丁 坤，顏樂平，張修龍，丁憲祥，邢傳璽

（1.云南民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，云南 昆明 650500；2.國網(wǎng)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(wǎng)概念提出之后，我國的電網(wǎng)發(fā)展一直處于飛速進步的狀態(tài)。隨著電力系統(tǒng)建成規(guī)模越來越大，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定的因素也越來越復(fù)雜。在線狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)能夠準(zhǔn)確的實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)，可以保證電力系統(tǒng)在發(fā)生事故時及時處理對可能發(fā)生的事故做出預(yù)警，并可以將發(fā)生事故時各項數(shù)據(jù)記錄，方便對事故情況進行數(shù)據(jù)分析，從而對以后可能發(fā)生的事故做出預(yù)警。綜上所述為了加強電能的穩(wěn)定提供。電力系統(tǒng)的在線狀態(tài)監(jiān)測需要得到十足的重視。

2 狀態(tài)監(jiān)測簡介

狀態(tài)監(jiān)測一詞首先使用在機械工程中，在開始狀態(tài)監(jiān)測這一方法時使用的是人工方式，利用工人經(jīng)驗來判斷正在運行的機械狀態(tài)。隨著機械結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜與精密，人工經(jīng)驗監(jiān)測已經(jīng)不再適合復(fù)雜的系統(tǒng)，所以根據(jù)不同的狀態(tài)監(jiān)控需求，各種監(jiān)控系統(tǒng)不斷被研發(fā)出來。

狀態(tài)監(jiān)測在一般情況下需要3種基本步驟：①對數(shù)據(jù)的采集。②對數(shù)據(jù)進行分析和對特征進行提取。③對狀態(tài)進行評估或者進行故障在開始狀態(tài)監(jiān)測。

狀態(tài)監(jiān)測在一般情況下需要3種基本步驟：①對數(shù)據(jù)的采集。②對數(shù)據(jù)進行分析和對特征進行提取。③對狀態(tài)進行評估或者進行故障診斷及分類。在電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測中，已經(jīng)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(xué)檢測法、光學(xué)檢測、電氣檢測以及化學(xué)檢測等。

3 在線狀態(tài)監(jiān)測在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力是人們?nèi)粘Ｉ钆c生產(chǎn)中使用的主要能源，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障會對工業(yè)生產(chǎn)和社會生活造成極大地損失與不良影響。所以在線狀態(tài)監(jiān)測是電力系統(tǒng)必須運用的技術(shù)。目前，電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測廣泛用于電廠以及電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備。

3.1 在線監(jiān)測在電力系統(tǒng)運行狀態(tài)中的重要性

對于電力這種要維持持續(xù)穩(wěn)定運行的系統(tǒng)，需要盡可能地減少電力系統(tǒng)的中斷情況，國家電網(wǎng)部門要對電力系統(tǒng)進行準(zhǔn)確實時的在線狀態(tài)監(jiān)測，通過這種監(jiān)測可以實時掌握電力系統(tǒng)中各個電氣設(shè)備的狀態(tài)信息，通過對這些信息的分析，可以監(jiān)測出正在發(fā)生的故障，并及時預(yù)防有可能發(fā)生的故障。例如，在電力系統(tǒng)的輸送環(huán)節(jié)，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(zāi)害和自身材料限制的原因，可能會發(fā)生多種事故故障。下面以電力系統(tǒng)絕緣的在線狀態(tài)監(jiān)測和電能質(zhì)量的在線狀態(tài)監(jiān)測為重點淺述一下電力系統(tǒng)在線狀態(tài)監(jiān)測的使用：

（1）電力系統(tǒng)絕緣的在線狀態(tài)監(jiān)測。定期進行絕緣預(yù)防性試驗可以發(fā)現(xiàn)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(shè)備的絕緣試驗就必須將這部分電力系統(tǒng)從電網(wǎng)中切除，會產(chǎn)生很多不良影響和風(fēng)險。這就很難根據(jù)設(shè)備的絕緣情況來靈活選擇試驗周期，更無法實現(xiàn)實時的在線狀態(tài)監(jiān)測。隨著各種傳感器、光纖、計算機技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，利用運行電壓本身來對設(shè)備絕緣進行不停電的在線監(jiān)測及診斷已經(jīng)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?yōu)樵诰€監(jiān)測，還可以根據(jù)在線檢測的特點測量其他新的參數(shù)，更加有利于綜合判斷。

（2）電能質(zhì)量的在線狀態(tài)監(jiān)測。電能質(zhì)量的在線狀態(tài)監(jiān)測可以幫助電網(wǎng)部門掌控區(qū)域電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并對各種相關(guān)參數(shù)實現(xiàn)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(tài)的參數(shù)，并且可以通過當(dāng)前參數(shù)來判斷出當(dāng)前區(qū)域電力系統(tǒng)的運行是否出現(xiàn)了故障，并且有可能找出是否存在影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的潛在問題，來進行預(yù)防檢修或切換線路。并且可以在發(fā)生故障后通過計算機分析快速找出原因。使用電能監(jiān)測系統(tǒng)還可以對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，并改善用戶用電服務(wù)和為電力公司電力銷售提供參考憑證。

并且利用在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可以輕松觀察出當(dāng)前電力系統(tǒng)的負荷狀態(tài)，來判斷當(dāng)前電力系統(tǒng)的備用負荷是否充足。還可將在線狀態(tài)監(jiān)測的負荷數(shù)據(jù)儲存后進行分析，對今后的電力系統(tǒng)負荷狀態(tài)進行預(yù)測。綜上所述在線狀態(tài)監(jiān)測在電力系統(tǒng)的使用十分必要。

3.2 在線狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

在線狀態(tài)監(jiān)測運用到電力系統(tǒng)中需要多種設(shè)備，隨著高性能傳感器的研發(fā)與運用，電力系統(tǒng)在線狀態(tài)監(jiān)測變得更加容易與準(zhǔn)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(tǒng)設(shè)備在線監(jiān)測的研究。對于所有溫度高于絕對零度的物體都在持續(xù)的輻射紅外線，當(dāng)電力系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障，通常會引起電力系統(tǒng)設(shè)備溫度變化，紅外輻射就會進行相應(yīng)的變化，因此隨著紅外技術(shù)的發(fā)展（分辨率的提高、機械掃描系統(tǒng)的改進、性能價格比的大幅地高），電力系統(tǒng)對高壓電器設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測，可以運用紅外熱像儀作為狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集工具。并運用基于光纖或無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，解決熱像和溫度數(shù)據(jù)遠距離數(shù)據(jù)傳輸困難的問題。再利用計算機對數(shù)據(jù)進行分析處理，完成對電力系統(tǒng)的在線監(jiān)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(fā)熱（GB764-90）》和《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范（DL/T664-2008）》中各設(shè)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(jù)設(shè)備表面溫度與GB/T11022中規(guī)定的高壓開關(guān)設(shè)備的溫度值作對比，利用設(shè)備溫升極限來判斷設(shè)備處于什么運行狀態(tài)。判別表如表1所列。

表1 絕對溫度判別表

如果環(huán)境溫度較低，且設(shè)備流過的電流不大，此時設(shè)備發(fā)熱并不明顯。實踐表明此時依然有可能發(fā)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(tài)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(shè)備的溫度監(jiān)測的場合。成功地實現(xiàn)了非接觸、遠距離的在線監(jiān)測。但往往利與監(jiān)測權(quán)限后期現(xiàn)象，且易受陽光、高溫天氣、下雨等干擾。

隨著虛擬儀器技術(shù)的快速發(fā)展。虛擬儀器技術(shù)在電力系統(tǒng)在線監(jiān)測中的運用，既可以使輸變電設(shè)備運行狀態(tài)可以進行實時在線的可視化監(jiān)測、處理和分析，又可以利用虛擬儀器技術(shù)強大的多端口和通信能力進行電能質(zhì)量的在線監(jiān)測。虛擬儀器以計算機為一個硬件平臺，利用開發(fā)的軟件和硬件相結(jié)合的方式來實現(xiàn)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(jiān)測在電力系統(tǒng)應(yīng)用的未來展望

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，未來電力系統(tǒng)在線監(jiān)測和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該會有更廣闊的交互空間。現(xiàn)在的監(jiān)測系統(tǒng)一般使用專用光纖進行數(shù)據(jù)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(xiàn)在成本太高，而利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以減少專用光纖的投入，減少鋪設(shè)光纖的空間等優(yōu)點。所以在未來物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用技術(shù)會成為電力系統(tǒng)監(jiān)測的研究方向。