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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)預(yù)防故障至關(guān)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(chǎng)電磁干擾或機(jī)械噪聲影響,，導(dǎo)致誤判,。本方案提出HFCT與超聲波傳感器融合的監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過多物理量協(xié)同分析,，提升局放檢測(cè)的靈敏度,、定位精度及抗干擾能力，適用于高壓變壓器,、GIS設(shè)備等關(guān)鍵場(chǎng)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(cè)局放產(chǎn)生的高頻脈沖電流信號(hào)（頻段3-30MHz）,，靈敏度高，可量化放電強(qiáng)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(jī)械振動(dòng)波（頻段20-200kHz）,，抗電磁干擾強(qiáng),，適用于放電定位，但對(duì)絕緣內(nèi)部缺陷靈敏度較低,。

2.2 數(shù)據(jù)同步與融合

通過時(shí)間同步模塊（GPS或硬件觸發(fā)）對(duì)齊HFCT與AE信號(hào),，利用以下特征關(guān)聯(lián)分析：

時(shí)域相關(guān)性：局放脈沖的電流信號(hào)與超聲波傳播延遲匹配（油中聲速約1.4km/ms）。

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

2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)架構(gòu)

邊緣層：傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)FPGA預(yù)處理,，提取脈沖峰值、相位,、頻譜等特征,。

通信層：工業(yè)以太網(wǎng)或光纖傳輸至監(jiān)測(cè)主機(jī)。

分析層：基于深度學(xué)習(xí)（如CNN-LSTM模型）分類放電類型（電暈,、沿面放電等）,，結(jié)合聲電聯(lián)合定位算法（時(shí)差定位TDOA）確定放電源坐標(biāo)。

3. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

高可靠性：雙模態(tài)數(shù)據(jù)交叉驗(yàn)證,，降低誤報(bào)率（如區(qū)分局放與雷電沖擊）,。

精準(zhǔn)定位：HFCT確定放電相位，AE通過多傳感器陣列實(shí)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(jī)械振動(dòng),，適應(yīng)復(fù)雜變電站環(huán)境。

實(shí)時(shí)性：邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng),，支持云端數(shù)據(jù)長(zhǎng)期追蹤與趨勢(shì)分析,。

4. 工程應(yīng)用案例

某500kV變電站實(shí)施本方案后：

檢測(cè)效率：局放識(shí)別準(zhǔn)確率從單一傳感器的82%提升至96%。

故障預(yù)警：提前3周發(fā)現(xiàn)套管內(nèi)部絕緣氣隙缺陷,，避免非計(jì)劃停電,。

運(yùn)維成本：相比定期停電檢測(cè)，年運(yùn)維費(fèi)用降低40%,。

5. 結(jié)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(cè)技術(shù)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(jù),。未來可結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化故障預(yù)測(cè)能力,。