物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)

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摘要:隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力領(lǐng)域應(yīng)用的不斷推廣，物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)融合發(fā)展成為新的課題?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)開展電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)，提升狀態(tài)檢測(cè)水平具有較高的研究?jī)r(jià)值。為探究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)方法，本文結(jié)合工作實(shí)踐，對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)信息、任務(wù)、技術(shù)方法進(jìn)行分析，對(duì)一次設(shè)備與二次設(shè)備進(jìn)行細(xì)致研究，制定基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢修策略和方法。

關(guān)鍵詞:智能電網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng);電力設(shè)備;狀態(tài)檢測(cè)

1緒論

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)的需求越來(lái)越大，尤其是在輸電線路、輸電設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)和維修業(yè)務(wù)中，為保障電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，智能傳感技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、綜合智能化技術(shù)等被廣泛應(yīng)用。在智能電網(wǎng)下，電力設(shè)備狀態(tài)檢修已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的按時(shí)間周期進(jìn)行檢修的模式，而是借助互聯(lián)網(wǎng)與智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)，根據(jù)電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為電力設(shè)備檢修提供決策依據(jù)。近些年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始運(yùn)用于智能電網(wǎng)建設(shè)中，給電力系統(tǒng)帶來(lái)很大的便利，尤其是輸電線路巡檢方面，發(fā)揮了重要作用。

2電力設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)

2．1狀態(tài)檢測(cè)信息與任務(wù)

電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，一定范圍的輸電線路上的設(shè)備很少同一時(shí)間發(fā)生大量故障，設(shè)備的劣化一般需要經(jīng)歷一個(gè)漸變過(guò)程，而借助檢測(cè)設(shè)備對(duì)電力設(shè)備的狀態(tài)變化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化能夠很好的反應(yīng)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)檢修。在電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)中，一般需要記錄的數(shù)據(jù)信息包括電壓、電流、光亮、振動(dòng)、溫度、聲音等物理量，此外還包括氣體、油的化學(xué)性分析等。在電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)中，每項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)都有對(duì)應(yīng)的作用，每項(xiàng)數(shù)據(jù)信息反映電力設(shè)備一方面的問(wèn)題。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)的主要任務(wù)包括以下幾個(gè)方面:一是采集與整理電力設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)參數(shù)，建立電力設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)檔案;二是根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息，判斷電力設(shè)備運(yùn)行情況，是否存在故障，是否處于異常狀態(tài)，是否存在故障隱患等，并根據(jù)參數(shù)對(duì)比，判斷電力設(shè)備故障性質(zhì)與嚴(yán)重程度;三是依據(jù)電力設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分類，為設(shè)備檢修決策提供依據(jù)。

2．2采用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)中，主要運(yùn)用的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個(gè)方面:一是射頻識(shí)別技術(shù)，在輸電線路無(wú)人巡檢場(chǎng)景中一般運(yùn)用到UHF、MW等;二是納米技術(shù)，主要用于傳感器設(shè)備、RFID設(shè)備等，滿足于電力監(jiān)測(cè)設(shè)備體積小、功耗低。性能高等要求，實(shí)現(xiàn)狹小位置布置多個(gè)傳感器;三是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)有線無(wú)線的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景、不同環(huán)境下電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集與傳輸;四是M2M技術(shù)，在一定的程序設(shè)置下，實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器的交流，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器、移動(dòng)終端間的互聯(lián)互通;五是云計(jì)算與數(shù)據(jù)安全技術(shù)，云計(jì)算技術(shù)對(duì)系統(tǒng)中的資源按照電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)要求，進(jìn)行組織、分配與使用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢測(cè)效率最優(yōu)化，而信息安全技術(shù)則保障電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全運(yùn)行;六是數(shù)據(jù)融合技術(shù)，主要為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中大量傳感器及其數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單加工處理，減少寬帶浪費(fèi)，整理更符合用戶需求的數(shù)據(jù)信息。

3一次設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)

3．1發(fā)電機(jī)與變壓器的檢測(cè)

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)重最重要的設(shè)備之一，通常對(duì)于目前我國(guó)電力系統(tǒng)而言，發(fā)電機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)比較封閉，傳統(tǒng)的檢測(cè)一般是采用時(shí)間周期的模式，而在智能電網(wǎng)建設(shè)背景下，可采用紅外成像技術(shù)、超聲傳感器等對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。借助紅外成像與超聲傳感，能夠使發(fā)電機(jī)內(nèi)部可視化，進(jìn)而提升其在線實(shí)時(shí)檢測(cè)的質(zhì)量。此外，考慮到發(fā)電機(jī)設(shè)備的機(jī)械原理，還可借助超聲波傳感器監(jiān)測(cè)其轉(zhuǎn)子與定子之間空氣氣隙的參數(shù)值，或者在設(shè)備上加裝速度傳感器，對(duì)其工作中的振動(dòng)信息進(jìn)行采集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)。對(duì)變壓器的狀態(tài)檢測(cè)，可將其負(fù)載量、溫度、聲音、油位等指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，其產(chǎn)生的局部放電、局部過(guò)熱現(xiàn)象，一般是通過(guò)油來(lái)散熱的，絕緣油在工作中會(huì)受熱分解，產(chǎn)生諸如CO、H2、CO2、C2H2等氣體或碳?xì)浠衔?，然后從絕緣油中抽出氣體進(jìn)行色譜分析，檢測(cè)出各種氣體含量，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值，從而獲知變壓器運(yùn)行狀態(tài)。除此之外，還可借助振動(dòng)傳感器對(duì)變壓器繞組變形進(jìn)行實(shí)施檢測(cè)，借助電流傳感器對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行檢測(cè)。不僅如此，還可采用電氣法與超聲波法，對(duì)變壓器運(yùn)行中的放電故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，在實(shí)踐中可多設(shè)置幾個(gè)探頭同時(shí)工作，這樣能夠有效提升檢測(cè)效果。

3．2輸電線路與母線的狀態(tài)檢測(cè)

在智能電網(wǎng)中，相對(duì)于發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)設(shè)備等設(shè)備而言，輸電線在實(shí)施狀態(tài)檢測(cè)中存在較大差異。輸電線有固定的線路，而且涉及的物理距離較長(zhǎng)，地理范圍較大，這給其實(shí)時(shí)檢測(cè)帶來(lái)挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融入，很好地解決了這個(gè)難題，通過(guò)對(duì)輸電線路桿塔、輸電線等設(shè)置大量傳感器，或者進(jìn)行定期無(wú)人機(jī)巡線等，都能夠?qū)崿F(xiàn)輸電線路的實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)。在輸電線檢測(cè)中，各類型傳感器將采集到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)街行臋z測(cè)系統(tǒng)，然后系統(tǒng)服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與比對(duì)，最終獲得輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)。通常，考慮到輸電線路的特征，其實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)一般采用微氣象環(huán)境檢測(cè)、導(dǎo)線風(fēng)偏在線檢測(cè)、導(dǎo)線溫度檢測(cè)、覆冰檢測(cè)、桿塔傾斜檢測(cè)等檢測(cè)方法。母線是變電站內(nèi)極為重要的元件，通常母線在正常運(yùn)行中不易發(fā)生故障，其實(shí)際檢測(cè)到的故障率相對(duì)較低，但一旦發(fā)生故障，其破壞性較大，后果極其嚴(yán)重。對(duì)目前故障的類型分析可知，人為故障的概率較高，因此對(duì)其狀態(tài)檢測(cè)主要針對(duì)接地刀閘、接地線、母線設(shè)備的污染與絕緣等方面，其狀態(tài)檢測(cè)方法可采用物聯(lián)網(wǎng)中的無(wú)線移動(dòng)式或旋轉(zhuǎn)式攝像技術(shù)。

3．3高壓斷路器與隔離開關(guān)的檢測(cè)

高壓斷路器與隔離開關(guān)是保護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備。目前我國(guó)電力系統(tǒng)中高壓斷路器類型主要有油斷路器、真空斷路器、SF6斷路器三種，每種類型的斷路器在實(shí)際工作中出現(xiàn)的故障類型不同，因此其對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法也應(yīng)有所針對(duì)性。高壓斷路器的狀態(tài)檢測(cè)中，需要重點(diǎn)對(duì)開關(guān)觸頭進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)，包括開關(guān)內(nèi)外灼傷、外部破損、表面污染等。真空斷路器則需要結(jié)合其性能原理，對(duì)其真空滅弧室的真空度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);油斷路器則針對(duì)密封性進(jìn)行檢測(cè);SF6斷路器則主要檢測(cè)其SF6氣體中的微水含量。高壓斷路器的狀態(tài)檢測(cè)一般采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)、可移動(dòng)探頭等。隔離開關(guān)的檢測(cè)則相對(duì)簡(jiǎn)單，主要針對(duì)其工作中容易出現(xiàn)的部件生銹、操作機(jī)構(gòu)運(yùn)行不暢、觸頭異常發(fā)熱等常見故障進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，采用紅外線測(cè)溫、X射線、可移動(dòng)探頭等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離開關(guān)的狀態(tài)檢測(cè)。

4二次設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)

4．1二次設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)特點(diǎn)與方法

在智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合建設(shè)的背景下，二次設(shè)備作為電力系統(tǒng)一次設(shè)備的輔助設(shè)備，其在穩(wěn)定電力系統(tǒng)運(yùn)行安全中發(fā)揮重要作用，同時(shí)其自身的安全性也需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，二次設(shè)備不僅給一次設(shè)備提供監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)作用，其自身也具有一定的自我檢測(cè)功能。因此對(duì)二次設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)，可充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，以系統(tǒng)化、單元化的模式對(duì)二次設(shè)備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)。針對(duì)二次設(shè)備本身具備的自我檢測(cè)功能，以及其自帶的通信功能，可依托物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層，通過(guò)通信功能實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互相問(wèn)詢，從而獲得二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息。

4．2二次回路檢測(cè)

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)中的保護(hù)裝置已經(jīng)呈現(xiàn)出微機(jī)化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)，而二次回路有多個(gè)繼電器組成，且在電路中繼電器的點(diǎn)非常多且分散，這對(duì)繼電器的狀態(tài)檢測(cè)提出了難題。不僅如此，大量使用的微電子元器件、集成電路等，對(duì)二次設(shè)備帶來(lái)明顯的電磁干擾。結(jié)合實(shí)踐來(lái)看，對(duì)二次回路狀態(tài)的檢測(cè)，主要是針對(duì)其故障點(diǎn)的確定問(wèn)題，一般采用注入法，在二次回路中注入特定頻率的電流，然后通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，從而有效地確定二次設(shè)備的故障點(diǎn)，并進(jìn)行快速修復(fù)。

4．3電力設(shè)備運(yùn)行環(huán)境檢測(cè)

外界環(huán)境是影響電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要外部因素之一，外部環(huán)境引發(fā)的電力設(shè)備故障對(duì)電力系統(tǒng)造成巨大破壞，尤其是氣候條件惡劣、地理環(huán)境復(fù)雜的外部條件，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生很大影響，比如微風(fēng)振動(dòng)、導(dǎo)線覆冰、絕緣子串風(fēng)偏等。此外戶外變壓器、斷路器等對(duì)溫度的敏感性也較高，溫度過(guò)高也容易引發(fā)故障，因此需要對(duì)電力設(shè)備的外部環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的狀態(tài)檢測(cè)。智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合建設(shè)中，通常采用導(dǎo)線氣象環(huán)境在線監(jiān)測(cè)的方法，在輸電線路上安裝各類傳感器，實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行分析處理，以實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的在線監(jiān)測(cè)。綜上所述，在智能電網(wǎng)建設(shè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入大大提升了電網(wǎng)在線檢測(cè)的水平，相對(duì)于傳統(tǒng)離線監(jiān)測(cè)技術(shù)，在線檢測(cè)更加智能化、實(shí)時(shí)化，不受周期性限制，而且其對(duì)電力設(shè)備的分析也更加自動(dòng)化和智能化，能夠提高狀態(tài)檢測(cè)的效率與可靠性。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，電力設(shè)備檢測(cè)充分發(fā)揮了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，有大量傳感器組成感知層，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)溝通，在檢測(cè)系統(tǒng)中心完成數(shù)據(jù)分析與反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)。

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作者：張捷 單位：國(guó)網(wǎng)山西省電力公司輸電檢修分公司