变压器安全，在线监测如何实现？

电力变压器，堪称电网的"心脏"。它若"抱恙"，不止停电停产，更可能引发连锁风险。传统人工巡检难以及时捕捉内部隐患，如何防患于未然？变压器在线监测系统 正是破局关键。它如同7×24小时在岗的"智能医生"，通过实时采集油中气体、温度、电气量等多维度数据，实现对变压器健康状态的持续把脉 。系统不仅能捕捉突发故障信号，更能敏锐识别缓慢发展的潜伏性缺陷，真正做到从"事后维修"转向事前预警。凭借可靠传感与智能分析，它极大弥补了人工局限，将事故扼杀于萌芽，是保障电网安全、实现智慧运维的核心利器。

变压器综合在线监测系统是一套集绕组温度监测、局部放电监测、油中溶解气体监测、铁芯接地电流监测、管套绝缘监测及声纹在线监测于一体的智能化综合监测解决方案。系统采用多传感器融合技术与物联网架构，实现对油式变压器运行状态的全维度、高精度实时监测，并通过智能分析平台进行数据整合与诊断，为电力设备的预防性维护与状态检修提供科学依据，有效提升配电系统的安全性与可靠性

核心监测功能：

管套绝缘在线监测：变压器套管在线监测系统通过实时采集其介损、电容量、接地电流等关键参数，精准评估套管绝缘状态。该系统能有效发现绝缘受潮、老化及分层缺陷等潜在故障，实现早期预警，对防止设备突发性故障、保障电网安全稳定运行至关重要。

**局放在线监测：**协同运用特高频传感器、高频电流传感器、超声波传感器多种类型设备，从电、声等多个维度采集局部放电信号，精准监测局部放电信号的发生。

**变压器绕组温度在线监测：**变压器荧光光纤测温适合用于变压器绕组热点测温，可直接、实时、精确测量绕组等热点温度，能够实现对变压器内部的全面监控。

**铁芯接地电流在线监测：**变压器铁心夹件接地电流在线监测装置采用高性能微小电流传感技术连续、实时、在线测量变压器铁心夹件的泄漏全电流、工频电流等参量，可及时了解变压器铁心夹件的运行状况。

**声纹在线监测：**变压器声纹监测系统是一种非侵入式智能诊断技术。它通过采集变压器运行时的声音信号，利用人工智能算法进行分析处理，就像给变压器做"声学指纹"识别。该系统能实时辨识内部松动、放电、磁致伸缩等早期机械与电气故障，实现故障预警和状态评估。

**油中溶解气体在线监测：**变压器油中溶解气体在线监测能够实时、持续、稳定地监测变压器等充油设备绝缘油中溶解气体组分（包括氢气、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳和二氧化碳）的含量，通过气体含量和含量变化趋势来监测变压器等设备的运行状况，发现各种潜在的过热、放电等故障，是保障电网安全运行的有效手段

分项子系统

3.1 管套绝缘监测子系统

变压器套管在线监测装置，实现对主变的高压侧三相套管和低压三相套管的绝缘状态在线监测。装置由末屏适配器、未屏电流引下线、零磁通互感器 CT、电流监测电路、PT电压监测模块、IED主机组成。在末屏接口上安装有接地保护功能的末屏适配器，在主变下方安装末屏引下装置箱，箱体内汇集三相套管的末屏电流信号，同时箱体内装有穿心测量方式的零磁通电流互感器和电流监测电路，实现未屏电流的数据采集。

系统功能：

在末屏安装集成式末屏传感器，实时监测变压器套管绝缘状态、介质损耗因数、电容量、泄漏电流；
采用集成式末屏传感器，实现介损和局放信号的同步采集，安装方便快捷；
系统介质损耗因数测量误差精度高，介损测量误差不超过±（标准读数×1%+0.001），相对标准偏差小于0.3%；
系统抗干扰能力强，在强磁场和不同负荷变化条件下的测量准确性高、稳定性好；
集成式末屏传感器的特制合金金属外壳具备良好的抗电磁干扰性能；
集成式末屏传感器防护级达IP68，保证末屏良好密封，耐候性能好；
支持多种通讯方式，支持RS485，GPRS无线等多种通讯方式；
系统硬件采用模块化设计，便于维护、调试、生产。

技术参数：

安装图片

3.2 局放监测子系统

变压器局放在线监测系统由变压器局部放电在线监测装置接收主机、超声波局放传感器、高频电流局放传感器、油阀特高频局放传感器、局部放电在线监测系统构成。产品采用传感器信号探测、布置、数据分析等技术，提高局部放电测量精准度，响应速度:增加抗干扰电路设计，保证产品复杂环境下稳定运行，多类型传感器综合应用，可精准监测局部放电信号的发生。

通过协同运用特高频传感器、高频电流传感器、超声波传感器多种类型设备，从电、声等多个维度采集局部放电信号。特高频传感器能够捕捉到纳秒级的电磁脉冲信号，对局部放电的起始和发展具有极高的灵敏度;高频电流传感器可实时监测放电产生的脉冲电流，获取放电强度信息:超声波传感器则通过检测放电产生的机械振动，实现放电位置的初步定位。

**超声波局放传感器:**传感器通过底部涂抹耦合剂紧贴设备表面，产生谐振监测设备内部超声波情况。

**高频电流局放传感器:**实现对高频率脉冲电流的监测，对变压器接地电缆电流监测。

**油阀特高频局放传感器传感器:**将活动探头伸入变压器内部绝缘油内，监测内部油体绝缘情况评估变压器运行状态。

系统功能：

超声波、特高频、高频电流综合监测
双曲线故障点定位系统
局部放电故障分析和预警
可采用电池供电或有线供电模式，数据无线传输
传感器无需布线，安装便捷

技术参数：

安装方式

1、变压器局部放电在线监测装置接收主机安装;接收主机四角位开孔，固定于配电柜内导轨，采用膨胀螺丝固定,监测主机安装滤波器，连接传感器射颈线。

2、超声波局放传感器(如图1)安装:变压器侧壁吸附式安装，高压出线侧不安装，其余三面均可安装。

3、高频电流局放传感器(如图2)安装:传感器套结在变压器接地铜排上。

4、油阀特高频局放传感器(如图3)安装:传感器活动探头伸入变压器出油口。

传感器

3.3 变压器绕组温度监测子系统

变压器荧光光纤测温装置非常适合用于变压器绕组热点测温，可直接、实时、精确测量绕组等热点温度的新型变压器内部温度监测装置，能够实现对变压器内部的全面监控。除了具有测温范围宽和准确、可靠的测温性能外，还有卓越的抗电磁干扰、射频干扰特性，高压绝缘及抗干扰等优异的性能。可实现动态负载运行时"热点"温度的实时和精确监测。解决了在电磁环境下采用传统电学测温仪器安全性低、测量精度差、测温失效等问题。

变压器绕组荧光测温技术是利用荧光信号与温度之间的关系进行测温的一种方法。当绕组被激发的光束射入绕组中时，荧光分子将吸收光束的能量，并发射出荧光信号。荧光余晖与绕组温度的关系。通过测量荧光信号的寿命，可以间接确定绕组的温度。

系统构成

变压器绕组光纤测温系统由：变压器绕组光纤测温装置、内部光纤传感探头、外部光纤传感探头、贯通器与法兰组件构成。

技术参数：

光纤温度传感器

光纤传感探头完全非金属构造。光纤传感探头采用稀土材料制作，光纤探头几乎可在任何环境安全使用，不受EMI、RF、MRI 和微波干扰，耐受高电压100KV，尺寸小、测温精度高、响应速度快、性能稳定等特性。

贯通器

贯通器作为油浸变压器内部光纤传感探头和外部转接光纤间的转接，并能耐受变压器油压力提供准确可靠测量的组件。安装简单且经过验证，通过外螺纹固定在法兰盘上，非常适合应用于需要密闭的环境中。

法兰盘

法兰盘采用不锈钢 316 材料制作，可安装 1-18 个贯通器，配有O型氟橡胶圈。用于固定贯通器，和法兰环配合安装在变压器油箱壁上，密封性符合国家标准。

3.4 铁芯接地电流监测子系统

变压器铁芯接地电流在线监测装置由穿心式电流互感器、信号采集与处理电路、通信及显示接口等组成，变压器铁芯接地电流通过穿心式电流互感器隔离变换为小信号，经信号转换、滤波与放大等调理电路，由模数转换器变换为数字信号，微处理器经过数字滤波与运算获得铁芯接地电流；本地显示接口可显示实时接地电流，当超过报警限值时具有LED指示；装置可通过隔离通信接口与状态监测系统等后台实时通信。装置具有限流电阻投切控制单元接口，当电流超过设定限值时自动逐档投入限流电阻（4档阻值）以降低接地电流作为应急措施，电流低于限值时自动切除限流电阻。

功能特点

实时监测变压器铁芯接地电流；
采用5位数码管本地显示实时接地电流，具备电源、运行、通信、报警各种状态指示；
具有RS485 / CAN / GSM / GPRS多种通信接口可选，可实现定期数据主动上传或请求应答上传；可接入状态监测系统后台或独立运行通过短信定期发送数据给运维管理人员；
可设置2级报警限值（预警限和报警限），电流超过预警限值时主动通过通信接口上传数据，超过报警限值时装置本地发光报警并通过通信报警；
具有限流电阻投切单元接口，实现铁芯接地电流的自动限制并报警；
装置具有内部非易失存储空间，断电不丢失数据；装置具备自诊断和自恢复功能，装置异常、通信异常时报警。

技术参数

安装现场图

3.5 声纹监测子系统

备声纹在线监测系统，是通过在变压器周边通过在电力设备周围安装一定数目的空气声呐模块（声纹监测装置），系统可以实时采集采集变压器、断路器、电抗器、电压互感器、电流互感器等重要一次设备的声音数据的声音采集设备发出的工作噪声，并进行声学特征提取与比对记录，可以通过声音特征判断设备的工作状态，当发现明显偏离正常工作状态的背景噪声时，则会实时报警，防患于未然。

声纹图谱分析：

每种声音都有其独特的特征，可以利用其特征来检测识别。常见的声音特征有时域特征，频域特征，时频域特征，具体可细分为波形、能量、声纹、主频、短时能量、过零率、相关性等。我们可以针对现有的局放数据进行相应分析，绘制出表示其特征的声纹图。

我们针对局放声音数据，主要分析声音的时域波形、频谱、声纹、频带能量比几种特征。如下为一组局放数据分析结果，从信号的频谱图及声纹图可以看出，10kHz~30kHz范围内有明显的信号，既有可听声频段，也有超声频段，频带范围较宽。一般情况下，环境中的超声干扰很少，可以判断该信号为超声信号。

基于负样本学习的异常声音检测：

本系统的关键技术在于------基于负样本学习的异常声音检测算法。无监督异常声音检测智能实现对设备正常和异常的检测，而无法进一步对异常情况做出精准识别。另外，因为变压器设备日常工作的声音状态相对比较稳定，且发生异常的种类主要集中在下面六种异常（短路冲击、局部放电、冷却器异响、重过载、夹件松动、直流偏磁），这也给采用有监督的方法进行变压器的异常监测提供了条件。因此，本方案的关键技术在于采用有监督的变压器异常声音监测，通过深度学习算法，采用合适的特征以及先进的深度学习模型，学习正常和异常的变压器声音特征，对变压器的工况进行监测，并在检测到设备运行异常的情况下，进一步对特定的异常做出精准的识别。由于我们公司积累了大量关于变压器的案例，收集了不少负样本，这对我们的模型训练提供了先天有利的条件。

技术参数：

产品外观：

安装示意：

3.6 油中溶解气体监测子系统

变压器油中溶解气体在线监测装置为变压器油中溶解气体在线监测系统核心部分，采用真空脱气方式从变压器油中析取故障特征气体，并通过气相色谱法对特征气体的组分和含量进行监测。监测装置可以在变压器带电或停电的状态下进行安装，可以在变电站的室外环境长期稳定运行。

变压器油中溶解气体在线监测装置，主要由油循环、真空脱气、气体进样、组分气体分离、气体检测、载气制作、数据采集、数据处理、专家诊断和通讯协议等环节构成。

主要功能：

接入安全性：杜绝变压器正压、负压时漏油现象；
监测氢气(H2)，一氧化碳(CO)，甲烷(CH4)，乙烯(C2H4)，乙烷(C2H6)和乙炔(C2H2)，二氧化碳（CO2），水（H2O，可选）及总烃、总可燃气体等；
参数配置功能：配置采样计划等；
油中气体含量及 4~20mA 电流数据检测功能；
数据标定功能；
各种模拟数据展示：载气压力、特征气体含量、机箱温度、色谱温度、油室温度、机箱湿度、4~20mA 电流等；
各种状态量展示：电磁阀、真空泵、电动推杆、六通阀等；