基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電力設備狀態(tài)檢測研究

張捷

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術在電力領域應用的不斷推廣，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)技術開展電力設備狀態(tài)檢測，提升狀態(tài)檢測水平具有較高的研究價值。為探究基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電力設備狀態(tài)檢測方法，本文結合工作實踐，對電力設備狀態(tài)檢測信息、任務、技術方法進行分析，對一次設備與二次設備進行細致研究，制定基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電力設備狀態(tài)檢修策略和方法。

關鍵詞：智能電網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng);電力設備;狀態(tài)檢測

1 緒論

隨著我國智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)對互聯(lián)網(wǎng)技術、人工智能技術的需求越來越大，尤其是在輸電線路、輸電設備的狀態(tài)檢測和維修業(yè)務中，為保障電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，智能傳感技術、自動化技術、數(shù)字信號處理技術、綜合智能化技術等被廣泛應用。在智能電網(wǎng)下，電力設備狀態(tài)檢修已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的按時間周期進行檢修的模式，而是借助互聯(lián)網(wǎng)與智能技術實現(xiàn)對電力設備的實時狀態(tài)檢測，根據(jù)電力設備運行數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)等，評估設備的運行狀態(tài)，為電力設備檢修提供決策依據(jù)。近些年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術開始運用于智能電網(wǎng)建設中，給電力系統(tǒng)帶來很大的便利，尤其是輸電線路巡檢方面，發(fā)揮了重要作用。

2 電力設備的狀態(tài)檢測

2.1 狀態(tài)檢測信息與任務

電力設備狀態(tài)檢測的實踐經(jīng)驗總結發(fā)現(xiàn)，一定范圍的輸電線路上的設備很少同一時間發(fā)生大量故障，設備的劣化一般需要經(jīng)歷一個漸變過程，而借助檢測設備對電力設備的狀態(tài)變化數(shù)據(jù)進行實施監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化能夠很好的反應電力設備運行狀態(tài)，從中發(fā)現(xiàn)問題并及時檢修。在電力設備狀態(tài)檢測中，一般需要記錄的數(shù)據(jù)信息包括電壓、電流、光亮、振動、溫度、聲音等物理量，此外還包括氣體、油的化學性分析等。在電力設備狀態(tài)檢測中，每項數(shù)據(jù)參數(shù)都有對應的作用，每項數(shù)據(jù)信息反映電力設備一方面的問題?；谖锫?lián)網(wǎng)技術的電力設備狀態(tài)檢測的主要任務包括以下幾個方面：

一是采集與整理電力設備運行的實時參數(shù)，建立電力設備狀態(tài)運行數(shù)據(jù)檔案;二是根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息，判斷電力設備運行情況，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)對比，判斷電力設備故障性質與嚴重程度;三是依據(jù)電力設備檢修標準，結合監(jiān)測數(shù)據(jù)對電力設備運行狀態(tài)進行分類，為設備檢修決策提供依據(jù)。

2.2 采用的物聯(lián)網(wǎng)技術

在電力設備狀態(tài)檢測中，主要運用的物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術包括以下幾個方面：一是射頻識別技術，在輸電線路無人巡檢場景中一般運用到UHF、MW等;二是納米技術，主要用于傳感器設備、RFID設備等，滿足于電力監(jiān)測設備體積小、功耗低。性能高等要求，實現(xiàn)狹小位置布置多個傳感器;三是無線傳感器網(wǎng)絡，通過有線無線的結合，實現(xiàn)不同場景、不同環(huán)境下電力設備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集與傳輸;四是M2M技術，在一定的程序設置下，實現(xiàn)機器與機器的交流，實現(xiàn)人、機器、移動終端間的互聯(lián)互通;五是云計算與數(shù)據(jù)安全技術，云計算技術對系統(tǒng)中的資源按照電力設備狀態(tài)檢測要求，進行組織、分配與使用，實現(xiàn)設備檢測效率最優(yōu)化，而信息安全技術則保障電力設備狀態(tài)檢測網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全運行;六是數(shù)據(jù)融合技術，主要為了實現(xiàn)電力系統(tǒng)中大量傳感器及其數(shù)據(jù)的簡單加工處理，減少寬帶浪費，整理更符合用戶需求的數(shù)據(jù)信息。

3 一次設備的狀態(tài)檢測

3.1 發(fā)電機與變壓器的檢測

發(fā)電機是電力系統(tǒng)重最重要的設備之一，通常對于目前我國電力系統(tǒng)而言，發(fā)電機設備結構比較封閉，傳統(tǒng)的檢測一般是采用時間周期的模式，而在智能電網(wǎng)建設背景下，可采用紅外成像技術、超聲傳感器等對其運行狀態(tài)進行實時檢測。借助紅外成像與超聲傳感，能夠使發(fā)電機內部可視化，進而提升其在線實時檢測的質量。此外，考慮到發(fā)電機設備的機械原理，還可借助超聲波傳感器監(jiān)測其轉子與定子之間空氣氣隙的參數(shù)值，或者在設備上加裝速度傳感器，對其工作中的振動信息進行采集，進而實現(xiàn)狀態(tài)檢測。

對變壓器的狀態(tài)檢測，可將其負載量、溫度、聲音、油位等指標參數(shù)進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題及時解決。變壓器在運行過程中，其產(chǎn)生的局部放電、局部過熱現(xiàn)象，一般是通過油來散熱的，絕緣油在工作中會受熱分解，產(chǎn)生諸如CO、H2、CO2、C2H2等氣體或碳氫化合物，然后從絕緣油中抽出氣體進行色譜分析，檢測出各種氣體含量，對比標準參數(shù)值，從而獲知變壓器運行狀態(tài)。除此之外，還可借助振動傳感器對變壓器繞組變形進行實施檢測，借助電流傳感器對變壓器鐵芯進行檢測。不僅如此，還可采用電氣法與超聲波法，對變壓器運行中的放電故障進行實時檢測，在實踐中可多設置幾個探頭同時工作，這樣能夠有效提升檢測效果。

3.2 輸電線路與母線的狀態(tài)檢測

在智能電網(wǎng)中，相對于發(fā)電機、變壓器、開關設備等設備而言，輸電線在實施狀態(tài)檢測中存在較大差異。輸電線有固定的線路，而且涉及的物理距離較長，地理范圍較大，這給其實時檢測帶來挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術的融入，很好地解決了這個難題，通過對輸電線路桿塔、輸電線等設置大量傳感器，或者進行定期無人機巡線等，都能夠實現(xiàn)輸電線路的實時狀態(tài)檢測。在輸電線檢測中，各類型傳感器將采集到的數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)絡層傳輸?shù)街行臋z測系統(tǒng)，然后系統(tǒng)服務器對數(shù)據(jù)進行分析與比對，最終獲得輸電線路的運行狀態(tài)。通常，考慮到輸電線路的特征，其實時運行狀態(tài)檢測一般采用微氣象環(huán)境檢測、導線風偏在線檢測、導線溫度檢測、覆冰檢測、桿塔傾斜檢測等檢測方法。

母線是變電站內極為重要的元件，通常母線在正常運行中不易發(fā)生故障，其實際檢測到的故障率相對較低，但一旦發(fā)生故障，其破壞性較大，后果極其嚴重。對目前故障的類型分析可知，人為故障的概率較高，因此對其狀態(tài)檢測主要針對接地刀閘、接地線、母線設備的污染與絕緣等方面，其狀態(tài)檢測方法可采用物聯(lián)網(wǎng)中的無線移動式或旋轉式攝像技術。

3.3 高壓斷路器與隔離開關的檢測

高壓斷路器與隔離開關是保護電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要設備。目前我國電力系統(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際工作中出現(xiàn)的故障類型不同，因此其對應的檢測方法也應有所針對性。高壓斷路器的狀態(tài)檢測中，需要重點對開關觸頭進行實時狀態(tài)檢測，包括開關內外灼傷、外部破損、表面污染等。真空斷路器則需要結合其性能原理，對其真空滅弧室的真空度進行實時監(jiān)測;油斷路器則針對密封性進行檢測;SF6斷路器則主要檢測其SF6氣體中的微水含量。高壓斷路器的狀態(tài)檢測一般采用物聯(lián)網(wǎng)技術中的紅外監(jiān)測技術、可移動探頭等。

隔離開關的檢測則相對簡單，主要針對其工作中容易出現(xiàn)的部件生銹、操作機構運行不暢、觸頭異常發(fā)熱等常見故障進行重點檢測，采用紅外線測溫、X射線、可移動探頭等技術，可實現(xiàn)對隔離開關的狀態(tài)檢測。

4 二次設備的狀態(tài)檢測

4.1 二次設備狀態(tài)檢測特點與方法

在智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術融合建設的背景下，二次設備作為電力系統(tǒng)一次設備的輔助設備，其在穩(wěn)定電力系統(tǒng)運行安全中發(fā)揮重要作用，同時其自身的安全性也需要進行實時檢測。在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，二次設備不僅給一次設備提供監(jiān)測、調節(jié)、控制、保護作用，其自身也具有一定的自我檢測功能。因此對二次設備的狀態(tài)檢測，可充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，以系統(tǒng)化、單元化的模式對二次設備實現(xiàn)狀態(tài)檢測。針對二次設備本身具備的自我檢測功能，以及其自帶的通信功能，可依托物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層，通過通信功能實現(xiàn)設備間的互相問詢，從而獲得二次設備的運行狀態(tài)信息。

4.2 二次回路檢測

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)中的保護裝置已經(jīng)呈現(xiàn)出微機化、智能化的發(fā)展趨勢，而二次回路有多個繼電器組成，且在電路中繼電器的點非常多且分散，這對繼電器的狀態(tài)檢測提出了難題。不僅如此，大量使用的微電子元器件、集成電路等，對二次設備帶來明顯的電磁干擾。結合實踐來看，對二次回路狀態(tài)的檢測，主要是針對其故障點的確定問題，一般采用注入法，在二次回路中注入特定頻率的電流，然后通過實時監(jiān)控來發(fā)現(xiàn)故障點，從而有效地確定二次設備的故障點，并進行快速修復。

4.3 電力設備運行環(huán)境檢測

外界環(huán)境是影響電力設備安全穩(wěn)定運行的重要外部因素之一，外部環(huán)境引發(fā)的電力設備故障對電力系統(tǒng)造成巨大破壞，尤其是氣候條件惡劣、地理環(huán)境復雜的外部條件，對電網(wǎng)的運行產(chǎn)生很大影響，比如微風振動、導線覆冰、絕緣子串風偏等。此外戶外變壓器、斷路器等對溫度的敏感性也較高，溫度過高也容易引發(fā)故障，因此需要對電力設備的外部環(huán)境進行實時的狀態(tài)檢測。智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合建設中，通常采用導線氣象環(huán)境在線監(jiān)測的方法，在輸電線路上安裝各類傳感器，實時采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息，進行分析處理，以實現(xiàn)電力設備運行環(huán)境的在線監(jiān)測。

綜上所述，在智能電網(wǎng)建設中，物聯(lián)網(wǎng)技術的引入大大提升了電網(wǎng)在線檢測的水平，相對于傳統(tǒng)離線監(jiān)測技術，在線檢測更加智能化、實時化，不受周期性限制，而且其對電力設備的分析也更加自動化和智能化，能夠提高狀態(tài)檢測的效率與可靠性。在物聯(lián)網(wǎng)技術下，電力設備檢測充分發(fā)揮了物聯(lián)網(wǎng)技術的優(yōu)勢，有大量傳感器組成感知層，然后通過網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)溝通，在檢測系統(tǒng)中心完成數(shù)據(jù)分析與反饋，實現(xiàn)對電力設備的狀態(tài)檢測。

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