做好局部放电监测预警有助于防范电力设备绝缘故障。国网上海电力针对变压器等电力设备开展了内置式、小型化、多参量联合感知技术攻关，研发了油阀内置式超声波、特高频一体化智能传感装置，实现——

 

局部放电是电力设备绝缘系统老化和故障的早期征兆之一，通常发生在高压电力设备中，如变压器、气体绝缘全封闭组合电器（GIS）、电缆和高压开关柜等。对局部放电的感知与诊断覆盖几乎所有高压电力设备的出厂、现场交接、停运诊断及带电检（监）测试验环节，是目前管控设备质量的关键手段之一。

 

国网上海市电力公司电力科学研究院设备状态感知及预警技术攻关团队创新提出油阀内置式超声波、特高频一体化局部放电耦合传感技术，实现了大型油浸式变压器（电抗器）的内置式声、电联合检测，助力提升电力设备安全运行水平。

 

传统的外置式超声波传感器和内置式特高频传感器在应用中存在局限性

 

“局部放电是电力设备内部微小区域的局部击穿，是造成电力设备绝缘故障的主要‘元凶’。许多设备故障都经历了发生、发展、爆发的过程，如果在初期有效诊断和合理处置，就能避免绝大多数严重故障。”攻关团队核心成员、上海市劳动模范傅晨钊介绍。

 

攻关团队自2015年起关注变压器、GIS等电力设备的早期微弱局部放电监（检）测，发现传统手段对细微绝缘异常的敏感性不足，早期缺陷发展到严重阶段才能被发现；单一物理量的测量易受环境干扰，难以实现高精度实时监测；在高压、高电磁干扰环境下，传统传感器安装位置受限，制约信号的有效测量。

 

“对在运变压器的局部放电监测，主要围绕放电过程中的声、光、电、磁信号和油中气体状态量。日常运维工作中，外置式超声波传感器和内置式特高频传感器应用最为广泛。”傅晨钊说。但在现场应用中超声波和特高频传感技术都存在局限性，前者存在易受环境噪声等信号干扰、设备外壳造成声波衰减等问题，后者则易受脉冲型噪声源干扰而出现误报警。这些都会影响局部放电源的判定和定位，进而可能导致存在早期绝缘缺陷的设备继续“带病”运行。

 

由于常规单一物理量、外置式传感监测已无法满足设备早期绝缘缺陷的可靠监测需求，2017年，攻关团队开始探索电力设备内置式、高灵敏、多参量联合监测与诊断技术。

 

超声波、特高频一体化智能传感装置可直接通过油阀伸入变压器内部

 

对于大型油浸式变压器，实现内置式传感器的有效监测和长期可靠运行要考虑运行变压器内部的电、磁、热、流多物理场耦合环境，同时传感器要易于安装且不影响设备本身安全运行。

 

2019年，依托国家电网有限公司科技项目，攻关团队研发了可通过变压器油阀安装、基于聚四氟乙烯绝缘筒的光纤法珀超声波探头、特高频天线一体化传感装置，以及相应的联合监测与诊断系统，实现了变压器油中超声直达波的测量，并通过同步采集超声波、特高频两种信号实现局部放电源的准确判断和快速定位。

 

“针对超声波探头，我们设计了微米级厚度的支撑梁式敏感膜片，可兼顾超声测量频带和灵敏度，膜片中心响应频率139千赫、灵敏度620纳米/千帕、分辨力0.3帕，实现了油中微弱超声信号的可靠检测。与特高频传感装置融合设计后的探头直径仅有3厘米，能直接通过油阀伸入变压器内部开展测量。”傅晨钊说。

 

攻关团队还建立了变压器内部的声场和电磁场模型，明确了传感装置安装位置和探头伸入深度对设备安全运行的影响和与信号耦合强度的关系，提出了直接法和抽气法两种传感器安装方法，实现了不泄漏绝缘油的安全装拆。

 

自2021年5月起，油阀内置式超声波、特高频一体化智能传感装置在上海、山西、宁夏等多地的变电站、换流站应用，在大型变压器（电抗器）设备制造、验收及运维全过程的安全管控中发挥了重要作用。

 

相关成果技术水平国际领先

 

在研发油阀内置式超声波、特高频一体化智能传感装置的基础上，攻关团队陆续针对GIS、高压开关柜等电力设备开展了多项内置式局部放电的声、光、电、磁信号联合感知与诊断研究，并自主研制了系列诊断测试装备和系统。根据探索过程中积累的技术和经验，攻关团队牵头编制了国家标准《高电压试验技术 电磁和声学法测量局部放电》（GB/T 42287-2022），规范了声学和电磁法非常规局部放电测量系统的性能和灵敏度核查方法。

 

2024年1月26日，中国电力企业联合会组织召开成果鉴定会。对攻关团队申报的技术成果“变压器内置式超声波、特高频一体化局部放电耦合传感关键技术及应用”项目，鉴定委员会一致认为：项目针对变压器局部放电内置式超声波、特高频一体化耦合传感难题，经过“产学研用”联合攻关，取得了理论研究、系统研发、工程应用系列成果，综合技术水平国际领先。

 

在项目研究过程中，攻关团队获得国家发明专利授权19项，发表学术论文27篇，出版学术专著1部。相关成果获得了公司2024年度技术发明奖二等奖。

 

来源：国家电网报