规现象，不会对整个变压器系统造成过大的影响，由于电力强度较高会造成电弧击穿。若局部放电现象出现的较为频繁，发生点位较多时就会破坏电力变压器的完整性，电场强度越大，故障发生率越高，用电风险也会加大。
2 变压器局部放电在线监测研究现状
局部放电是导致电力设备绝缘故障的主要原因，虽然没有造成击穿但能够表征电气设备出现了绝缘劣化，局部放电与电场环境是紧密相关的。局部放电会产生多种类型的现象，包括电现象和非电现象。电现象通常伴随电能损耗以及电荷转移，例如电磁辐射、电脉冲；非电现象例如发热、发光、产生声波、产生生成物等。局部放电是反映变压器绝缘状态以及判别变压器绝缘老化程度的主要依据，局部放电特征量可以表征电力变压器内部绝缘老化从而反映出变压器的运行情况。按照局部放电产生的现象是否属于电现象，变压器局部放电的检测方法可以分为电气测量法和非电测量法。常见的脉冲电流法、特高频检测法、射频检测法都属于电气测量法，非电测量法主要包括气相色谱法、超声波检测法、光检测法、温度测量法、红外测量法。目前国内外对电气设备局部放电的研究中，己经发现电气设备的绝缘状况可以用局部放电来进行较为准确的判别，基于超声波检测方法的变压器重症监护系统，利用数据融合分析数据，系统可以实现局部放电源的准确定位。
3 电力变压器局部放电带电检测技术
3.1 分布式物联网传感器的硬件设计
无线传感器是物联网监测网络的基础设备，为了确保被测设备寿命周期内全程受到保护监测，传感器应当具有长于被测设备的使用寿命。除此之外，其还应具备较高的电源效率、可靠性和经济性。虽然微集成传感器已形成商用化规模，可直接监测温度、湿度、振动等状态信息，但对大多数专用传感量(例如局部放电、泄漏电流等状态参量)，仍缺乏WSN传感器可供选择，需要另行设计。一般而言，无线传感器节点的硬件构成包含传感器为主的模拟部分，以及以进阶精简指令集计算器与多路存取计算机为主的数字部分。传感器单元设计的基本原则是寻求数据精度、实时性和电能续航之间的平衡，这就要求在硬件设计时应注意信号耦合器、预处理器、处理器、电源和数据收发器等设备之间紧密的启动配合。因配电网传感器网络组网规模庞大，应尽量避免更换电池等人工操作。因此，高效的电源管理方案和完善的运行策略是传感器节点设计的关键。显然，数据发送和接收模块决定了整个节点的功耗水平。另一方面，传感器待机模式下的功耗水平也远高于睡眠模式。
为了降低传感器节点的能耗，延长电池的使用寿命从而降低人工运维成本，应当着重考虑以下两个方面。第一是合理规划MPU的活动时间，建立传感器节点在待机和睡眠模式之间的动态切换方案。第二是适当节省计算能力、队列高速缓存以及数据传输速率，以减少处理器能耗。这意味着必须在保证监测数据有效性的前提下，尽量降低采样率和数据采集的分辨率。因此，对于快速事件(例如局部放电、过压、振动等)的数据采集，原始信号的模拟解调处理必不可少，通过数据降频降低A/D转换压力。以精简指令值计算机(reducedinstructionsetcomputer,RISC)构架(ARM，1MHz)为例，如果耦合信号的上限频率>500kHz，则信号必须经过降频处理以保证采样精度。除了处理器能耗外，数据传输和接收的能耗也占有较大比例，因此需要将传感器节点的数据比特率和监测密度调整至相对较低水平。
3.2 脉冲电流法
脉冲电流法，也称为耦合电容法，它是发展最久、最成熟的一种方法，是局部放电的检测方法中应用最为广泛的方法。局部放电时会产生电荷，这些电荷发生正负中和将引起电极两端的电压变化，同时产生陡脉冲。将检测得到的脉冲电流进行滤波、放大、信号采集和后处理，获得局放信号视在放电量，用于电气设备诊断。脉冲电流法根据测量方式可分为直测法和平衡法。直测法容易受到外界电磁环境的干扰，使得测试灵敏度和信噪比较低，影响局放信号的检测和故障诊断。平衡法是指利用西林电桥和差分电桥等方式抑制局放信号的共模干扰，干扰抑制比高，但是灵敏度比直测法低。由于脉冲电流法发展成熟，且效果良好，目前相关研究主要在于脉冲电流法的改进。例如，沈煜等人利用甚宽带改进了脉冲电流法，在变压器设备检测中频带宽、信息量大、抗干扰能力强，取得了良好的效果。
3.3 超声波定位法
超声波信号和电脉冲信号间会有延时反应，在变压器的某处设置参考传感器，放电信号在此传感器和其他处的传感器间传递会有一个时差，将此时差代入双曲面法计算公式中可得出大致的放电位置，在此过程中必须要特别注意时间差、算法和等值声速对定位结果准确性的影响，可采用声速变量、增加探头的方式逐渐缩小放电位置并最终精确定位。
3.4 局部放电检测联合定位法
以上检测方法各有优劣，光学法只能定位小范围内的放电位置，特高频具有信号具有干扰小、反应灵敏的优点，阵列传感器可多点定位，为保证定位结果的准确性，并考虑到技术成本和可操作性，实际进行局部放电定位检测时经常采用多种方法协同合作，例如超高频与超声波法的配合，超高频与光学法的配合，这类定位法统称为联合定位法，采用此法时要考虑到变压器局部放电的复杂性，将两种定位法合理融合，并注意提升各环节中的综合操控能力。
4 结束语
目前，对于电力设备绝缘局部放电的检测有较深入的研究，检测和去噪方法多样，技术发展迅速。与非电测法相比，电测法能直接反应局部放电的电信息，原理简单，获得了广泛的应用。非电测法则一般作为电测法的辅助手段来改进电测法，随着未来对局放机理更进一步的研究，非电测法将会得到更大的发展。
参考文献：
[1] 马建涛,冯新岩,崔勇,杨承龙,石秀岩.特高频时差定位法在GIS局部放电检测中的应用[J].山东电力技术,2018,45(10):49-52.
[2] 葛志成,田世杰,范继伟,黄涛,董洪达,张赛鹏.基于特高频法的500kVGIS带电检测[J].吉林电力,2018,46(05):44-46.
[3] 杨焘.10kV开关柜局部放电带电检测技术的应用分析[J].居舍,2018(29):67-68.
[4] 吴鸿雁.GIS局部放电带电检测技术分析与现场应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2018(10):189-190.
[5] 荀华,杨玥,刘先举,常公鹏.基于三通道局部放电带电检测技术的电力电缆状态检测与精确评价[J].内蒙古电力技术,2018,36(04):71-74.