電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

【摘要】當(dāng)運(yùn)行環(huán)境惡劣或內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，電力變壓器會(huì)由于局部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高而產(chǎn)生局部放電。局部放電的發(fā)生會(huì)影響電力變壓器的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可能造成電力變壓器的損壞，因此對(duì)電力變壓器局部放電進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是電力變壓器監(jiān)測(cè)的重要環(huán)節(jié)。本文就電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單那的分析。

【關(guān)鍵詞】電力變壓器；局部放電；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；研究；設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段市面上的電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是根據(jù)單一的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行診斷，系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性和精度不夠理想，無(wú)法清晰區(qū)分電力變壓器絕緣體系統(tǒng)放電的類(lèi)別，因此對(duì)電力變壓器絕緣受到何種程度的破壞無(wú)法得到準(zhǔn)確的結(jié)論。在這種背景下，結(jié)合超高頻的電磁波信號(hào)來(lái)對(duì)電力變壓器局部放電所展示的特征進(jìn)行分析，將成為未來(lái)電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

1、電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的分析

電力變壓器局部放電通常會(huì)伴隨超聲波、電脈沖、電磁輻射和光等，同時(shí)油中放電會(huì)導(dǎo)致能量的損耗。這就衍生出介質(zhì)損耗率、脈沖電流法、化學(xué)檢測(cè)、紅外檢測(cè)、超聲波測(cè)量、光測(cè)量等測(cè)量方法，而現(xiàn)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)的工作原理如下：通過(guò)設(shè)置在電力變壓器上的UHF傳感器來(lái)捕捉電力變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的特殊信號(hào)（如局部放電的超高頻信號(hào)），將檢測(cè)到的特殊信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)數(shù)字量來(lái)完成對(duì)特征信號(hào)的檢出工作，然后結(jié)合波形、頻譜來(lái)進(jìn)行深入分析，從而進(jìn)一步達(dá)到故障定位及預(yù)警的目的。

2.2電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能模塊

①站點(diǎn)管理模塊

作為電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，站點(diǎn)管理模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)采集通道參數(shù)和采集設(shè)備進(jìn)行管理。本系統(tǒng)中的1個(gè)采集設(shè)備可以采集16路傳感器的數(shù)據(jù)，而如果想要更改采集通道參數(shù)，那么可以發(fā)送UDP等配置數(shù)據(jù)包到采集設(shè)備中。

②局放數(shù)據(jù)采集處理模塊

在對(duì)電力變壓器局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，要求每秒采集量應(yīng)大于5條，并且局放數(shù)據(jù)處理時(shí)間要控制在0.2s以?xún)?nèi)，這樣才能夠確保系統(tǒng)擁有足夠的吞吐量。

③局放數(shù)據(jù)輸出模塊

根據(jù)相位、報(bào)警等級(jí)等局放信號(hào)，局部數(shù)據(jù)分析子模塊經(jīng)過(guò)一定運(yùn)算后將得到報(bào)警信息和局放分析結(jié)果。此外，局放數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊包含的數(shù)據(jù)由如下兩個(gè)方面組成：歷史局放數(shù)據(jù)，歷史局放數(shù)據(jù)包含的主要是當(dāng)日內(nèi)局放數(shù)據(jù)的脈沖平均值、最大值，局放缺陷的結(jié)果等；實(shí)時(shí)局放數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)局放數(shù)據(jù)包含的主要是50組最近及最新的局放數(shù)據(jù)。

④局放數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊

局放數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊提供單通道放電曲線、多通道放電曲線、警報(bào)數(shù)據(jù)（不同警報(bào)等級(jí)下，對(duì)具體日期的警報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)）、歷史數(shù)據(jù)（在具體采集設(shè)備及一定時(shí)間范圍內(nèi)，查詢(xún)?nèi)S放電圖譜、24h趨勢(shì)圖、俯視圖及右視圖等）的查詢(xún)，確保操作人員能夠根據(jù)實(shí)際需求來(lái)查詢(xún)所需數(shù)據(jù)。

⑤局放數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊

對(duì)于已經(jīng)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中的局放數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠通過(guò)相應(yīng)操作將它們導(dǎo)入到Excel表格中（具體操作時(shí)，操作人員先選取指定的采集設(shè)備及采集通道，找出合理的時(shí)間范圍，然后將相應(yīng)局放數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格中）。

⑥系統(tǒng)設(shè)置模塊

系統(tǒng)設(shè)置模塊的主要功能是對(duì)用戶(hù)的權(quán)限進(jìn)行管理，通常用戶(hù)包括管理用戶(hù)和匿名用戶(hù)兩類(lèi)。其中管理用戶(hù)的權(quán)限包括局放采集、查詢(xún)、修改、增加及刪除等，匿名用戶(hù)的權(quán)限包括局放采集及查詢(xún)。通過(guò)對(duì)用戶(hù)權(quán)限進(jìn)行管理，能夠極大降低站點(diǎn)的操作錯(cuò)誤率，提高系統(tǒng)的整體安全性。

3、電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

為了抑制噪聲干擾需要采用硬件濾波技術(shù)。根據(jù)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(lèi)。在具體選用時(shí)要注意：濾波電容要求耐高壓、絕緣好、溫度系數(shù)小、自諧振頻率高；濾波電感要求溫度系數(shù)小、直流阻抗低、在負(fù)載電流范圍內(nèi)不飽和；濾波器最好采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，以保證線路平衡，這樣有利于抑制共模干擾。在本系統(tǒng)中，由于電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝現(xiàn)場(chǎng)的干擾源多在200MHz以?xún)?nèi)，因此最終從成本和安裝簡(jiǎn)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用MVC設(shè)計(jì)模式。整個(gè)系統(tǒng)從上至下分為視圖層、控制層及Model模型層，具體說(shuō)來(lái)：

首先，視圖層中包含局放數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊、站點(diǎn)管理模塊及局放數(shù)據(jù)顯示模塊。其可以調(diào)用控制層發(fā)出的指令和模型層Model，提供一些主要方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢(xún)及顯示燈功能。

其次，控制層中包含局放數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、局放數(shù)據(jù)分析模塊及查詢(xún)模塊等。當(dāng)視圖層經(jīng)輸入提交指令后，控制層可以對(duì)模型構(gòu)建進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)用。

最后，Model模型層中包含數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及通訊模塊。其可以對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包、通道信息表及設(shè)備信息表等進(jìn)行封裝，并且能夠被控制層發(fā)出的指令所調(diào)用。

小結(jié)：

局部放電在線監(jiān)測(cè)不僅可以檢測(cè)出電力變壓器的早期內(nèi)部絕緣故障，避免放電情況的惡化；而且可以代替壓力測(cè)試來(lái)測(cè)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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