淺議物聯(lián)網(wǎng)技術在電氣設備狀態(tài)檢修中的應用

國網(wǎng)福建電力福州供電公司 福建 福州 350009

電氣設備狀態(tài)檢修是指對電氣設備狀態(tài)信息進行采集，并根據(jù)信息判斷電氣設備狀態(tài)特征，為電氣設備狀態(tài)檢修提供參考。物聯(lián)網(wǎng)技術是一種以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，實現(xiàn)物物相連的網(wǎng)絡。若是能將其應用到電氣設備狀態(tài)檢修中就可以及時、詳細了解電氣設備狀態(tài)信息，并且可以借助不同形式的感知設備實現(xiàn)信息的穩(wěn)定、可靠傳送，從而構建出實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的檢修系統(tǒng)，保證電氣設備狀態(tài)檢修質量。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術在電網(wǎng)中的應用現(xiàn)狀

通過運用物聯(lián)網(wǎng)技術可對物體、自然環(huán)境進行感知、識別、分析、控制，進而實現(xiàn)生產(chǎn)生活、資源管理的信息化、智能化、網(wǎng)絡化。如今，隨著我國電力行業(yè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)也被廣泛應用到了其中。在電網(wǎng)運行設備狀態(tài)、所處環(huán)境監(jiān)測、電網(wǎng)信息互聯(lián)互通中都發(fā)揮出了顯著的應用優(yōu)勢。

物聯(lián)網(wǎng)體系可分為感知層、網(wǎng)絡層、應用層。在電網(wǎng)中應用亦是如此。比如在感知層布置各種射頻識別設備、智能傳感器等進行設備信息及所處環(huán)境信息的檢測；在網(wǎng)絡層設置電力系統(tǒng)專用網(wǎng)，從而將感知層信息傳遞到應用層；應用層通過設計就可以實現(xiàn)設備狀態(tài)監(jiān)控、智能預警等，從而為運維人員處理電力設備提供參考。而電氣設備狀態(tài)檢修主要是指應用狀態(tài)監(jiān)測、診斷技術提供的狀態(tài)信息，判斷電氣設備健康狀態(tài)，進而實施設備檢修。需要注意的是電氣設備狀態(tài)檢修依據(jù)的是當前設備運行狀態(tài)，并非是設備運行時間。并且需要結合當前設備運行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備出廠試驗數(shù)據(jù)、正常運行數(shù)據(jù)等，依托人工智能算法挖掘設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，準確判斷設備運行狀態(tài)。數(shù)據(jù)越準確越能保證設備運行狀態(tài)判斷結果準確性，越有利于電氣設備狀態(tài)檢修策略的制定。借助物聯(lián)網(wǎng)技術正可以提升數(shù)據(jù)準確性，豐富數(shù)據(jù)類型，為電氣設備檢修提供參考。

二、基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電氣設備狀態(tài)檢修系統(tǒng)設計

1.系統(tǒng)設計要求。電氣設備狀態(tài)檢修系統(tǒng)能滿足以下要求：①不會影響到電氣設備可靠性，且感知設備電壓等級、無線電抗擾能力符合要求；②不會影響到電氣設備機械可靠性；③安裝方式比較方便，不能過于復雜；④能夠長期穩(wěn)定運行，且能夠適應各種不良氣候；⑤統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸、存儲標準，以便進行數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理；⑥能夠保證電網(wǎng)系統(tǒng)長期穩(wěn)定、可靠的運行。

2.系統(tǒng)架構及設計。電氣設備狀態(tài)檢修系統(tǒng)主要分為感知層、網(wǎng)絡層、應用層。每一層所用技術、設備都不相同，且構建也存在差異。

首先，感知層所用技術主要包括傳感器技術、RFID技術。其中傳感器技術所用的傳感器類型包括：溫度傳感器，可用于變壓器、隔離開關、電纜接頭處的溫度監(jiān)測；無線水浸式傳感器，可用于箱式變壓器、電纜分支箱等是否被水浸泡監(jiān)測；無線桿塔傾斜傳感器，可用于桿塔傾斜狀態(tài)監(jiān)測；無線故障傳感器，可用于現(xiàn)場電流監(jiān)測。其中RFID技術是指借助由閱讀器、電子標簽、應用軟件系統(tǒng)組成的監(jiān)測裝置進行設備數(shù)據(jù)讀取的監(jiān)測技術。應用這一技術之后運維人員通過手持檢測儀就可以完成電氣設備狀態(tài)檢修。

其次，網(wǎng)絡層主要包括典型無線自組網(wǎng)節(jié)點結構、無線自組網(wǎng)層次結構、無線自組網(wǎng)節(jié)點類型三種結構類型。具體要結合實際靈活設計。

最后，應用層功能包括設備狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)查詢、預警分析、可視化信息展示、設備識別、運行信息查看、現(xiàn)場信息等。另外，針對不同的電氣設備應用層功能設計應當有所區(qū)別，以便運維人員能依據(jù)信息制定檢修策略。

3.電氣設備狀態(tài)評估。在借助電氣設備狀態(tài)檢修系統(tǒng)進行電氣設備狀態(tài)監(jiān)測之后，有必要結合相關數(shù)據(jù)對電氣設備狀態(tài)進行評估，確認是否存在故障。在實際評估中需綜合考慮各方面的影響因素進行評估。尤其是要靈活選擇評估方法。以電纜狀態(tài)評估為例，影響電纜狀態(tài)的因素比較多。如預防性試驗參數(shù)、外界溫度等。在實際評估中要盡可能地將所有影響因素納入到評估體系中從而使評估結果更加準確。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術在電氣設備狀態(tài)檢修中的具體應用

1.電氣設備狀態(tài)監(jiān)測。電氣設備基本是在高電壓、大電流狀態(tài)下運行，難免會受到電、熱、機械等因素的影響出現(xiàn)運行老化、磨損等故障。這些故障屬于慢性故障會逐漸導致設備性能下降、故障率升高。所以，需要對這些電氣設備狀態(tài)進行監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)設備異常，盡快安排檢修，保證電氣設備正常運行。

電氣設備狀態(tài)監(jiān)測信息包括電壓、電流、聲音、溫度、濕度、氣體含量等。這些監(jiān)測信息會隨著電氣設備的運行出現(xiàn)變化，通過有效的監(jiān)測可以及時了解參數(shù)變化情況，并對電氣設備狀態(tài)進行評估。但要注意的是針對不同的電氣設備要監(jiān)測不同的設備信息[1]。比如針對高壓設備要對電壓、電流、接觸點溫度等信息進行監(jiān)測；針對充油設備要對油溫、氣體含量等信息進行監(jiān)測。但值得注意的是電氣設備監(jiān)測信息非常多。若是不能采取有效的監(jiān)測技術就有可能造成信息傳輸混亂。比如運用溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等，并依托互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建信息傳輸渠道，保證信息傳輸效果。

2.在一次設備狀態(tài)檢修中的應用。一次設備包括變壓器、斷路器、電動機、熔斷器、隔離開關等電器設備。這些設備的最大特點就是會受到高電壓、大電流的影響。因此，需要對其運行狀態(tài)進行監(jiān)測，以便能制定高效的檢修策略。

首先，變壓器。變壓器具有變換電壓，促進電力傳輸?shù)淖饔谩Ｆ渥陨硇阅軐φ麄€電力傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性有著非常大的影響[2]。因此，可對變壓器溫度、聲音、油位等信息進行監(jiān)測，了解其運行狀態(tài)。比如在油氣分析中可應用油色譜分析技術，先利用半透膜進行油氣滲透，再進行氣體識別、檢測確定其每種氣體成分，之后進行數(shù)據(jù)分析就可判斷變壓器是否存在過熱、放電等故障；在變壓器繞組變形檢測中可通過在其箱體上安裝振動傳感器，了解繞組的振動信號，而后對信號數(shù)據(jù)進行分析就可評估出繞組是否存在變形故障；在變壓器局部放電檢測中可采用在內部安裝探頭，通過了解局部放電產(chǎn)生的超聲波信息進行其運行狀態(tài)評估，并制定出針對性的檢修策略。其次，高壓斷路器。高壓斷路器的主要作用是控制、保護電力系統(tǒng)。一般情況下，多是對高壓斷路器開關的機械動作次數(shù)、開關內灼傷情況等進行監(jiān)測，確認高壓斷路器開關運行狀態(tài)。比如采用安裝紅外監(jiān)測設備、可移動探頭，并依托互聯(lián)網(wǎng)的方式進行監(jiān)測、故障診斷。再次。輸電線路監(jiān)測。輸電線路是保證電力正常輸送的關鍵。與其它一次設備不同，輸電線路覆蓋范圍非常廣，無法應用傳統(tǒng)監(jiān)測方法進行檢修。而應用物聯(lián)網(wǎng)技術可以在導線、桿塔等部分布置傳感器，了解輸電線路的運行狀態(tài)及外部環(huán)境，以便運維人員對輸電線路運行狀態(tài)進行評估，并制定有效的檢修策略。比如在對導線溫度進行監(jiān)測時可通過安裝溫度傳感器檢測、記錄導線溫度，以免輸電線路發(fā)生過熱事故。最后，隔離開關檢修。由于隔離開關的表面積相對較小，并且經(jīng)常和其他的一次設備接觸，很容易出現(xiàn)發(fā)熱情況，可能會引起觸頭和接線座熔斷問題。部分斷路器質量存在著質量隱患，生產(chǎn)參數(shù)不合理等，如果頻繁的使用隔離開關，很容易出現(xiàn)熔斷問題，是檢修工作的重點部位，在隔離開關更換中，應當做好斷路器質量評估工作，避免使用質量不合格的隔離開關。

3.在二次設備狀態(tài)檢修中的應用。二次設備具有監(jiān)測、控制、調節(jié)、保護作用。目前電力企業(yè)采用的二次設備多具有微機式保護裝置，而保護裝置本身就具有自檢功能，為二次設備檢修提供參考。

二次設備狀態(tài)監(jiān)測與一次設備狀態(tài)監(jiān)測存在不同。二次設備監(jiān)測不需要應用較多的傳感器。因為其本身就具有自檢功能。所以對二次設備狀態(tài)監(jiān)測可采取依托通信設備，實現(xiàn)設備互聯(lián)來達到監(jiān)測目的。比如依托于互聯(lián)網(wǎng)、移動通信實現(xiàn)物物相連。但是需要注意的是二次回路中的繼電器數(shù)量過多，難以對繼電器接觸點進行監(jiān)測，并且二次設備中包含大量的集成電路、微電子元件，對電磁信號非常敏感，以致于監(jiān)測結果準確性無法保證[3]。最重要的是需在一次設備停電狀態(tài)下才能進行二次設備狀態(tài)監(jiān)測及檢修。所以，為了提升二次設備狀態(tài)監(jiān)測的經(jīng)濟性、準確性，需充分結合實際情況靈活選擇監(jiān)測方式及監(jiān)測環(huán)境。

綜上所述，依托物聯(lián)網(wǎng)技術開展電氣設備狀態(tài)檢修工作不僅能有效保證狀態(tài)監(jiān)測結果的準確性，而且能適應各種復雜的工作環(huán)境，保證運維人員能清晰地掌握電氣設備運行狀態(tài)，制定科學的檢修策略。