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物聯網技術下的電力設備狀態檢測

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物聯網技術下的電力設備狀態檢測

摘要:隨著物聯網技術在電力領域應用的不斷推廣,物聯網與智能電網融合發展成為新的課題。基于物聯網技術開展電力設備狀態檢測,提升狀態檢測水平具有較高的研究價值。為探究基于物聯網技術的電力設備狀態檢測方法,本文結合工作實踐,對電力設備狀態檢測信息、任務、技術方法進行分析,對一次設備與二次設備進行細致研究,制定基于物聯網技術的電力設備狀態檢修策略和方法。

關鍵詞:智能電網;物聯網;電力設備;狀態檢測

1緒論

隨著我國智能電網的快速發展,電力系統對互聯網技術、人工智能技術的需求越來越大,尤其是在輸電線路、輸電設備的狀態檢測和維修業務中,為保障電力系統的安全性與穩定性,智能傳感技術、自動化技術、數字信號處理技術、綜合智能化技術等被廣泛應用。在智能電網下,電力設備狀態檢修已經改變了傳統的按時間周期進行檢修的模式,而是借助互聯網與智能技術實現對電力設備的實時狀態檢測,根據電力設備運行數據、實驗數據等,評估設備的運行狀態,為電力設備檢修提供決策依據。近些年來,隨著物聯網技術的發展,物聯網技術開始運用于智能電網建設中,給電力系統帶來很大的便利,尤其是輸電線路巡檢方面,發揮了重要作用。

2電力設備的狀態檢測

2.1狀態檢測信息與任務

電力設備狀態檢測的實踐經驗總結發現,一定范圍的輸電線路上的設備很少同一時間發生大量故障,設備的劣化一般需要經歷一個漸變過程,而借助檢測設備對電力設備的狀態變化數據進行實施監測,通過監測數據的變化能夠很好的反應電力設備運行狀態,從中發現問題并及時檢修。在電力設備狀態檢測中,一般需要記錄的數據信息包括電壓、電流、光亮、振動、溫度、聲音等物理量,此外還包括氣體、油的化學性分析等。在電力設備狀態檢測中,每項數據參數都有對應的作用,每項數據信息反映電力設備一方面的問題。基于物聯網技術的電力設備狀態檢測的主要任務包括以下幾個方面:一是采集與整理電力設備運行的實時參數,建立電力設備狀態運行數據檔案;二是根據采集的數據信息,判斷電力設備運行情況,是否存在故障,是否處于異常狀態,是否存在故障隱患等,并根據參數對比,判斷電力設備故障性質與嚴重程度;三是依據電力設備檢修標準,結合監測數據對電力設備運行狀態進行分類,為設備檢修決策提供依據。

2.2采用的物聯網技術

在電力設備狀態檢測中,主要運用的物聯網關鍵技術包括以下幾個方面:一是射頻識別技術,在輸電線路無人巡檢場景中一般運用到UHF、MW等;二是納米技術,主要用于傳感器設備、RFID設備等,滿足于電力監測設備體積小、功耗低。性能高等要求,實現狹小位置布置多個傳感器;三是無線傳感器網絡,通過有線無線的結合,實現不同場景、不同環境下電力設備狀態數據的采集與傳輸;四是M2M技術,在一定的程序設置下,實現機器與機器的交流,實現人、機器、移動終端間的互聯互通;五是云計算與數據安全技術,云計算技術對系統中的資源按照電力設備狀態檢測要求,進行組織、分配與使用,實現設備檢測效率最優化,而信息安全技術則保障電力設備狀態檢測網絡系統的安全運行;六是數據融合技術,主要為了實現電力系統中大量傳感器及其數據的簡單加工處理,減少寬帶浪費,整理更符合用戶需求的數據信息。

3一次設備的狀態檢測

3.1發電機與變壓器的檢測

發電機是電力系統重最重要的設備之一,通常對于目前我國電力系統而言,發電機設備結構比較封閉,傳統的檢測一般是采用時間周期的模式,而在智能電網建設背景下,可采用紅外成像技術、超聲傳感器等對其運行狀態進行實時檢測。借助紅外成像與超聲傳感,能夠使發電機內部可視化,進而提升其在線實時檢測的質量。此外,考慮到發電機設備的機械原理,還可借助超聲波傳感器監測其轉子與定子之間空氣氣隙的參數值,或者在設備上加裝速度傳感器,對其工作中的振動信息進行采集,進而實現狀態檢測。對變壓器的狀態檢測,可將其負載量、溫度、聲音、油位等指標參數進行監測,及時發現問題及時解決。變壓器在運行過程中,其產生的局部放電、局部過熱現象,一般是通過油來散熱的,絕緣油在工作中會受熱分解,產生諸如CO、H2、CO2、C2H2等氣體或碳氫化合物,然后從絕緣油中抽出氣體進行色譜分析,檢測出各種氣體含量,對比標準參數值,從而獲知變壓器運行狀態。除此之外,還可借助振動傳感器對變壓器繞組變形進行實施檢測,借助電流傳感器對變壓器鐵芯進行檢測。不僅如此,還可采用電氣法與超聲波法,對變壓器運行中的放電故障進行實時檢測,在實踐中可多設置幾個探頭同時工作,這樣能夠有效提升檢測效果。

3.2輸電線路與母線的狀態檢測

在智能電網中,相對于發電機、變壓器、開關設備等設備而言,輸電線在實施狀態檢測中存在較大差異。輸電線有固定的線路,而且涉及的物理距離較長,地理范圍較大,這給其實時檢測帶來挑戰。物聯網技術的融入,很好地解決了這個難題,通過對輸電線路桿塔、輸電線等設置大量傳感器,或者進行定期無人機巡線等,都能夠實現輸電線路的實時狀態檢測。在輸電線檢測中,各類型傳感器將采集到的數據信息通過網絡層傳輸到中心檢測系統,然后系統服務器對數據進行分析與比對,最終獲得輸電線路的運行狀態。通常,考慮到輸電線路的特征,其實時運行狀態檢測一般采用微氣象環境檢測、導線風偏在線檢測、導線溫度檢測、覆冰檢測、桿塔傾斜檢測等檢測方法。母線是變電站內極為重要的元件,通常母線在正常運行中不易發生故障,其實際檢測到的故障率相對較低,但一旦發生故障,其破壞性較大,后果極其嚴重。對目前故障的類型分析可知,人為故障的概率較高,因此對其狀態檢測主要針對接地刀閘、接地線、母線設備的污染與絕緣等方面,其狀態檢測方法可采用物聯網中的無線移動式或旋轉式攝像技術。

3.3高壓斷路器與隔離開關的檢測

高壓斷路器與隔離開關是保護電力系統安全穩定運行的重要設備。目前我國電力系統中高壓斷路器類型主要有油斷路器、真空斷路器、SF6斷路器三種,每種類型的斷路器在實際工作中出現的故障類型不同,因此其對應的檢測方法也應有所針對性。高壓斷路器的狀態檢測中,需要重點對開關觸頭進行實時狀態檢測,包括開關內外灼傷、外部破損、表面污染等。真空斷路器則需要結合其性能原理,對其真空滅弧室的真空度進行實時監測;油斷路器則針對密封性進行檢測;SF6斷路器則主要檢測其SF6氣體中的微水含量。高壓斷路器的狀態檢測一般采用物聯網技術中的紅外監測技術、可移動探頭等。隔離開關的檢測則相對簡單,主要針對其工作中容易出現的部件生銹、操作機構運行不暢、觸頭異常發熱等常見故障進行重點檢測,采用紅外線測溫、X射線、可移動探頭等技術,可實現對隔離開關的狀態檢測。

4二次設備的狀態檢測

4.1二次設備狀態檢測特點與方法

在智能電網與物聯網技術融合建設的背景下,二次設備作為電力系統一次設備的輔助設備,其在穩定電力系統運行安全中發揮重要作用,同時其自身的安全性也需要進行實時檢測。在智能電網系統中,二次設備不僅給一次設備提供監測、調節、控制、保護作用,其自身也具有一定的自我檢測功能。因此對二次設備的狀態檢測,可充分發揮物聯網優勢,以系統化、單元化的模式對二次設備實現狀態檢測。針對二次設備本身具備的自我檢測功能,以及其自帶的通信功能,可依托物聯網的網絡層,通過通信功能實現設備間的互相問詢,從而獲得二次設備的運行狀態信息。

4.2二次回路檢測

隨著智能電網的快速發展,電網中的保護裝置已經呈現出微機化、智能化的發展趨勢,而二次回路有多個繼電器組成,且在電路中繼電器的點非常多且分散,這對繼電器的狀態檢測提出了難題。不僅如此,大量使用的微電子元器件、集成電路等,對二次設備帶來明顯的電磁干擾。結合實踐來看,對二次回路狀態的檢測,主要是針對其故障點的確定問題,一般采用注入法,在二次回路中注入特定頻率的電流,然后通過實時監控來發現故障點,從而有效地確定二次設備的故障點,并進行快速修復。

4.3電力設備運行環境檢測

外界環境是影響電力設備安全穩定運行的重要外部因素之一,外部環境引發的電力設備故障對電力系統造成巨大破壞,尤其是氣候條件惡劣、地理環境復雜的外部條件,對電網的運行產生很大影響,比如微風振動、導線覆冰、絕緣子串風偏等。此外戶外變壓器、斷路器等對溫度的敏感性也較高,溫度過高也容易引發故障,因此需要對電力設備的外部環境進行實時的狀態檢測。智能電網與物聯網的融合建設中,通常采用導線氣象環境在線監測的方法,在輸電線路上安裝各類傳感器,實時采集環境數據信息,進行分析處理,以實現電力設備運行環境的在線監測。綜上所述,在智能電網建設中,物聯網技術的引入大大提升了電網在線檢測的水平,相對于傳統離線監測技術,在線檢測更加智能化、實時化,不受周期性限制,而且其對電力設備的分析也更加自動化和智能化,能夠提高狀態檢測的效率與可靠性。在物聯網技術下,電力設備檢測充分發揮了物聯網技術的優勢,有大量傳感器組成感知層,然后通過網絡層的數據溝通,在檢測系統中心完成數據分析與反饋,實現對電力設備的狀態檢測。

參考文獻:

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作者:張捷 單位:國網山西省電力公司輸電檢修分公司

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