外置式局部放电传感器是监测变压器局部放电缺陷的常规监测装置，但可能受到外部空间电磁波及外部放电的干扰。为此，国网山东电力研发了变压器局部放电内置式智能传感监测系统，助力提高变压器安全运行水平。
传感器放进变压器，局部放电信号定位精准
作者：丁晶 葛畅
7月4日，在山东青岛220千伏尚德变电站，国网山东省电力公司研发人员对变压器局部放电内置式智能传感监测系统的放电源定位算法进行升级，解决了由电磁波传播非视距误差带来的放电定位精度不高问题，使系统定位精度达到10厘米级别。这个数据处于国际领先水平。
变压器是电力系统的关键设备之一。局部放电是变压器运行中的一种常见缺陷，影响变压器安全运行。国网山东电力自主研发了一种精度高、可靠性高的变压器局部放电内置式智能传感监测系统，为及时有效发现变压器局部放电信号提供了全新的解决方案。
传感器由外置变内置 减少外部干扰影响
特高频局部放电监测技术是查找电力设备放电缺陷的常见手段。但常规外置式局部放电传感器易受外部空间电磁波及外部放电的干扰，出现误报情况。
近年来，随着传感技术的发展，将局部放电传感器置于变压器内部，实现对变压器的监测成为可能。然而，这种传感器及监测系统的研发和应用需要解决诸多问题，如传感器内置后与变压器油的兼容性、变压器内部电磁场对传感器监测准确度的影响、传感器的密封问题等等。
2021年8月，国网山东电力组织山东电科院变压器室技术人员成立了油浸式变压器内置传感器研发团队。经过反复试验和改进，他们针对油浸式变压器研发了具有高可靠性和稳定性的内置式特高频传感器，开发了智能监测软件，在此基础上打造了变压器局部放电内置式智能传感监测系统，实现了变压器局部放电的实时监测预警、放电类型判断和放电源定位。
实时监测预警局部放电 精准定位放电位置
“内置式的传感器既需要适应变压器内部的温度、振动、电磁等环境，又要能与变压器油长期共存。这些都没有现成的资料可以参考。于是，我们在材质的兼容性、抗电磁干扰能力等方面开展了大量的模拟试验。”研发团队负责人、山东电科院变压器室主管朱孟兆介绍。
通过模拟试验，研发团队选取聚甲醛作为传感器绝缘材料，采用伞形结构天线作为信号接收器，研制出了变压器内置式特高频传感器。经试验验证，传感器的材质与变压器油完全兼容，满足变压器安全运行条件；传感器监测灵敏度最高达到5皮库，监测范围超过10米，监测角广度超过120度，实现了对变压器内部整体的局部放电监测；传感器安装盘通过凹凸槽设计能够承受变压器的内部压力，避免了渗漏油的风险。
发现变压器局部放电缺陷只是第一步。研发团队还根据监测信号相位分辨的局部放电图谱特征，实现了变压器局部放电类型的判断，进而初步评估放电缺陷严重程度。
实现放电位置的精确定位是研发团队要解决的另一个重要问题。“应用单个传感器只能监测变压器内部是否存在放电缺陷，而应用传感器阵列，根据放电源发出的电磁波到达传感器阵列不同位置的时间差可以计算出放电位置，为运维人员处置缺陷提供更有力的支撑。”研发团队成员朱庆东说，“由于变压器内部复杂的结构对电磁波传播的影响较大，精确获取电磁波到达传感器阵列不同位置的时间差并计算放电位置，难度很大。”
为此，研发团队深入研究了电磁波在变压器内部复杂结构中的传播规律，提出了基于多样本统计能量转换累积的时差求取方法和逐次逼近放电源的定位方程组快速精确解法，实现了放电位置的精确定位。
试点应用效果良好 将在更大范围推广
2022年，变压器局部放电内置式智能传感监测系统在青岛220千伏尚德变电站试点应用，实现了变压器内部局部放电信号的实时监测。
今年5月9日，该系统发现尚德变电站1号主变压器存在内部局部放电缺陷。经过现场排油处理，这一放电缺陷被确认是由铁芯接地线松动引起的。检修人员紧固松动部位并采取防松措施后，变压器恢复运行，局部放电信号消失。
变压器局部放电内置式智能传感监测系统至今运行效果良好，提升了变压器的运行可靠性。国网山东电力结合国家电网有限公司500千伏及以上变电主设备运行可靠性提升专项行动推广该系统，计划今年在更多的变电站应用该系统。
在推广应用该系统的同时，研发团队还在推动系统迭代升级，提高系统的稳定性及与用户的互动性，拓展系统的孪生功能。
项目研发至今，研发团队共获得国家发明专利授权7项、软件著作权授权3项，发表学术论文10余篇，其中有SCI论文1篇、EI论文4篇，牵头或参与编写行业标准1项、企业标准4项。
