電網(wǎng)設(shè)施智能在線巡檢監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

李永霞

（晉能控股煤業(yè)集團電業(yè)公司山西大同037003）

0 引言

電網(wǎng)設(shè)施智能在線巡檢監(jiān)測是電網(wǎng)智能化的重要組成部分，它為電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)評價及相關(guān)診斷功能的實現(xiàn)提供了全面的數(shù)據(jù)支撐[1]。在智能化煤礦建設(shè)的大背景下[1]，煤業(yè)集團本部供電網(wǎng)絡(luò)智能化建設(shè)工作勢在必行，但隨著煤業(yè)集團本部電網(wǎng)規(guī)模的日益擴大，電氣設(shè)備逐步增多，傳統(tǒng)的電網(wǎng)設(shè)備檢修、巡視模式已不能滿足電網(wǎng)智能化建設(shè)的需求[2]。

電網(wǎng)設(shè)施的健康狀態(tài)直接影響著電網(wǎng)的安全可靠運行，一直以來，變電站設(shè)備的健康水平和運行狀況都是通過每年定期檢修來檢查的，存在“小病大治、無病也治”與“檢修不足”等諸多問題；同時，設(shè)備和輸電線路的人工巡檢也存在運維人員負擔大、工作強度高、工作效率低等問題，并且因受運維人員生理、心理、技術(shù)水平、工作經(jīng)驗以及工作環(huán)境等多方面因素的影響，還易出現(xiàn)漏巡、少巡或不巡的情況，不能及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)施存在的安全隱患，危及系統(tǒng)的安全可靠運行；另外，變電站設(shè)備出現(xiàn)異常時，因值班人員專業(yè)能力和現(xiàn)場經(jīng)驗的差異，會影響對設(shè)備存在問題的判斷，無形中增加了大量的工作量和不安全因素，因此，智能在線巡檢監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用迫在眉睫。

1 智能在線巡檢監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

電網(wǎng)設(shè)施智能在線巡檢監(jiān)測系統(tǒng)整合了傳感技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、嵌入式技術(shù)、廣域分布通信技術(shù)、在線監(jiān)測技術(shù)以及故障診斷技術(shù)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

該系統(tǒng)可實現(xiàn)對變壓器、避雷器等電氣設(shè)備運行狀態(tài)的實時感知、監(jiān)視、分析、預(yù)測、故障診斷和評估，以及變電站設(shè)備、輸電線路的智能巡檢和變電站設(shè)備的可視化遠程干預(yù)。

圖1 智能在線巡檢監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 智能在線巡檢監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理

2.1 變電站設(shè)備在線監(jiān)測子系統(tǒng)

變電站設(shè)備在線監(jiān)測子系統(tǒng)主要包括變壓器在線監(jiān)測模塊和氧化鋅避雷器在線監(jiān)測模塊。

（1）變壓器在線監(jiān)測模塊

變壓器在線監(jiān)測模塊可實現(xiàn)變壓器油中溶解氣體及微水監(jiān)測和變壓器工況信息在線監(jiān)測。

①變壓器油中溶解氣體及微水監(jiān)測

變壓器油中溶解氣體及微水監(jiān)測IED采用油色譜分析原理，應(yīng)用真空脫氣技術(shù)和高靈敏的納米晶半導(dǎo)體檢測器，實現(xiàn)對變壓器油中溶解氣體（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、CO2）的檢測，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 變壓器油中溶解氣體及微水監(jiān)測模塊結(jié)構(gòu)示意圖

上圖將吸入采集單元中的油樣通過油泵進行循環(huán)，通過油氣快速分離油中溶解氣體至氣室，微型氣體采樣泵及六通閥實現(xiàn)自動進樣，經(jīng)過色譜柱分離后樣氣進入氣體檢測器。氣體檢測器的嵌入式處理單元完成A/D采樣、轉(zhuǎn)化、存儲、計算并將數(shù)據(jù)上傳到智能處理器。智能處理器對原始譜圖進行分析，完成組分濃度定量計算與故障診斷功能，同時對油色譜監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢進行分析，可有效甄別發(fā)現(xiàn)變壓器過熱或絕緣故障。

②變壓器工況信息在線監(jiān)測

變壓器在線監(jiān)測智能模塊主要采集變壓器的鐵芯接地電流、頂層油溫、底層油溫、油位等變壓器工況信息。該系統(tǒng)采用穿心式小電流互感器實現(xiàn)變壓器鐵芯對地泄漏電流的監(jiān)測。鐵芯接地電流監(jiān)測能及時發(fā)現(xiàn)鐵芯多點接地等故障，可有效避免嚴重事故的發(fā)生。

（2）氧化鋅避雷器在線監(jiān)測模塊

氧化鋅避雷器在線監(jiān)測模塊采用測量氧化鋅避雷器的泄漏基波電流和阻性基波電流來動態(tài)監(jiān)測避雷器的絕緣狀態(tài)。由于測量電流中含有諧波及干擾成分，為了提高檢測精度，該系統(tǒng)采用數(shù)字濾波技術(shù)提取避雷器末屏泄漏總電流及阻性電流的基波分量，通過基波電流特性可準確診斷出氧化鋅避雷器的絕緣狀態(tài)。避雷器電流采集單元與傳感器安裝示意圖見圖3。

圖3 避雷器電流采集單元與傳感器示意圖

各避雷器在線監(jiān)測單元利用GPS同步時鐘實現(xiàn)泄漏電流、阻性電流、容性電流的同步采樣，并將A/D轉(zhuǎn)換后的采樣結(jié)果通過2.4 GHz無線網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送到避雷器監(jiān)測模塊處理器。避雷器監(jiān)測模塊處理器實現(xiàn)泄漏電流、阻性電流、容性電流的計算分析，通過對數(shù)據(jù)的橫縱對比分析實現(xiàn)避雷器絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測。

2.2 電網(wǎng)設(shè)施智能巡檢子系統(tǒng)

電網(wǎng)設(shè)施智能巡檢子系統(tǒng)可實現(xiàn)對變電站設(shè)備和輸電線路的智能巡檢。

（1）變電站設(shè)備智能巡檢模塊

變電站設(shè)備智能巡檢模塊采用全IP架構(gòu)接入方式，同時支持以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)絡(luò)做為傳載網(wǎng)，實現(xiàn)無線與有線接入方式的融合。

運行人員通過掃描變電站每個設(shè)備的NFC模塊，自動記錄巡檢設(shè)備的時間、狀態(tài)等信息，可實現(xiàn)巡檢記錄的保存、回放、調(diào)取、刪除等操作，同時遠端能夠通過設(shè)備查詢界面查看巡視現(xiàn)場情況。

（2）輸電線路智能巡檢模塊

輸電線路巡檢模塊采用精準定位技術(shù)，可在電子地圖上呈現(xiàn)巡視軌跡，支持多線路同時并行巡檢。巡檢過程中掃描線路設(shè)備點位附帶NFC標簽，將巡檢的結(jié)果錄入系統(tǒng)，必要時可對設(shè)備進行拍照上傳。若處偏僻地帶沒有網(wǎng)絡(luò)，則數(shù)據(jù)暫存在設(shè)備終端中，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時數(shù)據(jù)可自動回傳。該模塊具有后臺管理功能、在線通訊功能與數(shù)據(jù)分析功能，所有的功能均可以與調(diào)度智能云平臺、視頻會議調(diào)度系統(tǒng)無縫對接。線路工區(qū)各級專業(yè)人員可以利用該模塊實現(xiàn)輸電線路分權(quán)分域的智能巡視。

2.3 變電站設(shè)備可視化遠程干預(yù)子系統(tǒng)

系統(tǒng)具備視頻及信息處理功能，可承擔所有前端設(shè)備的管理、控制、用戶管理等工作，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻監(jiān)控的數(shù)字化以及視頻/音頻信息流從模擬狀態(tài)轉(zhuǎn)為數(shù)字狀態(tài)，革新了視頻監(jiān)控系統(tǒng)從信息采集、數(shù)據(jù)處理、傳輸、系統(tǒng)控制等的方式和結(jié)構(gòu)形式。

該系統(tǒng)通過定制化的融合攝像、視頻編碼、Web服務(wù)于一體的高清監(jiān)控設(shè)備，直接連接到網(wǎng)絡(luò)，對接到現(xiàn)有平臺，實現(xiàn)軟件硬件的相互結(jié)合。同時，系統(tǒng)支持監(jiān)控畫面的大屏推送功能，以及將畫面等分并將多個監(jiān)控的畫面同時推送至大屏，且多個監(jiān)控設(shè)備的畫面可實時查看，延遲低并且畫面清晰。對于站內(nèi)移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法覆蓋的設(shè)備，可遠程對鏡頭進行旋轉(zhuǎn)、縮放的操作，實現(xiàn)對站內(nèi)設(shè)備異常部位及聲響的實時回傳，同時可實現(xiàn)遠程語音通信，交流語音清晰流暢。

3 智能在線巡檢監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用效果

從2019年開始，我們逐步在煤業(yè)集團四老溝110 kV站、四臺35 kV站和窯子坡35 kV站共6座變電站引進了智能在線巡檢監(jiān)測系統(tǒng)。

以四臺站為例對其應(yīng)用情況進行介紹：

在主變壓器現(xiàn)場安裝MGA2000變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)和MDD3000智能組件柜，實現(xiàn)變壓器油中溶解氣體和微水監(jiān)測，以及通過智能組件完成一次設(shè)備已有開關(guān)量及模擬量的采集，并將狀態(tài)測量結(jié)果以IEC61850協(xié)議通過光纖介質(zhì)傳送到站控層網(wǎng)絡(luò)，供站控層的監(jiān)控、遠動使用，現(xiàn)場應(yīng)用及監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用情況

在避雷器現(xiàn)場安裝避雷器監(jiān)測智能傳感器，各傳感器接收到絕緣監(jiān)測智能處理器的采集命令后，電壓監(jiān)測單元及容性設(shè)備監(jiān)測單元實現(xiàn)同步采樣，容性設(shè)備監(jiān)測單元對接收到的系統(tǒng)電壓監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)進行處理，并將結(jié)果發(fā)送到避雷器監(jiān)測智能處理器，實現(xiàn)避雷器絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測，現(xiàn)場應(yīng)用及監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用情況

變電站設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)查詢界面及巡視示意圖如圖6所示：

圖6 智能巡檢查詢界面及巡視示意圖

電網(wǎng)設(shè)施智能在線巡檢監(jiān)測系統(tǒng)在四臺等6座變電站的應(yīng)用，取得了一定的經(jīng)濟和社會效益，具體如下：

（1）設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)對運行中的變壓器和避雷器進行實時監(jiān)測，能夠有效防范設(shè)備內(nèi)部潛伏性故障的發(fā)生和發(fā)展，不僅彌補了常規(guī)的預(yù)防性試驗以及檢測手段的不足，還降低了意外停電給煤礦安全生產(chǎn)所帶來的經(jīng)濟損失，同時，還為檢修人員制定科學的檢修方案提供了依據(jù)，也標志著煤業(yè)集團本部電網(wǎng)由傳統(tǒng)的設(shè)備年校方式向狀態(tài)檢修方式的轉(zhuǎn)變邁出了實質(zhì)性的一步。

（2）電網(wǎng)設(shè)施智能巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用極大地提高了巡檢質(zhì)量，規(guī)范了統(tǒng)一的巡檢標準，解決了巡檢跳項、漏項、標準不一、責任不明等問題，減輕了巡視人員的工作負擔，不僅為巡檢工作提供了一種更加科學的有效管理手段，而且大大提高了工作效率以及設(shè)備運行的安全性。

（3）可視化遠程干預(yù)系統(tǒng)解決了因值班人員對現(xiàn)場缺陷描述不清而使檢修人員無法確定解決方案的問題，同時也便于檢修人員合理地安排搶修材料、配件、人員以及車輛，有效地減少了缺陷的處理時間和無形中增加的工作量；另外，也提高了遠端電力調(diào)度員或?qū)＜覍ΜF(xiàn)場隱患、突發(fā)事件等的參與程度，大大地提升了電網(wǎng)應(yīng)急事件的處理能力。

4 結(jié)論

電網(wǎng)設(shè)施智能在線巡檢監(jiān)測技術(shù)在煤業(yè)集團本部電網(wǎng)的引進應(yīng)用，提高了電網(wǎng)建設(shè)的智能化水平，狀態(tài)監(jiān)測在不影響變電站設(shè)備正常運行的前提下實時獲取設(shè)備的運行狀態(tài)和周圍環(huán)境的信息，結(jié)合專家診斷算法，對設(shè)備運行做出分析判斷，并及時給出預(yù)警信息，提高了對設(shè)備風險辨識的管控能力；智能巡檢系統(tǒng)提高了電力設(shè)施的巡檢質(zhì)量，實現(xiàn)了巡檢資料、數(shù)據(jù)分析的電子化、信息化，對于保證設(shè)施的穩(wěn)定可靠運行發(fā)揮了重要作用；可視化遠程干預(yù)系統(tǒng)能夠使遠端的電力調(diào)度員或?qū)＜覍ΜF(xiàn)場隱患及突發(fā)事件快速地進行分析、研判、確定可行方案，有效地提升了電網(wǎng)應(yīng)急事件的處理能力。