一、 系统概述

电力变压器设备局部放电在线监测系统是本公司针对国家电网《电力设备带电检测技术规范》、《变电设备在线监测装置通用技术规范》等相关在线监测技术要求研发的产品。系统采用接触式超声波局部放电检测技术、外置式特高频局部放电检测技术，高频脉冲电流局部放电检测技术，适用于110KV及以上等级电力变压器设备的局放信号实时监护和异常报警，具有灵敏度高、抗干扰性能强、具备多种通讯方式等特点。

局部放电测量有助于发现变压器内部的多种绝缘缺陷，是诊断变压器健康状态的重要手段。在变压器制造、安装、运行和检修的各个环节，凡是具备条件的，都应该进行局部放电检测。在变电站现场，由于受电磁环境、检测设备和试验电源等条件的限制，通常难以对变压器进行常规的脉冲电流法检测。实践经验表明，局部放电超声波和特高频，高频检测具有检测灵敏高和抗干扰能力强的特点，提供多种局部放电二维，三维图谱波形和放电幅度情况，可以较好地评估电气设备局部放电情况，适用于发电厂和变电站现场条件下的变电站局部放电测量。

系统示意图如下图所示：

如图 1 所示，电力变压器局部放电在线监测系统主要由前端内/外置式特高频传感器、接触式超声波传感器、高频传感器和振动传感器、多通道局部放电采集单元、数据分析终端服务器和局部放电分析软件构成，前端局放信号采集传感器安装在变压器设备的铁芯夹件接地、散热器外壳等位置，通过同轴电缆接入局部放电采集单元，采集单元具有信号滤波放大和模数转换功能，可对传感器耦合信号进行滤波降噪和放大，以达到 AD 转换的量程范围内，局部放电采集单元采用 125MS/s 采样率， 14 位分辨率，十六通道同步采集传感器耦合的特高频放电信号，通过同步控制单元和实际电压相位保持一致。同时采用触发采集模式，当触发信号达到触发采集阈值时，局部放电采集单元立即采集一定时长的局部放电信号，由于系统采用同一触发信号对各局部放电采集单元进行同时触发，因此各采集单元能够达到高度同步性，同步时差＜100ns。

局部放电后台监测软件主机（服务器）通过光纤、网线、RS485或者4G网络可集中控制各局部放电采集单元，调整采集单元的采集时间间隔和发射数据间隔，同时接收各局部放电采集单元返回的局部放电波形，并实时显示和存储，根据各局部放电采集单元测量到局部放电的放电量、极性及时间差，根据局部放电的波形统计特征，与专家库中相应的参量进行比较，得出局部放电故障判别， 进一步判断判别局部放电的危害程度。

功能特点

● 分布式布局，扩展性强

监测终端网络化布局，在原有布局基础上加入或者撤掉终端时，系统无需额外设置，自动进行识别和配置。

● 实时监测

系统记录各监测节点的实时数据，监测周期可以灵活设置。

● 高灵敏度

最小可检测5PC的放电信号。

● 及时预警

当某节点监测到异常局放量时，将快速反馈给监测服务器，服务器软件记录必要信息，发出警报给用户。

● 抗冲击

可承受600KV的闪络冲击，终端设备不损坏、数据不丢失。

● 抗干扰

具备时域、频域信号分析技术，可有效分离干扰信号和局放信号，可有效避免仪器电源端的干扰。

● 边缘化计算

符合当前物联网终端设计理念，计算边缘化，数据就地处理，异地分析

断，数据再现回溯机制。

● 传输稳定

借助强大的移动网络，数据直接远传至服务器，传输性能可靠，网络延时小。

● 接入安全性好

系统的接入不影响变压器的密封和绝缘性能，不影响设备的安全运行。

二、监测系统介绍

2.1 测量原理

电力设备绝缘体中绝缘强度和击穿场强都很高。当产生局部放电时，绝缘气体击穿过程和击穿时间很快，放电电流波形中的第一个波的宽度约为1ns，其频率成分丰富，对时域信号进行频谱分析，发现其中有的频率超过GHz。因此可以利用特高频传感器接收局部放电发出的特高频信号进行检测。由于现场的电晕干扰主要集中在 300MHz 频段以下，因此 UHF 法能有效地避开现场的电晕等干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，可实现局部放电带电检测、定位以及缺陷类型识别等优点。

特高频检测原理如下所示：

超声波传感器主要是用来采集变压器内部发生局放时产生的超声信号，超声波传感器安装在变压器侧壁上，采用吸附式安装，除了高压出线侧不安装超声波传感器，其余三面各安装2只超声波传感器，有效保证了超声传感器监测实现全局覆盖安装。

通过安装在电力变压器铁芯和夹件上的脉冲电流传感器，来耦合电缆本体里的局部放电脉冲电流信号，耦合到的脉冲信号通过同轴电缆传送至智能数据采集终端，经多次采集（一般测量50个工频周期）后， 对模拟信号经过滤波、放大处理和模拟数字转换后变成数字信号，再经过高阶数字滤波处理后由处理器经过无线信号发射单元传送至服务器。

终端将系统所设置的每个测量周期内的局放信号峰值，有效值计算，加入时戳，传输给分析软件。

2.2 系统组成框图

以光纤或者网线方式布局的变压器在线监测系统为例，如下为系统组成示意图，由若干采集单元和在线监测数据服务器构成一个封闭的光（电）网络，监测数据统一在数据服务器集中，再由数据服务器定时输送给电脑的在线监测软件。检测信号端分别用同轴电缆线连接各个局放传感器。

其中在线监测数据服务器请使用和服务器电脑连接或者连接外网路由器。多个监测子站可以通过把数据服务器连接到一起汇聚成一个较大的监测网络（注意数据服务器的IP地址不要冲突，监测子网的光网络相互隔离）如图5所示。

2.3 特高频传感器

特高频传感器用于接收被测设备局放产生的特高频电磁波信号。

可选外置式和内置式特高频传感器。

主要技术参数：

工作频带：300～1500MHz；

平均有效高度：≥10mm；

内置式手孔传感器尺寸：200-400法兰盘大小可定制。

2.4  超声波传感器

超声波传感器采用日本富士生产的压电陶瓷敏感元件，温度稳定性，灵敏度高达67dB。频率带宽覆盖常用金属材料的声发射信号频率。

超声波传感器是基于超声波检测技术，将感受的超声波信号转换成可用电信号输出的传感器。传感器采用接触式的方式。

主要技术参数：

接触式工作频带：20 kHz～200 kHz；

信号传输方式：50Ω同轴电缆；

放大倍数：20～60dB可调；

2.5  高频电流传感器

高频电流传感器由磁芯、罗高夫斯基线圈、滤波和取样单元以及电磁屏蔽盒组成。线圈绕在高频下具有较高导磁率的磁芯上，滤波及取样单元的设计，兼顾测量灵敏度和信号响应频带的要求。为了抑制干扰，提高信噪比，并考虑到防雨、防尘等要求，罗高夫斯基线圈及滤波采样单元都安装在金属屏蔽盒中。

主要技术参数：

检测频带：0.3MHz～30MHz

传输阻抗：≥10mV/mA

输入阻抗：50Ω

2.6 局放检测单元IED

本系统采用模块化设计方法，通过安装在变压器壳体上的超声波传感器，特高频传感器和高频传感器来检测变压器本体里不同频段的局部放电脉冲信号，检测到的信号通过同轴电缆传送至智能局放采集单元，经多次采集（一般测量50个工频周期）后，对模拟信号经过滤波、放大处理和模拟数字转换后变成数字信号，再经过高阶数字滤波处理后由处理器经过通信单元传送至后台服务器。

    采集单元可采用电压外同步或者单元内同步方式，用以标定各种特征信号发生的时刻值，实现各终端之间的相位和时基同步，方便后续局放图谱分析。

单元采集的每组局放数据，根据是否有时标信号或相位信号输入，分别标注相应的时刻参数。经算法处理后先本地存储，然后根据服务器端软件指令向服务器发送指定数据。既保证数据系统性，不遗漏诸如局放信号等特征信号，又不至于引起通信堵塞。

单元将系统所设置的每个测量周期内的局放信号峰值，有效值计算，加入时戳，传输给数据服务器集中处理，然后交给在线监测软件统一呈现。

1. 检测单元实时采集并处理超声波和特高频、高频局放信号和声纹振动信号；

2. 监测过程无需人工干预，自动、实时、连续监测；

3. 具有幅值监测、周期图谱监测、PRPD2D-PRPS3D监测功能；

4. 安装简单方便，适用于主变设备现场安装，不改变原有功能部件；

5. 可通过后台监控软件实时查看数据和调阅历史测试数据，方便进行横向和纵向数据对比，并进行专家级数据分析。

通信方式

1. 检测单元和传感器之间采用50欧同轴电缆连接；

2. 检测单元和通讯控制终端之间可采用多种可选通信方式，包括光纤RS485通信，有线网络等。

2.7 在线监测数据处理IED（选配）

数据服务器用于和智能检测单元组成分布式检测局域网，通过光纤（或者Lora/RS485/有线网络等）将智能检测单元的数据统一汇总，并通过光纤，网线或者4G网络等多种可选通信方式和位于站内或者远方的控制中心本地服务器进行数据交互。

当布置好网络后，可以根据现场网络情况，通过数据集中器配置软件配置网口地址，作为数据出口上传到后台WEB监测平台，光口IP一般不需要修改，出口网关根据实际网络修改，后台WEB服务器URL，根据后台WEB服务器地址修改，数据服务器SN一般不要修改。

三、系统技术参数

Ø 适用范围

可以在不停电的状态下对设备进行带电检测，适用于变压器设备的特高频、高频局部放电信号和超声波信号的在线监测。

Ø 环境条件 

环境温度 -30℃～60℃；

相对湿度 ≤95%；

Ø 供电方式

外部AC220V供电；

Ø 传感器

高频局放检测：

检测频带：              300kHz～30MHz；

信号传输方式：          50Ω同轴电缆；

增益：                  72dB；

传感器安装方式：        钳型；

高频滤波器：     带通：3M～30MHz，300K～30MHz,100K～30MHz可选

特高频局放检测：

检测频带：               300MHz～1500MHz；

信号传输方式：           50Ω同轴电缆；

放大：                   ≥40dB；

特高频滤波器：          带阻：690～960MHz，效果：≥50dB；

接触式超声波检测：

检测频带：              20kHz～300kHz；

信号传输方式：          50Ω同轴电缆；

前置放大器：            20～80dB可调；

Ø 图谱显示

多种图谱显示方式： 趋势折线图，PRPD, PRPS, 相位直线图，四要素图，飞行图谱等。
四、现场应用图片