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高頻電流互感器與超聲波融合的變壓器局放實時監(jiān)測方案

行業(yè)新聞 1630

1. 背景與意義
變壓器局部放電(Partial Discharge, PD)是絕緣劣化的早期征兆,實時監(jiān)測對預防故障至關重要。傳統(tǒng)單一傳感器(如高頻電流互感器HFCT或超聲波AE)易受現(xiàn)場電磁干擾或機械噪聲影響,導致誤判。本方案提出HFCT與超聲波傳感器融合的監(jiān)測技術,通過多物理量協(xié)同分析,提升局放檢測的靈敏度、定位精度及抗干擾能力,適用于高壓變壓器、GIS設備等關鍵場景。

2. 系統(tǒng)組成與原理
2.1 傳感器配置
高頻電流互感器(HFCT)
安裝在變壓器接地線或套管末屏,檢測局放產生的高頻脈沖電流信號(頻段3-30MHz),靈敏度高,可量化放電強度,但易受周邊電氣噪聲干擾。

超聲波傳感器(AE)
布置于變壓器油箱表面,捕獲局放激發(fā)的機械振動波(頻段20-200kHz),抗電磁干擾強,適用于放電定位,但對絕緣內部缺陷靈敏度較低。

2.2 數(shù)據同步與融合
通過時間同步模塊(GPS或硬件觸發(fā))對齊HFCT與AE信號,利用以下特征關聯(lián)分析:

時域相關性:局放脈沖的電流信號與超聲波傳播延遲匹配(油中聲速約1.4km/ms)。

頻域特征互補:HFCT捕捉高頻電磁分量,AE提取機械振動特征,聯(lián)合排除非局放噪聲(如開關操作、機械振動)。

高頻電流互感器與超聲波融合的變壓器局放實時監(jiān)測方案

高頻電流互感器與超聲波融合的變壓器局放實時監(jiān)測方案

2.3 實時監(jiān)測架構
邊緣層:傳感器數(shù)據經FPGA預處理,提取脈沖峰值、相位、頻譜等特征。

通信層:工業(yè)以太網或光纖傳輸至監(jiān)測主機。

分析層:基于深度學習(如CNN-LSTM模型)分類放電類型(電暈、沿面放電等),結合聲電聯(lián)合定位算法(時差定位TDOA)確定放電源坐標。

3. 技術優(yōu)勢
高可靠性:雙模態(tài)數(shù)據交叉驗證,降低誤報率(如區(qū)分局放與雷電沖擊)。

精準定位:HFCT確定放電相位,AE通過多傳感器陣列實現(xiàn)三維定位(誤差<10cm)。

抗干擾能力:AE屏蔽電磁噪聲,HFCT過濾機械振動,適應復雜變電站環(huán)境。

實時性:邊緣計算實現(xiàn)毫秒級響應,支持云端數(shù)據長期追蹤與趨勢分析。

4. 工程應用案例
某500kV變電站實施本方案后:

檢測效率:局放識別準確率從單一傳感器的82%提升至96%。

故障預警:提前3周發(fā)現(xiàn)套管內部絕緣氣隙缺陷,避免非計劃停電。

運維成本:相比定期停電檢測,年運維費用降低40%。

5. 結論
HFCT與超聲波融合的方案通過多物理量協(xié)同感知,解決了傳統(tǒng)監(jiān)測技術的局限性,兼具靈敏度與抗干擾性,為變壓器狀態(tài)檢修提供了可靠依據。未來可結合數(shù)字孿生技術,進一步優(yōu)化故障預測能力。

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