采用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型變電站運(yùn)行維護(hù)管理的方法研究

吳望冰，毛西吟，施東風(fēng)，鄭維勛，華坤坤

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州供電公司，浙江 杭州 310000；2.杭州旭輻檢測(cè)技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310022）

1 前言

隨著全球氣候變化問(wèn)題的日益嚴(yán)重，環(huán)保已經(jīng)成為全球共識(shí)。在此背景下，環(huán)境友好型變電站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理成為電力行業(yè)的重要議題。變電站是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全。因此，運(yùn)行維護(hù)管理的重要性不言而喻。然而，傳統(tǒng)的維護(hù)管理方式往往無(wú)法滿(mǎn)足環(huán)保和效率的雙重要求。這使得變電站需要尋找新的運(yùn)營(yíng)維護(hù)策略。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，以其實(shí)時(shí)、高效的監(jiān)測(cè)能力，正成為變電站運(yùn)行維護(hù)管理的新選擇。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備可以實(shí)時(shí)收集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)預(yù)警設(shè)備故障，從而避免設(shè)備損壞帶來(lái)的環(huán)境影響。同時(shí)，通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，變電站可以實(shí)施更精細(xì)化的設(shè)備健康管理，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用，減少能源浪費(fèi)，符合環(huán)保理念。然而，盡管在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但在環(huán)境友好型變電站運(yùn)行維護(hù)管理中的應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，如何準(zhǔn)確理解和處理在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備收集的大量數(shù)據(jù)，如何將在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備無(wú)縫集成到現(xiàn)有的運(yùn)行維護(hù)體系中，如何保證在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備本身的安全和可靠性等。鑒于此，本文旨在深入研究采用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型變電站運(yùn)行維護(hù)管理的方法。我們將首先探討在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的主要類(lèi)型和功能，然后研究在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在環(huán)境友好型變電站運(yùn)行維護(hù)管理中的具體應(yīng)用，再通過(guò)一個(gè)實(shí)際案例，探討在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)際效果和存在的挑戰(zhàn)，以及相應(yīng)的解決方案。我們期望，本研究能為環(huán)境友好型變電站的運(yùn)行維護(hù)管理提供新的思路和方法。

2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的主要類(lèi)型和功能

2.1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的主要類(lèi)型

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的類(lèi)型豐富，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，具體到變電站中，常見(jiàn)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備如下。

（1）電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備。例如，變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，如貝瑞特的TOGA? DGA 設(shè)備，能對(duì)變壓器油進(jìn)行故障氣體分析；斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備，如ABB 的MSM，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斷路器的機(jī)械性能等。

（2）環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備。如瑞士Testo 公司的Testo 160 系列環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，能監(jiān)測(cè)溫度、濕度、光照強(qiáng)度、紫外線(xiàn)強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)。

（3）電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備。如Fluke的電力質(zhì)量分析儀，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等電氣參數(shù)。

2.2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的主要功能

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在變電站運(yùn)行維護(hù)管理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，主要功能如下。

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠持續(xù)收集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)，為運(yùn)行維護(hù)提供實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的信息。例如，貝瑞特的TOGA? DGA 設(shè)備能實(shí)時(shí)收集并分析變壓器油中的故障氣體。

（2）故障預(yù)警。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠通過(guò)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，預(yù)警可能發(fā)生的故障。例如，ABB 的MSM 能根據(jù)斷路器的機(jī)械性能數(shù)據(jù)，預(yù)警可能的故障。

（3）設(shè)備健康管理。通過(guò)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，可以評(píng)估設(shè)備的健康狀況，指導(dǎo)設(shè)備的維護(hù)和更換工作。

（4）環(huán)境監(jiān)測(cè)。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備還能對(duì)變電站的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理可能對(duì)環(huán)境造成影響的情況。例如，Testo 160 系列環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄環(huán)境參數(shù)。

2.3 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作原理

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作原理主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理3 個(gè)部分。

（1）數(shù)據(jù)采集。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備通過(guò)傳感器等部件，實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)。例如，F(xiàn)luke的電力質(zhì)量分析儀通過(guò)內(nèi)置傳感器，實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)的電壓。

（2）數(shù)據(jù)傳輸。采集的數(shù)據(jù)通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。例如，貝瑞特的TOGA? DGA 設(shè)備可以通過(guò)內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)接口，將采集的變壓器油中的故障氣體數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。

（3）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理中心通過(guò)專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，如數(shù)據(jù)清洗、特征提取、故障預(yù)警等。例如，ABB 的MSM 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能對(duì)斷路器的機(jī)械性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)潛在的故障，并提前發(fā)出預(yù)警。同時(shí)，處理后的數(shù)據(jù)可以通過(guò)可視化工具進(jìn)行展示，為運(yùn)行維護(hù)人員提供便捷的操作界面。

以上詳細(xì)介紹了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的主要類(lèi)型、功能和工作原理。接下來(lái)，我們將研究在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在環(huán)境友好型變電站運(yùn)行維護(hù)管理中的具體應(yīng)用。

2.4 部分在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備詳細(xì)介紹

2.4.1 超聲波局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備

設(shè)計(jì)原理：超聲波局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備采用了超聲波檢測(cè)技術(shù)，它是利用超聲波在介質(zhì)中傳播的特性，探測(cè)設(shè)備內(nèi)部的局部放電現(xiàn)象。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超聲波，超聲波傳感器就能檢測(cè)到這些超聲波，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

技術(shù)規(guī)格：超聲波局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備通常包含一個(gè)超聲波傳感器和一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元。傳感器的靈敏度和頻率響應(yīng)范圍是其重要的技術(shù)規(guī)格，一般要求靈敏度高，頻率響應(yīng)范圍廣，以便檢測(cè)到各種不同類(lèi)型的局部放電。

功能特性：這種設(shè)備能夠在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的局部放電現(xiàn)象，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣問(wèn)題，避免設(shè)備的突然故障，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

2.4.2 紅外線(xiàn)熱像在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備

設(shè)計(jì)原理：紅外線(xiàn)熱像在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備采用了紅外熱像技術(shù)，它是通過(guò)檢測(cè)設(shè)備表面的紅外輻射，生成設(shè)備的熱像，從而檢測(cè)設(shè)備的溫度分布和熱狀態(tài)。

技術(shù)規(guī)格：紅外線(xiàn)熱像在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備通常包含一個(gè)紅外熱像傳感器和一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元。傳感器的分辨率和溫度測(cè)量范圍是其重要的技術(shù)規(guī)格，一般要求分辨率高，溫度測(cè)量范圍廣，以便精確地檢測(cè)設(shè)備的溫度分布和熱狀態(tài)。

功能特性：這種設(shè)備能夠在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫度分布和熱狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的過(guò)熱問(wèn)題，避免設(shè)備的熱老化和熱故障，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

2.4.3 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的協(xié)同工作

在變電站中，各種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備通常需要協(xié)同工作，為變電站提供綜合的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)服務(wù)。例如，超聲波局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備和紅外線(xiàn)熱像在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備可以同時(shí)工作，通過(guò)超聲波和紅外輻射的聯(lián)合檢測(cè)，提高了對(duì)設(shè)備異常的檢測(cè)準(zhǔn)確性和檢測(cè)范圍。同時(shí)，各種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)可以通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，進(jìn)行集中處理和分析。數(shù)據(jù)處理中心通常包括數(shù)據(jù)收集和存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)、設(shè)備健康管理系統(tǒng)和環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)收集和存儲(chǔ)系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集和存儲(chǔ)各種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，生成故障預(yù)警和設(shè)備健康報(bào)告；設(shè)備健康管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)根據(jù)設(shè)備健康報(bào)告進(jìn)行設(shè)備健康管理，包括設(shè)備維修、設(shè)備更換等；環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境保護(hù)，包括環(huán)境改善、環(huán)境恢復(fù)等。通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的協(xié)同工作和數(shù)據(jù)處理中心的集中處理，我們不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站的設(shè)備和環(huán)境狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，提高變電站的運(yùn)行可靠性和運(yùn)行效率，降低運(yùn)維成本，還可以實(shí)現(xiàn)變電站的環(huán)境保護(hù)，推動(dòng)環(huán)境友好型變電站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。

2.5 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技的快速發(fā)展，未來(lái)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備可能會(huì)有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

（1）集成化。未來(lái)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備可能會(huì)更加集成化，即一個(gè)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)多種監(jiān)測(cè)功能，如超聲波和紅外熱像的聯(lián)合監(jiān)測(cè)，以提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和全面性。

（2）智能化。未來(lái)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備可能會(huì)更加智能化，即設(shè)備能夠自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，生成故障預(yù)警和設(shè)備健康報(bào)告，以提高監(jiān)測(cè)的效率和實(shí)時(shí)性。

（3）網(wǎng)絡(luò)化。未來(lái)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備可能會(huì)更加網(wǎng)絡(luò)化，即設(shè)備能夠通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互聯(lián)互通，以提高數(shù)據(jù)收集的效率和準(zhǔn)確性。

（4）環(huán)保化。未來(lái)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備可能會(huì)更加環(huán)?；?，即設(shè)備能夠更好地監(jiān)測(cè)和保護(hù)環(huán)境，以推動(dòng)環(huán)境友好型變電站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。

3 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在環(huán)境友好型變電站運(yùn)行維護(hù)管理中的應(yīng)用與案例研究

本部分將結(jié)合具體案例，詳細(xì)介紹在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在環(huán)境友好型變電站運(yùn)行維護(hù)管理中的應(yīng)用，包括運(yùn)行數(shù)據(jù)收集、故障預(yù)警、設(shè)備健康管理以及環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)。

3.1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)收集與案例介紹

在變電站的運(yùn)行維護(hù)管理中，數(shù)據(jù)是決策的基礎(chǔ)。例如，在某500kV 的環(huán)境友好型變電站中，采用了貝瑞特的TOGA? DGA 設(shè)備，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器油中的故障氣體，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的絕緣老化、熱故障、放電等問(wèn)題。這種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備為運(yùn)行維護(hù)管理提供了精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，使得變電站能夠根據(jù)數(shù)據(jù)做出及時(shí)有效的決策。

3.2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的故障預(yù)警與案例介紹

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的故障預(yù)警功能對(duì)于減少設(shè)備故障，保障變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性具有重要作用。如在上述案例中，TOGA? DGA 設(shè)備不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)變壓器油中的故障氣體，還能根據(jù)分析結(jié)果預(yù)警可能的故障，例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某種或幾種故障氣體的含量超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警，從而避免了可能的設(shè)備故障和停電事件。

3.3 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在設(shè)備健康管理中的應(yīng)用與案例介紹

設(shè)備健康管理是變電站運(yùn)行維護(hù)管理的重要組成部分。在一家利用ABB 的MSM 系統(tǒng)對(duì)斷路器進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的變電站中，通過(guò)實(shí)時(shí)收集和分析斷路器的機(jī)械性能數(shù)據(jù)，可以評(píng)估斷路器的健康狀況，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果制定維護(hù)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備健康管理的精細(xì)化和智能化。

3.4 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)中的應(yīng)用與案例介紹

環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)是環(huán)境友好型變電站的重要特性。例如，在一個(gè)使用Testo 160 系列環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備的變電站中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、光照強(qiáng)度、紫外線(xiàn)強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能對(duì)環(huán)境或設(shè)備運(yùn)行造成影響的異常情況，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。此外，該環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備還配備有噪聲和顆粒物傳感器，能夠監(jiān)測(cè)和記錄變電站的噪聲和顆粒物排放情況，為環(huán)境保護(hù)提供了有力的技術(shù)支持。

3.5 挑戰(zhàn)與解決方案

以上案例充分說(shuō)明了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在環(huán)境友好型變電站運(yùn)行維護(hù)管理中的應(yīng)用效果，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，也面臨一些挑戰(zhàn)。

（1）數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題。由于傳感器故障、環(huán)境干擾等因素，可能導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量下降。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以定期對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，并采用高性能的濾波器和放大器等硬件設(shè)備，以提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

（2）數(shù)據(jù)處理和分析問(wèn)題。由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量大，處理和分析的難度較大。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，自動(dòng)化地處理和分析數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)處理和分析的效率和準(zhǔn)確性。

（3）設(shè)備成本和維護(hù)問(wèn)題。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的購(gòu)置和維護(hù)成本較高。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)采用更經(jīng)濟(jì)的設(shè)備、提高設(shè)備的使用效率和壽命、開(kāi)展設(shè)備維護(hù)培訓(xùn)等方式，降低設(shè)備的總體成本。

通過(guò)以上的應(yīng)用和案例研究，我們可以看到，雖然在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在環(huán)境友好型變電站運(yùn)行維護(hù)管理中的應(yīng)用面臨一些挑戰(zhàn)，但通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)踐，我們已經(jīng)在解決這些挑戰(zhàn)的道路上取得了積極的進(jìn)展。未來(lái)，我們期待在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備能在變電站的運(yùn)行維護(hù)管理中發(fā)揮更大的作用，為構(gòu)建環(huán)境友好型變電站提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持。

4 結(jié)語(yǔ)

本文揭示了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在環(huán)境友好型變電站中的應(yīng)用與重要性。這些設(shè)備通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集、處理與分析，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警、設(shè)備健康管理和環(huán)境保護(hù)，大幅提升了變電站的運(yùn)行效率與可靠性，減少運(yùn)維成本。然而，我們也面臨數(shù)據(jù)質(zhì)量、處理與分析、設(shè)備成本和維護(hù)等挑戰(zhàn)。期待未來(lái)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用實(shí)踐不斷解決這些問(wèn)題，進(jìn)一步提升在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，我們期待這些先進(jìn)技術(shù)能更好地應(yīng)用于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，如通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升數(shù)據(jù)收集的效率和準(zhǔn)確性，通過(guò)大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理和分析，提高預(yù)警和設(shè)備健康管理的效率和準(zhǔn)確性?？偟膩?lái)說(shuō)，我們期待在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備在未來(lái)環(huán)境友好型變電站中發(fā)揮更大作用，為構(gòu)建更可靠、高效、環(huán)保的電網(wǎng)提供技術(shù)支持。