李永霞

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)電業(yè)公司山西大同037003）

0 引言

電網(wǎng)設(shè)施智能在線巡檢監(jiān)測(cè)是電網(wǎng)智能化的重要組成部分，它為電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)及相關(guān)診斷功能的實(shí)現(xiàn)提供了全面的數(shù)據(jù)支撐[1]。在智能化煤礦建設(shè)的大背景下[1]，煤業(yè)集團(tuán)本部供電網(wǎng)絡(luò)智能化建設(shè)工作勢(shì)在必行，但隨著煤業(yè)集團(tuán)本部電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，電氣設(shè)備逐步增多，傳統(tǒng)的電網(wǎng)設(shè)備檢修、巡視模式已不能滿足電網(wǎng)智能化建設(shè)的需求[2]。

電網(wǎng)設(shè)施的健康狀態(tài)直接影響著電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，一直以來，變電站設(shè)備的健康水平和運(yùn)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(shí)，設(shè)備和輸電線路的人工巡檢也存在運(yùn)維人員負(fù)擔(dān)大、工作強(qiáng)度高、工作效率低等問題，并且因受運(yùn)維人員生理、心理、技術(shù)水平、工作經(jīng)驗(yàn)以及工作環(huán)境等多方面因素的影響，還易出現(xiàn)漏巡、少巡或不巡的情況，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)施存在的安全隱患，危及系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行；另外，變電站設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，因值班人員專業(yè)能力和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的差異，會(huì)影響對(duì)設(shè)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(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用迫在眉睫。

1 智能在線巡檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

電網(wǎng)設(shè)施智能在線巡檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整合了傳感技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、嵌入式技術(shù)、廣域分布通信技術(shù)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)以及故障診斷技術(shù)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器、避雷器等電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知、監(jiān)視、分析、預(yù)測(cè)、故障診斷和評(píng)估，以及變電站設(shè)備、輸電線路的智能巡檢和變電站設(shè)備的可視化遠(yuǎn)程干預(yù)。

圖1 智能在線巡檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 智能在線巡檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理

2.1 變電站設(shè)備在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

變電站設(shè)備在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要包括變壓器在線監(jiān)測(cè)模塊和氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)模塊。

（1）變壓器在線監(jiān)測(cè)模塊

變壓器在線監(jiān)測(cè)模塊可實(shí)現(xiàn)變壓器油中溶解氣體及微水監(jiān)測(cè)和變壓器工況信息在線監(jiān)測(cè)。

①變壓器油中溶解氣體及微水監(jiān)測(cè)

變壓器油中溶解氣體及微水監(jiān)測(cè)IED采用油色譜分析原理，應(yīng)用真空脫氣技術(shù)和高靈敏的納米晶半導(dǎo)體檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油中溶解氣體（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、CO2）的檢測(cè)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 變壓器油中溶解氣體及微水監(jiān)測(cè)模塊結(jié)構(gòu)示意圖

上圖將吸入采集單元中的油樣通過油泵進(jìn)行循環(huán)，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(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)樣，經(jīng)過色譜柱分離后樣氣進(jìn)入氣體檢測(cè)器。氣體檢測(cè)器的嵌入式處理單元完成A/D采樣、轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)、計(jì)算并將數(shù)據(jù)上傳到智能處理器。智能處理器對(duì)原始譜圖進(jìn)行分析，完成組分濃度定量計(jì)算與故障診斷功能，同時(shí)對(duì)油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，可有效甄別發(fā)現(xiàn)變壓器過熱或絕緣故障。

②變壓器工況信息在線監(jiān)測(cè)

變壓器在線監(jiān)測(cè)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(tǒng)采用穿心式小電流互感器實(shí)現(xiàn)變壓器鐵芯對(duì)地泄漏電流的監(jiān)測(cè)。鐵芯接地電流監(jiān)測(cè)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地等故障，可有效避免嚴(yán)重事故的發(fā)生。

（2）氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)模塊

氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)模塊采用測(cè)量氧化鋅避雷器的泄漏基波電流和阻性基波電流來動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)避雷器的絕緣狀態(tài)。由于測(cè)量電流中含有諧波及干擾成分，為了提高檢測(cè)精度，該系統(tǒng)采用數(shù)字濾波技術(shù)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(zhǔn)確診斷出氧化鋅避雷器的絕緣狀態(tài)。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(jiān)測(cè)單元利用GPS同步時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)泄漏電流、阻性電流、容性電流的同步采樣，并將A/D轉(zhuǎn)換后的采樣結(jié)果通過2.4 GHz無線網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送到避雷器監(jiān)測(cè)模塊處理器。避雷器監(jiān)測(cè)模塊處理器實(shí)現(xiàn)泄漏電流、阻性電流、容性電流的計(jì)算分析，通過對(duì)數(shù)據(jù)的橫縱對(duì)比分析實(shí)現(xiàn)避雷器絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)。

2.2 電網(wǎng)設(shè)施智能巡檢子系統(tǒng)

電網(wǎng)設(shè)施智能巡檢子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備和輸電線路的智能巡檢。

（1）變電站設(shè)備智能巡檢模塊

變電站設(shè)備智能巡檢模塊采用全I(xiàn)P架構(gòu)接入方式，同時(shí)支持以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)絡(luò)做為傳載網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無線與有線接入方式的融合。

運(yùn)行人員通過掃描變電站每個(gè)設(shè)備的NFC模塊，自動(dòng)記錄巡檢設(shè)備的時(shí)間、狀態(tài)等信息，可實(shí)現(xiàn)巡檢記錄的保存、回放、調(diào)取、刪除等操作，同時(shí)遠(yuǎn)端能夠通過設(shè)備查詢界面查看巡視現(xiàn)場(chǎng)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(zhǔn)定位技術(shù)，可在電子地圖上呈現(xiàn)巡視軌跡，支持多線路同時(shí)并行巡檢。巡檢過程中掃描線路設(shè)備點(diǎn)位附帶NFC標(biāo)簽，將巡檢的結(jié)果錄入系統(tǒng)，必要時(shí)可對(duì)設(shè)備進(jìn)行拍照上傳。若處偏僻地帶沒有網(wǎng)絡(luò)，則數(shù)據(jù)暫存在設(shè)備終端中，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)數(shù)據(jù)可自動(dòng)回傳。該模塊具有后臺(tái)管理功能、在線通訊功能與數(shù)據(jù)分析功能，所有的功能均可以與調(diào)度智能云平臺(tái)、視頻會(huì)議調(diào)度系統(tǒng)無縫對(duì)接。線路工區(qū)各級(jí)專業(yè)人員可以利用該模塊實(shí)現(xiàn)輸電線路分權(quán)分域的智能巡視。

2.3 變電站設(shè)備可視化遠(yuǎn)程干預(yù)子系統(tǒng)

系統(tǒng)具備視頻及信息處理功能，可承擔(dān)所有前端設(shè)備的管理、控制、用戶管理等工作，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻監(jiān)控的數(shù)字化以及視頻/音頻信息流從模擬狀態(tài)轉(zhuǎn)為數(shù)字狀態(tài)，革新了視頻監(jiān)控系統(tǒng)從信息采集、數(shù)據(jù)處理、傳輸、系統(tǒng)控制等的方式和結(jié)構(gòu)形式。

該系統(tǒng)通過定制化的融合攝像、視頻編碼、Web服務(wù)于一體的高清監(jiān)控設(shè)備，直接連接到網(wǎng)絡(luò)，對(duì)接到現(xiàn)有平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)軟件硬件的相互結(jié)合。同時(shí)，系統(tǒng)支持監(jiān)控畫面的大屏推送功能，以及將畫面等分并將多個(gè)監(jiān)控的畫面同時(shí)推送至大屏，且多個(gè)監(jiān)控設(shè)備的畫面可實(shí)時(shí)查看，延遲低并且畫面清晰。對(duì)于站內(nèi)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法覆蓋的設(shè)備，可遠(yuǎn)程對(duì)鏡頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)設(shè)備異常部位及聲響的實(shí)時(shí)回傳，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程語音通信，交流語音清晰流暢。

3 智能在線巡檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果

從2019年開始，我們逐步在煤業(yè)集團(tuán)四老溝110 kV站、四臺(tái)35 kV站和窯子坡35 kV站共6座變電站引進(jìn)了智能在線巡檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

以四臺(tái)站為例對(duì)其應(yīng)用情況進(jìn)行介紹：

在主變壓器現(xiàn)場(chǎng)安裝MGA2000變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和MDD3000智能組件柜，實(shí)現(xiàn)變壓器油中溶解氣體和微水監(jiān)測(cè)，以及通過智能組件完成一次設(shè)備已有開關(guān)量及模擬量的采集，并將狀態(tài)測(cè)量結(jié)果以IEC61850協(xié)議通過光纖介質(zhì)傳送到站控層網(wǎng)絡(luò)，供站控層的監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)使用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用情況

在避雷器現(xiàn)場(chǎng)安裝避雷器監(jiān)測(cè)智能傳感器，各傳感器接收到絕緣監(jiān)測(cè)智能處理器的采集命令后，電壓監(jiān)測(cè)單元及容性設(shè)備監(jiān)測(cè)單元實(shí)現(xiàn)同步采樣，容性設(shè)備監(jiān)測(cè)單元對(duì)接收到的系統(tǒng)電壓監(jiān)測(cè)單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將結(jié)果發(fā)送到避雷器監(jiān)測(cè)智能處理器，實(shí)現(xiàn)避雷器絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用情況

變電站設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)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(wǎng)設(shè)施智能在線巡檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在四臺(tái)等6座變電站的應(yīng)用，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具體如下：

（1）設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行中的變壓器和避雷器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠有效防范設(shè)備內(nèi)部潛伏性故障的發(fā)生和發(fā)展，不僅彌補(bǔ)了常規(guī)的預(yù)防性試驗(yàn)以及檢測(cè)手段的不足，還降低了意外停電給煤礦安全生產(chǎn)所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)，還為檢修人員制定科學(xué)的檢修方案提供了依據(jù)，也標(biāo)志著煤業(yè)集團(tuán)本部電網(wǎng)由傳統(tǒng)的設(shè)備年校方式向狀態(tài)檢修方式的轉(zhuǎn)變邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。

（2）電網(wǎng)設(shè)施智能巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用極大地提高了巡檢質(zhì)量，規(guī)范了統(tǒng)一的巡檢標(biāo)準(zhǔn)，解決了巡檢跳項(xiàng)、漏項(xiàng)、標(biāo)準(zhǔn)不一、責(zé)任不明等問題，減輕了巡視人員的工作負(fù)擔(dān)，不僅為巡檢工作提供了一種更加科學(xué)的有效管理手段，而且大大提高了工作效率以及設(shè)備運(yùn)行的安全性。

（3）可視化遠(yuǎn)程干預(yù)系統(tǒng)解決了因值班人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(shí)間和無形中增加的工作量；另外，也提高了遠(yuǎn)端電力調(diào)度員或?qū)＜覍?duì)現(xiàn)場(chǎng)隱患、突發(fā)事件等的參與程度，大大地提升了電網(wǎng)應(yīng)急事件的處理能力。

4 結(jié)論

電網(wǎng)設(shè)施智能在線巡檢監(jiān)測(cè)技術(shù)在煤業(yè)集團(tuán)本部電網(wǎng)的引進(jìn)應(yīng)用，提高了電網(wǎng)建設(shè)的智能化水平，狀態(tài)監(jiān)測(cè)在不影響變電站設(shè)備正常運(yùn)行的前提下實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和周圍環(huán)境的信息，結(jié)合專家診斷算法，對(duì)設(shè)備運(yùn)行做出分析判斷，并及時(shí)給出預(yù)警信息，提高了對(duì)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)的管控能力；智能巡檢系統(tǒng)提高了電力設(shè)施的巡檢質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了巡檢資料、數(shù)據(jù)分析的電子化、信息化，對(duì)于保證設(shè)施的穩(wěn)定可靠運(yùn)行發(fā)揮了重要作用；可視化遠(yuǎn)程干預(yù)系統(tǒng)能夠使遠(yuǎn)端的電力調(diào)度員或?qū)＜覍?duì)現(xiàn)場(chǎng)隱患及突發(fā)事件快速地進(jìn)行分析、研判、確定可行方案，有效地提升了電網(wǎng)應(yīng)急事件的處理能力。