变压器内部绝缘系统局部放电分析研究

王馨媛

摘要：文章以在线监测系统结构为切入点，由信号放大器、传感器、检波模块、数据采集、计算机系统及模数转换器构成，通过在线监测系统设计、组装后，测试在线监测系统能够及时收集变压器局部放电信号，予以人员警示。

关键词：变压器;局部放电;在线监测;系统应用

变压器对于电力系统可靠稳定的运行具有重要作用，为提高电网自适应能力，应当做好在线监测工作。而局部放电可将变压器运行情况反映出来，表征变压器内部老化绝缘信息，是设备检测的灵敏特征量，局部放电时会向周围辐射电磁波，可利用天线监测辐射电磁波，保证传感器灵敏精确，利用系统对信号进行采集、储存与预警，从而维护设备运行稳定性。

1. 在线监测系统结构

根据变压器局部放电超高频信号特点，设计监测系统，信号检测由信号放大器、传感器、检波模块、数据采集、计算机系统及模数转换器构成。超高频传感器能够转化局部放电信号为可测量与处理电信号，由于转换新号较为微弱，频率为几百、上千兆赫兹，需降频、放大信号处理，利用信号放大器放大信号;信号放大后，经过检波电路降频电信号，保证信号频率与幅值被调理为便于转换处理的形式，利用模数转换器处理后，使用DPS采集、存储数据，工控机实时分析信号，有局部放电特征信号则输送至变电站控制室。

2. 在线监测系统设计

2.1 超高频传感器

传感器作为检测系统关键元件，对于检测精度及信号处理、提取特征具有决定性作用。本次超高频传感器是立足于矩形微带天线原理进行设计，天线通过绝缘介质正面，利用铜片蚀刻性状形成到点回路，背面接地形成超高频电磁波天线，相较于其他天线类型，微带矩形天线具有便于携带、重量轻、尺寸小的特点。FR-4环氧树脂由于介电性、机械性好，设计超高频传感器以FR-4环氧树脂为绝缘基片材料。在基片正反面均蚀刻铜片，反面接地、正面能够接收高频信号，各有焊点能够将其连接起来，传感器使用同轴线馈电模式，天线底部引入轴线，同轴线内芯利用介质基片连接天线正面铜片，同轴线外导体连接天线背面。

超高频传感器通过吉赫兹横电磁波小室获得传感器幅频特征，获取频率范围内高度平均值为输出信号量化表征参数，提高传感器灵敏性，搭建吉赫兹横电磁波室。

测试中传感器放在GTEM表面，以网络分析仪确定传感器幅频特性，频段检测在300-1500MHz内。

2.2信号处理设计

2.2.1超声信号处理

局部放电信号微弱，运行变压器现场也存在声波噪声、电磁波等，传感器获得信号较为微弱，夹带噪声信号，需进行信号放大滤波处理。在放大电路中，采取AD8055芯片放大电路，性能参数见表1：

为提高检测精度、减少噪声，设计差分电路，转换单端传输信号为差分信号，利用AD8131芯片构成差分电路。

2.2.2超高频信号处理设计

在超高频传感器中检测信号范围较广，为滤除通信等干扰，设计检波器和放大器共同构成的信号处理器，使用ADL5441芯片构成放大电路，差分电路和信号处理电路相同。

2.3数据采集设计

监测系统为保证能够准确收集传感器所检测的局部放电信号，采取C语言设计局部放电采集信号软件，立足于DSP工具CCS环境下开发软件，支持开发多款DSP，利用开发环境下编辑、汇编调试程序，为设计DSP软件提供便利条件。在检测局部放电信号中，要求及时采集局部放电信号进行判断，程序软件作为主体，能够协调各分系统。

初始化程序需要设定系统各端口、外设等变量，完成初始化，检测有局部放电信号采集信号数据，信号处理后输入DSP存储，上传采集数据。

3.系统组装与调试

3.1 信号处理模块

局部放电检测能够获得局部放电处理后的信息，选择NIUSB-5133采集卡信号，实现信号前置处理单元获得的模拟信号与数字信号完成转换。该采集卡参数为灵敏度156mV、输入模拟电压±20V、输入模拟分辨力8bits、最大采样率100MS/s，最大带宽50Hz。

3.2 电源模块

选用市场购买锂电池为系统供电，额定电压为21V、容量42000mAh、充电电流<5A、放电电流<15A、工作电压18.5V、放电保护电流35A。经过测试锂电池可为系统工作提供5h支撑，满足多数检测局部放电续航需求。

3.3 主机模块

该模块含有分析局部放电软件，能够分析判断接收的局部放电信号，生成分析结果，明确工频周期疑似局部放电信号脉冲数量及幅值。

3.4性能测验

组装传感器模块、信号采集、处理及电源等，构成检测局部放点系统，能够监测局部放电特高频与超声波，以脉冲发生器進行局部放电模拟，放电量为60pc，电路串入100pE电容，能够产生超高频放电脉冲电流，经过检测发现具有良好效果，能够及时发现变电器局部放电，便于人员维修处理。

4.结语

综上所述，变压器运行环境恶劣或是产生内部故障，局补偿强大则会造成局部放电，影响设备安全运行，可合理设计局部放电检测系统，将系统作用发挥出来，保证变压器运行稳定。

参考文献

[1]罗福良，吴定云，马占林，陈王峰，覃善西，杨加浩，王国明.智慧变电站变压器综合在线监测技术综述与应用[J].电工技术，2021（13）：144-146+152.

[2]刘维功，吴冠霖，刘志良，孙进，时振堂.炼化企业电气设备在线监测系统初探[J].当代化工，2020，49（10）：2268-2271.

[3]陈茹，胡绍林.基于ZigBee的电网变压器远程在线监控系统设计[J].自动化博览，2020，37（06）：76-82.