變電站便攜式多功能測試儀設計分析

中圖分類號：TM77；TN92 文獻標志碼：A 文章編碼：1672-7274（2025）07-0095-03

Design and Analysis of Portable Multi functional Tester for Substation

DAIJiaming，SUXinyong，GUOHaotian，HUANGKai，CHENXue

State Grid InnerMongolia Eastern Power Co.，Ltd.Chifeng Power Supply Company，Chifeng 0240o，China）

Abstract： In order to solve the problems of low eficiency and data processing lag in the test of substation equipment，this paper analyzes the design principle and technical framework of the portable multi-function tester for substation，focusing on the application ofkey technologies such as partial discharge monitoring technology of edge computing，wirelesstransmissiontechnologyandcloudanalysis，thermalimagerandsensorfusion technologyinthedesign of the portable multi-functiontesterforsubstation，aiming toachievethe goalofrapidandreal-time data processing and analysis ofsubstationequipmentdetection，and improvethe acuracyandconvenienceofequipmentstatusdetection.Ihope thatthrough the analysis in this article，it can provide some reference for professionals in the power industry.

Keywords： substation; portable multifunctional tester; wireless transmission; partial discharge monitoring

隨著電力行業的快速發展，變電站作為電力系統的重要組成部分，其中設備的安全性和可靠性在很大程度上決定了電力系統能否穩定運行。傳統的設備測試方法存在數據處理效率低、監測手段單一等問題，難以滿足現代化電力系統對設備狀態實時監測的需求。為此，開發一種便攜式多功能測試儀十分迫切。這種測試儀器不僅需要具備全面檢測變電站設備性能的能力，還需基于邊緣計算技術，實現對數據的快速處理與分析，提升監測的實時性和準確性。此外，結合無線傳輸技術與云端分析，便攜式測試儀能夠實現遠程監控，有助于進一步提高設備管理的智能化水平，故值得重點分析。

1 變電站便攜式多功能測試儀設計原理與技術框架

1.1變電站設備測試的需求分析

傳統的測試方法主要依賴于人工檢查和定期巡檢，雖然這些方法能在一定程度上保障設備的運行，但由于依賴人工操作，故存在一定的局限性。具體來說：其一，傳統測試方式往往不能及時反映設備的實時狀態，可能錯失故障發生的最佳修復時機；其二，人工檢測的工作量大，且無法全面、細致地評估變電站設備的實時工況。因此，變電站急需一種便攜式、多功能、智能化的測試儀器，能夠實現對設備的全面、實時、精準監測的目標。如果能夠實現，不僅能夠提高設備的運行安全性，還能有效延長設備的使用壽命，降低維護成本，推動變電站的智能化運維發展[1]。

1.2設計目標與功能需求

為了滿足變電站設備檢測過程中對高效、精確、實時監測的需求，便攜式多功能測試儀的設計目標主要圍繞提升設備狀態監控的智能化、準確性和便捷性展開。其一，測試儀必須具備多種測試功能，包括局部放電監測、溫度監測、振動分析、紅外檢測等，目的是全面評估變電站設備的運行狀態。其二，設計需要結合邊緣計算技術，確保能夠實時處理大量的設備監測數據，并在發生異常時迅速生成預警報告。其三，為了提升設備的可操作性和用戶體驗，測試儀還需具備簡便的操作界面與智能化數據分析能力，支持自動化測試過程，減少人工干預。其四，無線傳輸與云端分析技術也是本設計的重要組成部分，測試儀通過無線網絡將數據傳輸至云端，方便進行遠程監控和數據存儲[2]。

1.3關鍵技術分析

1.3.1邊緣計算與數據處理：快速、實時的數據處理與分析

邊緣計算作為一種新興的分布式計算架構，能夠在靠近數據源的設備端進行實時數據處理，有效減少數據傳輸延遲和帶寬消耗。邊緣計算技術在變電站便攜式多功能測試儀中的應用，能夠做到實時監測、數據采集、處理與分析的無縫銜接，從而大幅提升設備狀態監測的效率和精度[3]。在設備測試中運用邊緣計算技術，可以將來自各種傳感器的數據快速匯總并實時分析，無須通過遠程服務器進行數據處理，降低了數據傳輸的負擔。同時，邊緣計算能夠在現場設備運行過程中即時進行故障診斷與預警。當測試儀檢測到設備出現異常狀態時，邊緣計算系統可以快速分析異常數據，給出準確的診斷結果，甚至能夠通過預設的算法自動修正或調整設備運行狀態，確保設備安全運行。此外，邊緣計算還支持智能化的數據處理模式，如局部放電、溫度波動等異常信號的快速識別，通過本地數據分析和算法處理，可以提前發現設備隱患并及時報警，避免了因設備故障而帶來的停機風險。

1.3.2多維信息狀態評估模型：在高壓開關柜局部放電監測中的應用

在變電站的設備監測過程中，局部放電（PartialDischarge，PD）作為一種常見的電氣故障類型，通常是電氣設備絕緣系統老化或損壞的前兆。高壓開關柜作為變電站的重要設備，局部放電監測是設備健康管理中的關鍵環節。為了提高局部放電監測的準確性和可靠性，多維信息狀態評估模型應運而生，其能夠對設備的多個運行參數進行全面綜合分析，提前識別潛在的故障風險。多維信息狀態評估模型通過對局部放電信號、溫度變化、振動等多維度信息的融合分析，構建出設備的健康評估指標。通過實時采集設備的電氣、熱力、聲學等多方面數據，模型能夠從多個維度著手分析設備的工作狀態，并結合歷史數據和機器學習算法，為設備故障提供全面、精準的診斷支持。比如，局部放電信號不僅反映電氣絕緣層的狀態，還與溫度變化、振動等其他物理參數密切相關。將這些信息融合到一個綜合的評估模型中，可以大大提高局部放電監測的精度和可靠性。

1.3.3無線傳輸技術與云端分析：便捷的數據上傳與遠程監控

設計變電站便攜式測試儀時，應用無線傳輸技術的目的是，有效解決傳統有線連接的局限，特別是在變電站設備眾多、布線復雜的情況下，使用無線傳輸技術能簡化系統的部署和維護。通過集成Wi-Fi、藍牙、ZigBee或4G/5G通信技術，便攜式多功能測試儀可以在沒有傳統有線連接的情況下，實時上傳數據并與遠程云平臺進行通信，確保設備狀態的實時監控。此外，應用云端分析技術，還能夠支持多級遠程監控。當設備出現異常時，系統能夠實時推送預警信息給相關人員，并通過云平臺提供更精確的故障診斷和維修建議。這種遠程監控能力不僅提高了設備管理的效率，還能夠在設備發生潛在問題時第一時間采取必要的措施，從而最大限度地避免因設備故障造成的停機或事故風險。

1.3.4熱像儀與傳感器融合技術：實現精準的設備狀態檢測

變電站設備運行期間，溫度異常是常見的故障指標之一，特別是高壓開關柜、變壓器等重要設備，若溫度超標可能預示著潛在的故障風險。熱像儀與傳感器融合技術能夠有效提升設備狀態檢測的準確性和全面性。熱像儀通過檢測設備表面的熱輻射，實時獲取設備的溫度分布圖，從而準確識別出設備表面溫度的異常熱點。這些熱點可能是設備內部故障或異常的信號，如過載、電氣接觸不良等。結合紅外成像技術，測試儀可以高效識別高壓開關柜或變壓器外部的溫度異常點，幫助設備維護人員更加精準地定位故障。與傳統的單一傳感器監測不同，熱像儀與其他傳感器（如電流傳感器、振動傳感器等）的融合應用，使設備的狀態檢測更加全面。比如，結合溫度數據與局部放電監測數據，可以更早地識別到局部放電引發的過熱現象，并通過實時分析評估設備的健康狀態。同時，通過融合不同的傳感器，測試儀能夠更精確地預測故障，避免單一傳感器因靈敏度限制而遺漏一些潛在風險。

2 基于邊緣計算的變電站便攜式測試儀的應用

2.1基于邊緣計算的局部放電監測技術研究

上文提到，局部放電（PD）是電氣設備絕緣系統老化或損壞的重要信號，尤其在高壓設備中，局部放電的出現往往是設備故障的前兆，若得不到及時的監測與處理，可能導致更為嚴重的設備故障甚至電力系統停運[4]。傳統的局部放電監測多依賴于固定監控設備或人工巡檢，面臨著響應遲緩和數據處理能力不足等問題?；谶吘売嬎慵夹g設計變電站便攜式測試儀時，一個重要的功能是監測設備是否存在局部放電現象，并評估嚴重程度。通過構建邊緣計算模塊，可以發揮以下作用：其一，集成先進的信號處理算法，實時識別局部放電信號的特征，從復雜的電磁環境中準確區分出放電信號和噪聲。通過對信號進行濾波、增強和分析，測試儀能夠實時生成局部放電的強度、位置、頻率等數據，并結合設備的工作參數（如電流、電壓等）進行綜合判斷。對于輕微的局部放電，測試儀能夠通過算法預測放電的發展趨勢，并給出維護建議；對于嚴重的放電，測試儀會立即發出預警，提醒現場工作人員進行設備檢查。其二，由于變電站設備運行環境的多樣性，局部放電的特征可能因設備類型、工作條件、溫度等因素而有所不同。邊緣計算能夠根據實際采集的數據，自主優化檢測算法，自動調整數據分析模型，以適應不同設備的運行特點，確保局部放電的高精度監測。

2.2變壓器差動保護調試與測試技術

變壓器差動保護是保護變壓器免受內部故障（如繞組短路、接地故障等）損壞的關鍵措施之一。具體的工作原理是，監測變壓器的輸入和輸出電流（或電壓），當輸入與輸出之間的電流差異超過預定的閾值時，差動保護裝置會迅速發出信號，切斷故障電源，避免變壓器進一步損壞。在變壓器調試與測試過程中，確保差動保護系統的準確性和響應速度至關重要。便攜式多功能測試儀在此過程中的應用，能夠幫助工程師精準調試差動保護裝置，提升變壓器的安全性與可靠性。

基于邊緣計算的變壓器差動保護測試儀設計，主要依托于實時數據采集、快速分析和智能決策的能力。具體來說：其一，測試儀內置高精度電流互感器，能夠實時采集變壓器輸入端和輸出端的電流數據。這些數據通過邊緣計算模塊進行初步處理，實時計算出輸入電流與輸出電流之間的差值，并與預設的保護閥值進行比較。如果差值超過設定的安全范圍，測試儀立即發出警報信號，提示可能的故障情況。其二，測試儀能夠根據不同的測試需求設置多個測試模式，如單相、三相、不同負荷下的測試，進一步提升測試的靈活性和精確度。其三，便攜式測試儀還能夠通過集成的故障仿真功能，模擬變壓器在不同故障情況下的電流變化情況，幫助測試人員驗證差動保護裝置的響應能力。這種仿真功能不僅提升了測試的效率，而且避免了實際故障測試帶來的風險。測試儀還可配備實時數據存儲與回放功能，將測試結果記錄到本地存儲器中，供后續分析和對比。

2.3便攜式測試儀與紅外熱像儀的結合應用

在變電站設備的日常監測和維護中，溫度異常往往是電氣故障的重要征兆。為了實現對設備的全面檢測，便攜式測試儀與紅外熱像儀的結合應用，提供了一種高效、精準的故障預警解決方案。紅外熱像儀通過捕捉設備表面的溫度分布圖，能夠識別到溫度異常熱點，這些熱點常常是設備內部問題的外部表現，例如過載、接觸不良或絕緣老化等。將紅外熱像儀與便攜式測試儀結合使用，不僅能夠實時獲取設備的電氣數據，還能通過熱成像技術對設備的溫度狀況進行監測，從而更加全面地診斷故障。在實際應用中，便攜式測試儀與紅外熱像儀的結合能夠提供雙重保障。具體來說，測試儀可以采集變電站設備的電氣參數，如電壓、電流、局部放電等，快速評估設備的運行狀態。當測試儀檢測到某些異常電氣數據時，熱像儀可立即對設備進行溫度掃描，檢測潛在的熱異常情況。通過熱像儀顯示的溫度分布圖，工程師可以快速識別出存在過熱風險的部位，并判斷其可能的原因。這種熱電雙重監測，能夠更早發現隱患，并提供詳細的故障定位信息。便攜式測試儀與紅外熱像儀結合的應用，能夠在電流負載過重或電氣接觸不良的情況下，迅速捕捉到過熱區域。通過分析設備表面的溫度分布圖，工程師不僅能夠準確地識別出問題部位，還能進一步判斷故障的類型（如繞組短路、局部放電等），并根據溫度的升高趨勢預判故障的嚴重性。

3 結束語

綜上所述，變電站便攜式多功能測試儀的設計與應用，不僅提升了設備測試的效率和準確性，也為電力行業的智能化發展提供了新的思路和方向。未來，隨著技術的不斷進步，邊緣計算、無線傳輸及傳感器融合等技術將在變電站設備監測中發揮更大的作用。期待技術在不斷創新的同時，能夠推動電力設備的管理進一步朝著智能化方向發展，確保電力系統設備長期、安全、穩定地運行。

參考文獻

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[3]張艷輝.基于USB/FPGA的超高精度多功能測試儀.四川省，四川邁迪測控技術有限公司，2020-12-15.

[4]李傳才.直流絕緣監測裝置多功能測試儀的研究與應用.浙江省，國網浙江省電力有限公司嘉興供電公司，2019-12-31.