電網設施智能在線巡檢監測技術的應用

李永霞

（晉能控股煤業集團電業公司山西大同037003）

0 引言

電網設施智能在線巡檢監測是電網智能化的重要組成部分，它為電網設備的狀態評價及相關診斷功能的實現提供了全面的數據支撐[1]。在智能化煤礦建設的大背景下[1]，煤業集團本部供電網絡智能化建設工作勢在必行，但隨著煤業集團本部電網規模的日益擴大，電氣設備逐步增多，傳統的電網設備檢修、巡視模式已不能滿足電網智能化建設的需求[2]。

電網設施的健康狀態直接影響著電網的安全可靠運行，一直以來，變電站設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、技術水平、工作經驗以及工作環境等多方面因素的影響，還易出現漏巡、少巡或不巡的情況，不能及時發現電網設施存在的安全隱患，危及系統的安全可靠運行；另外，變電站設備出現異常時，因值班人員專業能力和現場經驗的差異，會影響對設備存在問題的判斷，無形中增加了大量的工作量和不安全因素，因此，智能在線巡檢監測技術的應用迫在眉睫。

1 智能在線巡檢監測系統結構組成

電網設施智能在線巡檢監測系統整合了傳感技術、數字化技術、嵌入式技術、廣域分布通信技術、在線監測技術以及故障診斷技術。該系統結構示意圖如圖1所示。

該系統可實現對變壓器、避雷器等電氣設備運行狀態的實時感知、監視、分析、預測、故障診斷和評估，以及變電站設備、輸電線路的智能巡檢和變電站設備的可視化遠程干預。

圖1 智能在線巡檢監測系統結構示意圖

2 智能在線巡檢監測系統的工作原理

2.1 變電站設備在線監測子系統

變電站設備在線監測子系統主要包括變壓器在線監測模塊和氧化鋅避雷器在線監測模塊。

（1）變壓器在線監測模塊

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

①變壓器油中溶解氣體及微水監測

變壓器油中溶解氣體及微水監測IED采用油色譜分析原理，應用真空脫氣技術和高靈敏的納米晶半導體檢測器，實現對變壓器油中溶解氣體（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、CO2）的檢測，結構示意圖如圖2所示。

圖2 變壓器油中溶解氣體及微水監測模塊結構示意圖

上圖將吸入采集單元中的油樣通過油泵進行循環，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自動進樣，經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、轉化、存儲、計算并將數據上傳到智能處理器。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，同時對油色譜監測數據的變化趨勢進行分析，可有效甄別發現變壓器過熱或絕緣故障。

②變壓器工況信息在線監測

變壓器在線監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。該系統采用穿心式小電流互感器實現變壓器鐵芯對地泄漏電流的監測。鐵芯接地電流監測能及時發現鐵芯多點接地等故障，可有效避免嚴重事故的發生。

（2）氧化鋅避雷器在線監測模塊

氧化鋅避雷器在線監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監測避雷器的絕緣狀態。由于測量電流中含有諧波及干擾成分，為了提高檢測精度，該系統采用數字濾波技術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。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

各避雷器在線監測單元利用GPS同步時鐘實現泄漏電流、阻性電流、容性電流的同步采樣，并將A/D轉換后的采樣結果通過2.4 GHz無線網絡模塊發送到避雷器監測模塊處理器。避雷器監測模塊處理器實現泄漏電流、阻性電流、容性電流的計算分析，通過對數據的橫縱對比分析實現避雷器絕緣狀態的在線監測。

2.2 電網設施智能巡檢子系統

電網設施智能巡檢子系統可實現對變電站設備和輸電線路的智能巡檢。

（1）變電站設備智能巡檢模塊

變電站設備智能巡檢模塊采用全IP架構接入方式，同時支持以太網或光纖網絡做為傳載網，實現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備的NFC模塊，自動記錄巡檢設備的時間、狀態等信息，可實現巡檢記錄的保存、回放、調取、刪除等操作，同時遠端能夠通過設備查詢界面查看巡視現場情況。

（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，可在電子地圖上呈現巡視軌跡，支持多線路同時并行巡檢。巡檢過程中掃描線路設備點位附帶NFC標簽，將巡檢的結果錄入系統，必要時可對設備進行拍照上傳。若處偏僻地帶沒有網絡，則數據暫存在設備終端中，網絡恢復時數據可自動回傳。該模塊具有后臺管理功能、在線通訊功能與數據分析功能，所有的功能均可以與調度智能云平臺、視頻會議調度系統無縫對接。線路工區各級專業人員可以利用該模塊實現輸電線路分權分域的智能巡視。

2.3 變電站設備可視化遠程干預子系統

系統具備視頻及信息處理功能，可承擔所有前端設備的管理、控制、用戶管理等工作，能夠實現視頻監控的數字化以及視頻/音頻信息流從模擬狀態轉為數字狀態，革新了視頻監控系統從信息采集、數據處理、傳輸、系統控制等的方式和結構形式。

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

3 智能在線巡檢監測系統應用效果

從2019年開始，我們逐步在煤業集團四老溝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測系統。

以四臺站為例對其應用情況進行介紹：

在主變壓器現場安裝MGA2000變壓器色譜在線監測系統和MDD3000智能組件柜，實現變壓器油中溶解氣體和微水監測，以及通過智能組件完成一次設備已有開關量及模擬量的采集，并將狀態測量結果以IEC61850協議通過光纖介質傳送到站控層網絡，供站控層的監控、遠動使用，現場應用及監測數據如圖4所示。

圖4 變壓器在線監測系統應用情況

在避雷器現場安裝避雷器監測智能傳感器，各傳感器接收到絕緣監測智能處理器的采集命令后，電壓監測單元及容性設備監測單元實現同步采樣，容性設備監測單元對接收到的系統電壓監測單元的數據進行處理，并將結果發送到避雷器監測智能處理器，實現避雷器絕緣狀態的在線監測，現場應用及監測數據如圖5所示。

圖5 避雷器在線監測系統應用情況

變電站設備智能巡檢系統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

電網設施智能在線巡檢監測系統在四臺等6座變電站的應用，取得了一定的經濟和社會效益，具體如下：

（1）設備在線監測系統對運行中的變壓器和避雷器進行實時監測，能夠有效防范設備內部潛伏性故障的發生和發展，不僅彌補了常規的預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所帶來的經濟損失，同時，還為檢修人員制定科學的檢修方案提供了依據，也標志著煤業集團本部電網由傳統的設備年校方式向狀態檢修方式的轉變邁出了實質性的一步。

（2）電網設施智能巡檢系統的應用極大地提高了巡檢質量，規范了統一的巡檢標準，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備運行的安全性。

（3）可視化遠程干預系統解決了因值班人員對現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度員或專家對現場隱患、突發事件等的參與程度，大大地提升了電網應急事件的處理能力。

4 結論

電網設施智能在線巡檢監測技術在煤業集團本部電網的引進應用，提高了電網建設的智能化水平，狀態監測在不影響變電站設備正常運行的前提下實時獲取設備的運行狀態和周圍環境的信息，結合專家診斷算法，對設備運行做出分析判斷，并及時給出預警信息，提高了對設備風險辨識的管控能力；智能巡檢系統提高了電力設施的巡檢質量，實現了巡檢資料、數據分析的電子化、信息化，對于保證設施的穩定可靠運行發揮了重要作用；可視化遠程干預系統能夠使遠端的電力調度員或專家對現場隱患及突發事件快速地進行分析、研判、確定可行方案，有效地提升了電網應急事件的處理能力。