在線狀態監測在電力系統中的應用研究

丁 坤，顏樂平，張修龍，丁憲祥，邢傳璽

（1.云南民族大學電氣信息工程學院，云南 昆明 650500；2.國網山東電力有限公司棗莊供電分公司，山東 棗莊 277100）

1 引言

自智能電網概念提出之后，我國的電網發展一直處于飛速進步的狀態。隨著電力系統建成規模越來越大，影響電力系統穩定的因素也越來越復雜。在線狀態監測技術能夠準確的實時監測電力系統的各項數據，可以保證電力系統在發生事故時及時處理對可能發生的事故做出預警，并可以將發生事故時各項數據記錄，方便對事故情況進行數據分析，從而對以后可能發生的事故做出預警。綜上所述為了加強電能的穩定提供。電力系統的在線狀態監測需要得到十足的重視。

2 狀態監測簡介

狀態監測一詞首先使用在機械工程中，在開始狀態監測這一方法時使用的是人工方式，利用工人經驗來判斷正在運行的機械狀態。隨著機械結構的日益復雜與精密，人工經驗監測已經不再適合復雜的系統，所以根據不同的狀態監控需求，各種監控系統不斷被研發出來。

狀態監測在一般情況下需要3種基本步驟：①對數據的采集。②對數據進行分析和對特征進行提取。③對狀態進行評估或者進行故障在開始狀態監測。

狀態監測在一般情況下需要3種基本步驟：①對數據的采集。②對數據進行分析和對特征進行提取。③對狀態進行評估或者進行故障診斷及分類。在電力系統的狀態監測中，已經有很多種方法被提出。例如在變壓器放電中，我們可以用聲學檢測法、光學檢測、電氣檢測以及化學檢測等。

3 在線狀態監測在電力系統中的應用

電力是人們日常生活與生產中使用的主要能源，一旦電力系統出現故障會對工業生產和社會生活造成極大地損失與不良影響。所以在線狀態監測是電力系統必須運用的技術。目前，電力系統狀態監測廣泛用于電廠以及電力系統中的重要電氣設備。

3.1 在線監測在電力系統運行狀態中的重要性

對于電力這種要維持持續穩定運行的系統，需要盡可能地減少電力系統的中斷情況，國家電網部門要對電力系統進行準確實時的在線狀態監測，通過這種監測可以實時掌握電力系統中各個電氣設備的狀態信息，通過對這些信息的分析，可以監測出正在發生的故障，并及時預防有可能發生的故障。例如，在電力系統的輸送環節，主要是由輸電線路來完成。輸電線路在長時間運行中，因為各種自然災害和自身材料限制的原因，可能會發生多種事故故障。下面以電力系統絕緣的在線狀態監測和電能質量的在線狀態監測為重點淺述一下電力系統在線狀態監測的使用：

（1）電力系統絕緣的在線狀態監測。定期進行絕緣預防性試驗可以發現一些缺陷，但是進行絕緣試驗必須要在不帶電的情況下才能試驗，那么對設備的絕緣試驗就必須將這部分電力系統從電網中切除，會產生很多不良影響和風險。這就很難根據設備的絕緣情況來靈活選擇試驗周期，更無法實現實時的在線狀態監測。隨著各種傳感器、光纖、計算機技術和無線通信技術的發展，利用運行電壓本身來對設備絕緣進行不停電的在線監測及診斷已經成為可能。這樣不但有可能將原來需要不帶電試驗下進行的試驗項目改變為在線監測，還可以根據在線檢測的特點測量其他新的參數，更加有利于綜合判斷。

（2）電能質量的在線狀態監測。電能質量的在線狀態監測可以幫助電網部門掌控區域電力系統的運行狀態，并對各種相關參數實現實時在線采集測量。通過遠程上位機界面可以觀測出長時間實時狀態的參數，并且可以通過當前參數來判斷出當前區域電力系統的運行是否出現了故障，并且有可能找出是否存在影響電力系統穩定性的潛在問題，來進行預防檢修或切換線路。并且可以在發生故障后通過計算機分析快速找出原因。使用電能監測系統還可以對電網結構進行優化，并改善用戶用電服務和為電力公司電力銷售提供參考憑證。

并且利用在線狀態監測系統，可以輕松觀察出當前電力系統的負荷狀態，來判斷當前電力系統的備用負荷是否充足。還可將在線狀態監測的負荷數據儲存后進行分析，對今后的電力系統負荷狀態進行預測。綜上所述在線狀態監測在電力系統的使用十分必要。

3.2 在線狀態監測設備在電力系統的應用

在線狀態監測運用到電力系統中需要多種設備，隨著高性能傳感器的研發與運用，電力系統在線狀態監測變得更加容易與準確，并且擁有更好的實時性。

本文首先研究了紅外熱像儀在電力系統設備在線監測的研究。對于所有溫度高于絕對零度的物體都在持續的輻射紅外線，當電力系統設備發生故障，通常會引起電力系統設備溫度變化，紅外輻射就會進行相應的變化，因此隨著紅外技術的發展（分辨率的提高、機械掃描系統的改進、性能價格比的大幅地高），電力系統對高壓電器設備的在線狀態監測，可以運用紅外熱像儀作為狀態數據的采集工具。并運用基于光纖或無線網絡通信技術，解決熱像和溫度數據遠距離數據傳輸困難的問題。再利用計算機對數據進行分析處理，完成對電力系統的在線監測。由于紅外熱像儀最終利用溫度來完成反饋，所以需要參照手冊《交流高壓電器在長期工作時的發熱（GB764-90）》和《帶電設備紅外診斷應用規范（DL/T664-2008）》中各設備允許的運行溫度來判斷。文獻[4]提出了一種基于絕對溫度和相對溫差的判別方法。

絕對溫度判別法是根據設備表面溫度與GB/T11022中規定的高壓開關設備的溫度值作對比，利用設備溫升極限來判斷設備處于什么運行狀態。判別表如表1所列。

表1 絕對溫度判別表

如果環境溫度較低，且設備流過的電流不大，此時設備發熱并不明顯。實踐表明此時依然有可能發生故障，此時可以通過相對溫差來診斷。相對溫差可以采用此公式來表示，公式如下

此時運行狀態可以通過查詢相對溫差判別表來診斷。

表2 相對溫差判別表

這用方法一般適用于傳輸距離適中、電磁干擾較大，并且有較高的安全性和實時性要求的帶電設備的溫度監測的場合。成功地實現了非接觸、遠距離的在線監測。但往往利與監測權限后期現象，且易受陽光、高溫天氣、下雨等干擾。

隨著虛擬儀器技術的快速發展。虛擬儀器技術在電力系統在線監測中的運用，既可以使輸變電設備運行狀態可以進行實時在線的可視化監測、處理和分析，又可以利用虛擬儀器技術強大的多端口和通信能力進行電能質量的在線監測。虛擬儀器以計算機為一個硬件平臺，利用開發的軟件和硬件相結合的方式來實現之前各種硬件儀表的功能，而它的核心是以計算機語言編寫的軟件程序。用高度概括的語言來說，即“軟件就是儀器”。

4 在線監測在電力系統應用的未來展望

隨著物聯網技術的飛速發展，未來電力系統在線監測和物聯網應該會有更廣闊的交互空間。現在的監測系統一般使用專用光纖進行數據傳輸，光纖本身成本就很高昂，在加上巡檢，維護等費用使得現在成本太高，而利用物聯網技術可以減少專用光纖的投入，減少鋪設光纖的空間等優點。所以在未來物聯網的應用技術會成為電力系統監測的研究方向。