基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢測研究

葛陳剛

（南京能迪電氣技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

智能電網(wǎng)電力系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，改變了傳統(tǒng)電力設(shè)備運行狀態(tài)檢測和檢修周期。借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能技術(shù)實現(xiàn)了對電力設(shè)備運行狀態(tài)實時檢測的目的，提升電力設(shè)備對故障判斷的精準(zhǔn)度，為保證后續(xù)電氣設(shè)備檢修開展提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)含義

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要就是通過傳感器、射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置，對采集對象的信息進行全方位的采集，借助網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)物物互聯(lián)，有效的對物品和過程的智能化進行識別。該技術(shù)在實際應(yīng)用時充分發(fā)揮了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有的信息通訊優(yōu)勢，強化物與物之前的聯(lián)系，從管理、定位、跟蹤以及數(shù)據(jù)資源共享等方面實現(xiàn)了構(gòu)建智能化體系的目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過不斷的實踐發(fā)展，在各個領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。如果站在社會經(jīng)濟發(fā)展角度上分析，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用使得社會經(jīng)濟能夠得以全面發(fā)展。在物電力行業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠及時地進行電力信息數(shù)據(jù)的處理、傳輸以及感知，提高輸變電設(shè)備運行的安全性和穩(wěn)定性。

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

2.1 一次設(shè)備的狀態(tài)檢測

2.1.1 發(fā)電機與變壓器檢測

發(fā)電機是組成電力系統(tǒng)不可或缺的重要設(shè)備，其采用的發(fā)電機設(shè)備主要以封閉結(jié)構(gòu)為主，采用傳統(tǒng)的檢測方法只能依據(jù)設(shè)備運行周期進行狀態(tài)檢修。隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，工作人員可以借助紅外成像技術(shù)、超聲傳感器等實時監(jiān)測，監(jiān)測發(fā)電機設(shè)備的運行狀態(tài)[1]。物聯(lián)網(wǎng)在電力設(shè)備的檢測發(fā)揮紅外成像與超聲傳感器檢測技術(shù)的優(yōu)勢，監(jiān)測發(fā)電機設(shè)備轉(zhuǎn)子與定子之間空氣氣隙參數(shù)值，采集發(fā)電機設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的振動信息，從而達到實時檢測發(fā)電機設(shè)備運行狀態(tài)的目的。

變壓器也是電力系統(tǒng)的一大重要設(shè)備。在變壓器運行狀態(tài)檢測中，工作人員可以通過對變壓器負載量、溫度、聲音、油溫等指標(biāo)參數(shù)的實時監(jiān)測，以便于工作人員及時地發(fā)現(xiàn)和解決變壓器運行過程中存在的問題。另外，使用振動傳感器實時監(jiān)測變壓器繞組變形情況，使用電流傳感器檢測變壓器的鐵芯運行狀態(tài)，更加保證了變壓器運行狀態(tài)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，為后續(xù)故障的分析判斷和處理提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.1.2 輸電線路與母線狀態(tài)檢測

智能電網(wǎng)中的輸電線路實時運行狀態(tài)檢測與發(fā)電機、變壓器、開關(guān)等相關(guān)設(shè)備相比，檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)差異的頻率相對更高。此外，由于電網(wǎng)輸電線路物理距離長、地理范圍大等特點，在很大程度上增加了工作人員開展輸電線路實時運行狀態(tài)檢測工作的難度。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)輸電線路實時檢測應(yīng)用，電力企業(yè)只需要在輸電線路桿塔、輸電線等位置設(shè)置傳感器，或定期開展無人機巡線，即可實時準(zhǔn)確檢測輸電線路運行狀態(tài)。在輸電線檢測中，電力企業(yè)將不同類型的傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，通過網(wǎng)絡(luò)層及時傳輸至中心檢測體系，由檢測系統(tǒng)服務(wù)器對數(shù)據(jù)信息進行全面分析和對比，以此準(zhǔn)確掌握輸電線路實時運行狀態(tài)。一般情況下，結(jié)合輸電線路的特征，采用微氣象環(huán)境檢測、導(dǎo)線風(fēng)偏在線檢測、導(dǎo)線溫度檢測、覆冰檢測、桿塔傾斜檢測等相關(guān)檢測技術(shù)。

在變電站運行之中，母線是極為重要的電子元器件，且母線的故障率一般較低，但是如果母線一旦出現(xiàn)故障，產(chǎn)生的危害性極大，產(chǎn)生的后果極為嚴重。依據(jù)當(dāng)前故障類型可知，其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(shè)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(zhuǎn)式攝像技術(shù)。

2.1.3 高壓斷路器與隔離開關(guān)檢測

電力系統(tǒng)高壓斷路器以及隔離開關(guān)是保證整個電力系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵設(shè)備。當(dāng)前，我國電力系統(tǒng)所采用的高壓斷路器主要有油斷路器、真空斷路器、SF6斷路器等幾種。不同類型的斷路器在運行中也表現(xiàn)為不同的故障特征，此時就需要集合不同的故障特征有針對性地予以檢測。比如，在進行高壓斷路器運行狀態(tài)的檢測工作時，工作人員應(yīng)該仔細檢查觸頭開關(guān)的實時運行狀態(tài)，確保高壓斷路器時刻保持正常運行狀態(tài)。檢測真空斷路器時，應(yīng)該根據(jù)其性能原理，對真空滅弧室的真空度進行實時監(jiān)測，以此準(zhǔn)確判斷真空斷路器運行狀態(tài)。

隔離開關(guān)檢測和高壓斷路器相比而言，檢測程序和檢測內(nèi)容相對較少，一般就是針對工作運行中主要部件的生銹、操作運行不暢、觸頭異常發(fā)熱等常見故障進行重點檢測，通過紅外線測溫、X 射線、可移動探頭等技術(shù)，可實現(xiàn)對隔離開關(guān)的狀態(tài)檢測。

2.2 二次設(shè)備的狀態(tài)檢測

2.2.1 二次回路檢測

二次回路主要是由各個分散的繼電器組成，此種組成方式使得繼電器狀態(tài)檢測更為復(fù)雜[2]。智能電網(wǎng)匯聚了大量微電子元器件、集成電路，其在運行中會產(chǎn)生大量的電磁輻射，對二次設(shè)備運行產(chǎn)生一定的干擾問題。因此在二次回路檢測中，可以通過注入特定頻率電流等形式，實時監(jiān)控二次回路中出現(xiàn)的可疑故障點，方便工作人員及時查找其中的故障并盡快做出相應(yīng)的修復(fù)，保證智能電網(wǎng)完全穩(wěn)定的運行。

2.2.2 運行環(huán)境檢測

電力設(shè)備的運行環(huán)境直接影響其安全性和穩(wěn)定性。經(jīng)過深入調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于外部環(huán)境的因素引發(fā)的設(shè)備故障，不但對電力系統(tǒng)的運行造成了巨大破壞，而且對智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展也埋下了安全隱患。比如，微風(fēng)振動、導(dǎo)線覆冰、絕緣子串風(fēng)偏等環(huán)境因素，都或多或少地影響電力設(shè)備的運行狀態(tài)。另外，戶外變壓器、斷路器等電力設(shè)備對溫度敏感性較高，一旦其所處的溫度過高，極易引發(fā)相關(guān)的故障問題。例如可以安裝在線測溫裝置，在斷路器觸頭處安裝電線傳感器，在設(shè)備柜體上安裝相應(yīng)的處理模塊，包括溫度傳感模塊、環(huán)境濕度傳感模塊等，將這些模塊實時傳輸?shù)诫娔X終端或者手機終端。如果溫度出現(xiàn)異常現(xiàn)象，工作人員通過終端可以收到相應(yīng)通知，檢修人員也可以通過記錄運行溫度變化，結(jié)合該線路負荷情況，對斷路器的運行狀態(tài)進行判斷。這些裝置的安裝就是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效實現(xiàn)實時遠程監(jiān)控，提升對設(shè)備的判斷能力，也保證在無人值守變電站運行可靠性。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備應(yīng)用管理

3.1 狀態(tài)監(jiān)測中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

3.1.1 感知層

智能電網(wǎng)中應(yīng)用的感知層，主要是通過準(zhǔn)確識別電力設(shè)備中的二維碼標(biāo)簽信息的方式，提高智能電網(wǎng)中各個電力設(shè)備實時運行狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[3]。感知層主要負責(zé)將數(shù)據(jù)信息直接傳輸至智能電網(wǎng)運行的網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層中，因此在應(yīng)用過程中，要保證輸變電設(shè)備能夠精準(zhǔn)、實時地進行數(shù)據(jù)的傳輸，以此更為精準(zhǔn)及時地將數(shù)據(jù)信息與網(wǎng)絡(luò)延伸至輸變電設(shè)備的各個環(huán)節(jié)[4]。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是電網(wǎng)接入網(wǎng)與電網(wǎng)信息系統(tǒng)的核心組成部分，其作為感知層與應(yīng)用層的橋梁以及輸變電設(shè)備運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾ǖ溃挥袑⒔尤刖W(wǎng)與核心網(wǎng)有機結(jié)合在一起，才能達到有效提升數(shù)據(jù)信息傳輸效率的目的[5]。智能電網(wǎng)對數(shù)據(jù)信息的安全性與準(zhǔn)確性提出了明確的要求。因此，電力企業(yè)必須嚴格地按照智能電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的要求，保證輸變電設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，如果現(xiàn)有設(shè)備無法滿足數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)囊?，?yīng)該及時通過APN專用通道進行安全加密，提高輸變電設(shè)備運行數(shù)據(jù)信息的安全性。

3.1.3 應(yīng)用層

智能電網(wǎng)中的應(yīng)用層通過技術(shù)與功能的有機結(jié)合，以此提高電力企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用效果[6]。依據(jù)輸變電設(shè)備運行數(shù)據(jù)評價結(jié)果和信息采集狀態(tài)，采取定期和動態(tài)評價相結(jié)合的方式，客觀地評價輸變電設(shè)備的運行狀態(tài)。

3.2 電力設(shè)備壽命周期管理

為提高電力企業(yè)的經(jīng)濟效益，電力企業(yè)推動智能電網(wǎng)的建設(shè)工作時，必須根據(jù)企業(yè)自身發(fā)展的實際情況[7]。輸變電設(shè)備根據(jù)設(shè)備檢測的信息，準(zhǔn)確判斷輸變電設(shè)備運行狀態(tài)是否正常，保證輸變電設(shè)備運行安全性與可靠性，降低智能電網(wǎng)全生命周期的運行成本[8]。

電力企業(yè)在開展輸變電設(shè)備全生命周期的評估工作時，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為輸變電設(shè)備實時運行狀態(tài)檢測的輔助技術(shù)，全面分析和總結(jié)輸變電設(shè)備運行管理的經(jīng)驗，全方位地進行電力企業(yè)設(shè)備的管理工作，提高輸變電設(shè)備故障診斷信息的真實性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)輸變電設(shè)備故障維修工作的開展奠定良好的基礎(chǔ)[9]。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集和分析輸變電設(shè)備實時運行過程中的數(shù)據(jù)信息，明確了輸變電設(shè)備運行的狀態(tài)，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建完善的輸變電設(shè)備風(fēng)險評估體系，保證了后續(xù)輸變電設(shè)備實時運行狀態(tài)檢測工作的有序開展[10]。

4 結(jié)語

總之，我國智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速推廣和應(yīng)用，促進了電網(wǎng)在線實時運行狀態(tài)檢測水平的全面提升。物聯(lián)網(wǎng)檢測技術(shù)與傳統(tǒng)離線檢測技術(shù)相比，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的在線檢測技術(shù)具有顯著的智能化與實時化特點，沖破了周期因素對輸變電設(shè)備實時運行狀態(tài)檢測的限制，實現(xiàn)了真正意義上的輸變電設(shè)備自動化與智能化檢測目標(biāo)，促進了設(shè)備運行狀態(tài)檢測效率的有效提升。