无线传感器网络在电力变压器检修中的实践探索

蒋春悦

摘 要：变压器是电力系统中的重要设备，该文研究利用无线传感器网络实时监测电网中变压器状态，及时发现故障并定位故障点，从而迅速有效的进行变压器检修，减少因变压器故障造成的经济损失，提高电网运行和检修效率。

关键词：变压器;无线传感器网络;抢修

电力变压器是供配电系统中广泛使用重要且昂贵的高压电气设备，它进行能量的转化、电压的转变及电流的传输，如果在电力运行中发生故障，将直接影响电网的供电，不但修复费用大，还会影响电力系统运行，造成更大的经济损失。因此除了选用高质量的变压器之外，如何使用高效的故障诊断技术从而提高变压器的运行维护水平具有更加重要的意义。

1 变压器故障表现及原因分析

变压器发生故障后通常表现为过热和放电。

1.1 过热故障

过热故障经常是变压器内部的局部过热、温度升高。主要原因有：（1）风冷系统出现故障。（2）分接开关接触不良或匝间短路引起局部过热。（3）铁芯两点或多点着地。（4）变压器制造结构缺陷引起的涡流。（5）主绝缘击穿[1]。

1.2放电故障

变压器普遍出现的放电故障有火花放电、局部放电及高能量放电。油中误掺入了杂质会引起火花放电。当油中存在气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔，金属部件或导体之间接触不良以及变压器内部某些位置有尖角、毛刺、漆瘤等可能会引起局部放电[2]。匝层间绝缘击穿、引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障会引起高能量放电。高能放电能量密度大，产生气体急剧，常使绝缘纸穿孔、烧焦或炭化，使金属材料变形或熔化烧毁，严重时会造成设备烧毁，甚至发生爆炸。

2 无线传感器网络的特点

无线传感器网络是一种新型网络，其特点主要包括以下几个方面：①1电源能量有限。电池是节点供电的主要形式，而每个节点必然不存在無限的能源，电池能量耗尽即表示节点的正常工作将会停止;②具有较多节点;通常监测区域会布置数量众多的节点以实现信息的准确获取，为了提高检测的精度，并使对单个节点传感器精度要求得以降低，其信息采集多采取分布式处理方式;由于具有较多冗余节点，使得系统的容错性能非常强大;监测区域由于节点数量多而增大了范围，使得洞穴或盲区减少;③拓扑动态性。作为一个动态的网络，无线传感器网络的节点的移动没有较大限制。节点存在由于某些原因而退出网络运行的可能性，例如电池能量耗尽、网络故障，也可能由于工作需求而添加到网络中;④自组织网络。在无线传感器网络的应用中，大部分情况下都无法预先准确设定传感器节点位置以及节点之间的相互邻居关系[3]。这就对传感器节点的自组织能力提出了一定的要求，需要其配置与管理的自动化。此外，无线传感器网络的自组执行还对网络拓扑结构的动态变化的适应性提出了要求。

3 利用无线传感器网络监测变压器故障

无线传感器网络是由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点，通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统。这些传感器节点通过多跳路由自主成网，采集区域内的数据信息并转发至监控中心，监控中心对数据进行分析后判断事件并作出决策，这也是无线传感器网络的核心内容。

3.1 变压器状态实时监测方案

3.1.1温度过高实时监测技术

利用红外探测器全面的感应检测目标的红外辐射讯息，通过放大处理手段，进而反馈为标准化电压或电流信号，再借助电视屏及相对应的监视器等介质显示出红外线热的影像图。

3.1.2局部放电实时监测技术

在变压器内部如果存在局部放电，表明变压器绝缘有薄弱环节，或绝缘距离不符合要求，放电时间一长或放电严重，将会使绝缘击穿，绕组击穿或烧毁，是较大故障4。放电监测传感器装置一般是设定了变压器的绕组在局部放电时，其首末端的电压比值及放电点关系的等值电路，从而检测出有无故障。

3.1.3油中溶解性的气体实时监测技

变压器在实际工作过程中，由于受潮、沉淀物变多、设备老化、工作异常等原因，其产生的气体也会所不同。而典型的油中溶解性气体，包括有C2H6、CO、H2、C2H4、C2H2等，由相应的传感器对这些气体进行感知处理和报警。

3.2 利用无线传感器网络监测变压器运行状态

3.2.1工作原理

利用无线传感器网络的低功耗、自组织，以数据为中心、协作地处理和传输信息等这些特点，可以在变压器上设置相应的温度、超声波或气体传感器，及时的检测因内外故障而引起的变压器温度过热、局部放电或油中溶解性气体挥发等状况，在该设计中，城市电网的变压器上安装了温度传感器、超声波传感器和气体传感器，实时的监测各变压器状态，并把这些状态信息汇聚到簇头或基站、簇头或基站按优先级提取有用信息，经过网关，由Internet传输到监控中心，监控中心若发现变压器工作异常，及时进行维护或检修。

3.2.2 关键技术

要能实时检测网络中变压器状态并及时定位，从而进行维护和检修，涉及到几项关键技术。网络协议：此协议不再是普通的网络协议，因为它的终端各不相同，如何协同有效工作，这是协议要考虑的问题。时间同步：网络中的各种设备保持工作时间的一致。定位技术：在遍布众多的传感器中，如果定位故障设备是协议要解决的重要技术。数据管理：由于传感器众多，搜集到的数据也很多，要考虑如何存储、过滤、传输这些数据。能量管理。有源还是无源，如果节约能量。安全管理。

结束语：

智能电网是未来电网建设的重要解决方案，无线传感器网络技术是智能电网的关键基础技术。目前在智能读表方面已有一定应用，该文研究的无线传感器网络实时监测变压器状态，发现故障并迅速定位，能大量节约人力物力，减少经济损失，提高电力运行和检修效率。

参考文献

[1]商嵩，谢志梅.黎亮明变压器常见故障及其在线检测技术的探讨[J].价值工程，2012：50-51.

[2]王华春，于湘涛，马平.变压器常见故障及人工神经网络在其诊断中的应用[J].仪器仪表与检测技术，2013：65.

[3]郭珊珊.无线传感器网在智能电网中的应用[J].数字技术与应用，2012：12.

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