無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在電力變壓器檢修中的應(yīng)用

張玉學(xué)++羅菁菁

摘 要：變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，該文研究利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)中變壓器狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并定位故障點(diǎn)，從而迅速有效的進(jìn)行變壓器檢修，減少因變壓器故障造成的經(jīng)濟(jì)損失，提高電網(wǎng)運(yùn)行和檢修效率。

關(guān)鍵詞：變壓器 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 檢修

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)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(tǒng)中廣泛使用重要且昂貴的高壓電氣設(shè)備，它進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化、電壓的轉(zhuǎn)變及電流的傳輸，如果在電力運(yùn)行中發(fā)生故障，將直接影響電網(wǎng)的供電，不但修復(fù)費(fèi)用大，還會(huì)影響電力系統(tǒng)運(yùn)行，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此除了選用高質(zhì)量的變壓器之外，如何使用高效的故障診斷技術(shù)從而提高變壓器的運(yùn)行維護(hù)水平具有更加重要的意義。

1 變壓器故障表現(xiàn)及原因分析

變壓器發(fā)生故障后通常表現(xiàn)為過熱和放電。

1.1 過熱故障

過熱故障經(jīng)常是變壓器內(nèi)部的局部過熱、溫度升高。主要原因有：（1）風(fēng)冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障。（2）分接開關(guān)接觸不良或匝間短路引起局部過熱。（3）鐵芯兩點(diǎn)或多點(diǎn)著地。（4）變壓器制造結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(zhì)會(huì)引起火花放電。當(dāng)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?qū)w之間接觸不良以及變壓器內(nèi)部某些位置有尖角、毛刺、漆瘤等可能會(huì)引起局部放電[2]。匝層間絕緣擊穿、引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)飛弧等故障會(huì)引起高能量放電。

高能放電能量密度大，產(chǎn)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(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備燒毀，甚至發(fā)生爆炸。

2 利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測變壓器故障

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)的、具有無線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)，通過自組織方式構(gòu)成的能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這些傳感器節(jié)點(diǎn)通過多跳路由自主成網(wǎng)，采集區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息并轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后判斷事件并作出決策，這也是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心內(nèi)容[3]。

2.1 變壓器狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測方案

2.1.1 溫度過高實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)

利用紅外探測器全面的感應(yīng)檢測目標(biāo)的紅外輻射訊息，通過放大處理手段，進(jìn)而反饋為標(biāo)準(zhǔn)化電壓或電流信號，再借助電視屏及相對應(yīng)的監(jiān)視器等介質(zhì)顯示出紅外線熱的影像圖。

2.1.2 局部放電實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)

在變壓器內(nèi)部如果存在局部放電，表明變壓器絕緣有薄弱環(huán)節(jié)，或絕緣距離不符合要求，放電時(shí)間一長或放電嚴(yán)重，將會(huì)使絕緣擊穿，繞組擊穿或燒毀，是較大故障[4]。放電監(jiān)測傳感器裝置一般是設(shè)定了變壓器的繞組在局部放電時(shí)，其首末端的電壓比值及放電點(diǎn)關(guān)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(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)

變壓器在實(shí)際工作過程中，由于受潮、沉淀物變多、設(shè)備老化、工作異常等原因，其產(chǎn)生的氣體也會(huì)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(yīng)的傳感器對這些氣體進(jìn)行感知處理和報(bào)警。

2.2 利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測變壓器運(yùn)行狀態(tài)

2.2.1 工作原理

利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗、自組織、以數(shù)據(jù)為中心、協(xié)作地處理和傳輸信息等這些特點(diǎn)，可以在變壓器上設(shè)置相應(yīng)的溫度、超聲波或氣體傳感器，及時(shí)的檢測因內(nèi)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(fā)等狀況，其原理圖見圖1。

在該設(shè)計(jì)中，城市電網(wǎng)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(shí)時(shí)的監(jiān)測各變壓器狀態(tài)，并把這些狀態(tài)信息匯聚到簇頭或基站、簇頭或基站按優(yōu)先級提取有用信息，經(jīng)過網(wǎng)關(guān)，由Internet傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心若發(fā)現(xiàn)變壓器工作異常，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)或檢修。

2.2.2 關(guān)鍵技術(shù)

要能實(shí)時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)中變壓器狀態(tài)并及時(shí)定位，從而進(jìn)行維護(hù)和檢修，涉及到幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：此協(xié)議不再是普通的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因?yàn)樗慕K端各不相同，如何協(xié)同有效工作，這是協(xié)議要考慮的問題。

時(shí)間同步：網(wǎng)絡(luò)中的各種設(shè)備保持工作時(shí)間的一致。

定位技術(shù)：在遍布眾多的傳感器中，如果定位故障設(shè)備是協(xié)議要解決的重要技術(shù)。

數(shù)據(jù)管理：由于傳感器眾多，搜集到的數(shù)據(jù)也很多，要考慮如何存儲、過濾、傳輸這些數(shù)據(jù)。

能量管理。有源還是無源，如果節(jié)約能量。

安全管理。

智能電網(wǎng)是未來電網(wǎng)建設(shè)的重要解決方案，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。目前在智能讀表方面已有一定應(yīng)用，該文研究的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障并迅速定位，能大量節(jié)約人力物力，減少經(jīng)濟(jì)損失，提高電力運(yùn)行和檢修效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 商嵩，謝志梅.黎亮明變壓器常見故障及其在線檢測技術(shù)的探討[J].價(jià)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)在其診斷中的應(yīng)用[J].儀器儀表與檢測技術(shù)，2013：65.

[3] 郭珊珊.無線傳感器網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)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(yù)防措施[J].邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011：65.