电力变压器局部放电在线监测系统的研究与设计

许滋奇，王 毅，黄梓亮

（南方电网调峰调频发电有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

局部放电监测系统不仅能检测出变压器的内部绝缘故障，以免放电情况恶化，还能替代压力测试检测变压器制造与安装时的绝缘缺陷，实现故障问题的及时发现与解决。近几年，国内加大了对变压器局部放电监测系统的研究，从硬件电路设计、软件方案设计等方面着手，能有效实现放电监测系统的应用效果，进一步保障电网系统的可靠运行。

1 电力变压器局部放电在线监测系统的硬件电路设计

1.1 监测系统的硬件设计方案

变压器局放监测系统按照功能分类可划分为传感装置、信息调整以及信息分析等模块。系统内部不同传感器线路内配置相应的信息调节模块，主要包括预先处理和现场调控等功能模块[1]。其中，AE传感器电路能起到收集信号的作用，在传感器装置、转换线路和信息收集卡等模块作用下，能保证模块功能的实现。UHF为高频传感器电路，考虑到变压器放电过程中将产生脉冲能量，在进行这一线路设计时，需要利用宽频监测法加强传感器的灵活性。分析变压器实际运行状况时，可发现环境噪音和空气中电晕将对变压器运行造成电磁波干扰。因此，通常采用配置高频天线的解决方法，保证信号收集的精准度。当传感器装置接收电磁波后，将其转换为电压信号，之后借助通信线路进入信号调节模块，并由检波线路作滤除处理。完成上述环节后，可实现对信息的有效收集和整理分析，从而发挥监测系统效能。

1.2 变压器局放调节电路的设计

为了保证系统内部信号收集的可靠性，需要在监测系统内设计放大电路、滤除杂波等电路。当变压器局放过程中，将产生频率范围较宽的局放信号。要想确保信号准确度，需要合理调整传感器导出信号的调节电路。放大装置是将信号幅值扩大处理的线路，使得导出信号电压与局放信号收集卡的接收范围相吻合。但是，变压器运行环境复杂，在不同局放类型中的模拟信号有所差异。如果信号收集卡只采取单纯的扩大形式，可能造成较大的测量误差。因此，需要根据电路内多个调控信号形成的反馈系数，及时调节信号放大装置的增益倍数。通过利用增益装置，可自动转变放大装置的电压测量范围，从而解决局部信号幅值起伏问题。在滤波电路设计方面，考虑到变压器运行时会受到噪音干扰，本文在局放监测系统设计中采用窄带测量方法，以此去除滤波干扰信号。图1为滤波装置逻辑线路构成图。

图1 开关电源滤波装置逻辑线路构成图

2 电力变压器局部放电在线监测系统的软件设计

2.1 系统主控程序的设计

变压器局放在线监测系统主要具备以下功能：局部信号检测、数据分析和用户权限设置等。在用户权限设置上，包括用户登录、操作限制等系统参数。系统功能体现在局放信号检测和计算等方面，利用过程控制理念和信号分析计算方法，根据在线监测及线下分析有机结合的设计理念进行软件编程，从而实现人工干预、智能诊断等功能。在线监测系统在信号监测方面可进行信号收集、信号识别等操作，且系统和模拟软件连接后，可进行局放信号的整理分析，利用图形化工具生成相应的频谱图，实现信号直观展示的功能，进一步帮助技术人员掌握变压器的故障情况。

2.2 数据模块设计

变压器局放信号监测系统需要实现信息收集和数据模拟等功能。在信息收集模块中，包括中断、查询与DMA等数据传输途径。其中，中断方式指的是由计算机提供相关信号对采集卡进行操作，利用中断来实现信号的采集，其需要对变压器运行环境进行保护。查询方式指的是根据设定的时间需求，按时进行信号采集操作，时间由设计人员进行设置。对于DMA方式，在进行局放信号收集时，系统内采集卡仪器与接收信号调控器进行信息交换。采集过程不经过CPU，可缩短信号收集时间[2]。系统实际运行过程中，用户可通过设置相关参数进行DMA的参数需求设置，以确保系统信息采集的可靠性和有效性。在数据处理模块设计方面，考虑到变压器局放过程中将产生大量数据，这时需要借助滤波模块，在对大量信息进行分析去除的基础上，促进信息传输和存储的顺利进行，这有利于降低监测系统的后续处理难度。在对添加滤波处理模块后的原始信号采集波形进行分析后，可明显观察到系统的信息采集功能明显增强。另外，在进行系统硬件驱动模块时，考虑到变压器局放监测系统，主要利用动态链接库来驱动系统内相关硬件，包括内部程序公用代码和数据库[3]。链接库文档包括代码文档和申明文档等。当文件形成后，将它复制到编程需求文件下，利用链接运行软件能实现程序调用等功能，从而实现对系统硬件的驱动功能。在监测系统硬件参数设置过程中，需要注意，应结合实际情况选择对应的运行方式和硬件设备的特征参数，进一步实现与变压器局放信号采集相一致的参数配置，确保监测系统硬件电路和软件方案的合理设计，提高变压器局放监测系统的运行可靠性。

3 电力变压器局部放电在线监测系统的现场实测

3.1 现场情况与传感器安装

以某一都市工业园区为例，该园区设计用电量为100 000 kW。考虑到该区域土地价格偏高，计划利用地下变电站。进行负载计算后，选择使用3台双绕组变压器，相关参数为50 000 kVA、100/10 kV和Ud=10.5%。由于现场监测环境较恶劣，对变压器的局部放电检测技术的要求较高，3台变压器分别安装在变电器室中，在其内壁铺设单层铝膜。每组局部放电监测系统的技术指标为：局部监测系统模拟带宽为1 GHz；高频电流测定范围为0～10 A，灵敏度为5 PC；调控电源交流电压为220 V。实际安装时，要求避开高场强区域，且传感设备安装完成后不能高出油箱内部，以免信号的干扰。此外，传感器引线布设需要考虑避开传感装置位置，经过内陷法兰与油箱连接。

3.2 局部放电监测波形验证

为了确保局部放电监测系统安装过程未破坏变压器电磁平衡，应在设备安装完成后，进行现场交接感应电压局部放电检测实验。根据内加压检测条件，可将这一变电站看作是110/10 kV的降压变电站。系统设备长时间运行的最高电压为Um=126 kV。根据1.1、1.5、1.7等倍数关系，计算得出各相电压长时间加压值分别是U1=1.1Um/=80 kV。以此类推，U2=108 kV，U3=123 kV。在进行加压实验时，需要按照变压器局放试验操作步骤，从0开始增压，在电压为U1时持续5 min，电压增加到U2时维持5 min，再次升高到U3时保持24 s。当加压完成后，再根据实验标准进行降压操作，直至电压为0。通过分析实验结果可得到，局放电压测量结果如表1所示。

以上试验信息标志着3台变压器局放相对稳定，没有产生持续提升的趋势，且检测指标满足运行标准，说明局放检测系统没有破坏变压器内部电磁平衡，能实现对变压器运行的保障作用。

4 结 论

综上所述，当电力变压器内部出现故障或者运行环境恶劣时，变压器局部场强过大将造成局部放电。这一现象的产生不利于电力变压器的安全运行，需要利用局部放电监测系统来保障变压器的正常运行。本文对局部放电电路、系统数据模块等进行了研究设计，通过硬件电路和软件方案的合理设计，可充分发挥局部变电监测系统在变压器正常运行上的有效作用。

[1] 董 杰.电力变压器局部放电在线监测系统的研究与设计[J].电工文摘，2017，（1）：22-25.

[2] 程银花.变压器在线监测系统应用分析[D].北京：华北电力大学，2017.

[3] 王 宁.变压器局部放电在线监测管理系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2015.