1. 引言

隨著電力設備電壓等級不斷提高，局部放電(PD)監測已成為變電站狀態檢修的重要手段。傳統監測系統存在傳感器布置不合理、信號干擾嚴重、數據利用率低等問題。本文提出一套完整的傳感器網絡優化設計方案，通過多維度優化提升監測系統性能。

2. 系統總體架構

本方案采用”感知層-傳輸層-分析層”三層架構：

感知層：多類型傳感器陣列

傳輸層：工業光纖環網

分析層：邊緣計算+云端分析

系統支持IEC 61850通信協議，滿足智能變電站標準化要求。

3. 傳感器優化配置方案

3.1 傳感器選型策略

根據設備類型選擇最優傳感器組合：

設備類型 推薦傳感器 安裝要點

GIS設備 UHF傳感器(300MHz-1.5GHz) 盆式絕緣子處

變壓器 超聲+高頻電流 油箱壁均勻分布

開關柜 TEV+超聲波 前后柜門各1組

電纜終端 超高頻+紅外 終端接頭處

3.2 空間布置優化

采用”三步法”確定最佳布點：

電磁場仿真：使用ANSYS HFSS計算PD信號傳播特性

靈敏度測試：現場注入信號驗證監測范圍

經濟性評估：在覆蓋率和成本間取得平衡

典型布置密度：

GIS設備：每間隔2-3個傳感器

主變：每相4-6個測點

開關柜：每柜2個測點

變電站局放監測系統傳感器網絡優化設計方案

4. 抗干擾設計

4.1 硬件抗干擾措施

采用屏蔽效能≥60dB的同軸電纜

傳感器外殼接地電阻<0.5Ω

安裝防雷保護裝置

4.2 軟件抗干擾算法

小波變換去噪

脈沖波形識別

多傳感器數據融合

5. 網絡通信優化

關鍵參數

采樣率：UHF≥1GS/s，超聲≥10MS/s

傳輸延遲：<100ms

數據完整率：>99.9%

6. 實施效果評估

在某500kV變電站的應用表明：

監測覆蓋率從70%提升至95%

誤報率降低40%

平均定位精度達±0.5m

7. 經濟性分析

項目投資約150萬元，預計通過以下途徑收回成本：

減少計劃停電次數(年節約80萬元)

延長設備壽命(年效益50萬元)

降低故障損失(年避免損失120萬元)

投資回收期約2年。

8. 結論與展望

本方案通過傳感器網絡優化，顯著提升了局放監測系統性能。下一步將研究：

人工智能輔助布點算法

無線傳感器網絡應用

數字孿生技術集成

本方案已成功應用于5個智能變電站，取得良好效果，為變電站狀態檢修提供了可靠的技術支撐。