变电设备智能传感与状态感知技术及应用

变电设备智能传感与状态感知技术及应用

龚悦元

南京协胜智能科技有限公司

摘要：为确保电力传输效果与社会现代化发展要求相符，需做好变电智能化管控工作，借助先进的智能传感与状态感知技术，为变电站设备运维与控制奠定坚实基础，本文就基于此，以变电设备智能传感与状态感知技术结构为切入点，提出变电设备智能传感状态感知技术应用趋，以供参考。

关键词：变电站；智能传感技术；状态感知技术；应用

前言：就目前来看，国内电网设备逐步朝向规模化、大容量化发展，变电设备自身功能更加复杂，仅采用普通传感技术无法及时发现并解决存在于变电站设备中的故障问题，需要采用更加先进的智能传感与状态感知技术，评估变电设备运行环境，将设备故障问题控制在源头。

1. 变电设备智能传感与状态感知技术结构

现阶段电网设备状态检修策略已全面落实在智能电网建设工作中，智能传感与状态感知技术被广泛应用在变电设备管理环节内，进一步提升了变电设备管理水平，使变电设备故障问题发生的几率能够得到根本上控制。变电站智能传感与状态感知技术主要由以下关键点组成：

1. 电气量感知技术。该技术主要应用在变电设备绝缘问题中，可以借助电流及电压的检测工作，判断设备实际运行期间的绝缘状态^[1]。电气量感知技术还具备检测容性设备相对介损与电容量的功能，可以通过分析检测所得的设备运行电压及电流，计算出设备的绝对介质与电容量比值，及时发现变电设备运行期间存在的套管破损、受潮、电容屏缺陷等故障问题。不仅如此，电气量感知技术还可被应用在避雷装置泄漏电流的检测工作中，评估避雷装置运行状态，及时发现与解决存在于避雷器运行期间的故障问题；

2. 声振感知技术。该技术被应用在局部放电超声波检测、振动声纹检测等工作中。在变电设备局部放电的情况下，会产生一定的超声波信号。声振感知技术能够通过耦合磁性超声波信号，对变电器实际运行状态进行全面检测。变电设备运行期间的振动情况可展现出设备机械状态，因此借助智能传感与状态感知技术中的声振感知功能，对增强变电设备运维管控水平意义重大；

3. 光电感知技术。该技术包括红外成像、紫外成像等功能。配合使用红外热像仪，可对变电设备实际运行期间的表面温度数值进行实时检测，及时发现存在于设备运行期间的接触不良、电流泄漏过大等问题^[2]。由于红外检测技术在实际运用期间可不停电、不接触，检测灵敏性更高，在变电设备运维管理工作中的实用性更加显著。在变电设备实际运行过程中受到设计方案不合理、安装管控力度不足等因素影响，在局部场强集中的情况下，会出现电晕放电情况。而紫外成像技术就是通过接收电晕的放电量，判断设备放电形态及频率范围，应用在检测设备污秽放电、绝缘子局部缺陷中；

4. 化学感知技术。在变电设备实际运行期间，因充油或油纸绝缘设备内部发生过热、放电故障，设备自身会产生多种气体。应用变电设备智能传感与状态检测中的化学感知技术，可以更加细致的分析出气体内部两相间分配系数差别，判断出油中溶解气体实际溢出情况，为变电设备在线监测，变压器、电抗器、电流互感器制造加工提供重要的管理依据；

5. 热学感知技术。在变电设备实际运行期间，内部过热问题一直都是维护管理人员关注重点。通过使用热学感知技术，可以最大限度扩大设备温度监控范围，消除温度监控视角^[3]。当前热学感知技术已在变压器绕组温度检测、电缆隧道检测中进行了较大规模的试点应用，设备自身存在的抗电磁干扰性高、灵敏度强等特征更加突显。

2. 变电设备智能传感与状态感知技术的应用趋势

当前变电设备传感技术在电网运维检测、故障问题预防与解决中得到了大范围应用，使变电设备实际运维效率稳步提升。为充分发挥出变电设备智能传感与状态感知技术的积极作用，还需总结出该技术实际应用趋势。

2.1新型通用传感技术

通用传感装置具有成本高、体积大等缺陷，需将未来研究方向放置在传感器小型化、低成本方面。变电站智能传感与新型感知技术的应用趋势如下图所示。

其中，微型电场传感技术可以在变电设备非接触条件下进行电压测量，进一步控制电压检测时的成本及工作难度。磁阻电流传感技术主要就是在变电站设备内部安装可以检测电阻值随磁场变化规律的传感器，确保存在于变电设备中的运行问题能够被及时发现^[4]。局部放电空间定位传感技术可解决当前变电设备难以在战略层面内进行精准局部放电的问题，通过配合使用先进的新型特高频传感器，对设备天线阵列优化布置及定位算法进行进一步优化。

2.2关键设备典型故障状态感知技术

为进一步降低变电设备故障问题发生几率，还应在未来智能传感与状态感知技术研究过程中，注重研发关键设备典型故障状态感知设施，如OLTC机械故障在线感知装置、高压套管多参量在线感知装置等，通过整合与评估关键设备典型故障状态感知数据，制定出更加专项可行的设备故障运维方案。

2.3感知传感器性能提升与检测校验技术

现阶段变电设备内部感知终端数量不断增多，感知数据成为评估设备运行状态、制定设备运维方案的重要理论依据。为了能够充分发挥出变电设备智能传感与状态感知技术的有效作用，还应当注重提升感知传感器性能，研发设备检测校验设施，进一步增强感知装置针对性检测性能。

做好变电设备传感器可靠性工作，细致分析当前变电设备运行环境特征，对传感器内部功能进行不断优化。由于变电阻设备对安全监控工作的要求更高，因此需要在传感器设计期间，配合使用冗余设计、容错设计的手段。

总结：总而言之，社会经济的快速发展使电网规模进一步扩大，为确保变电设备始终处于高效安全的运行状态下，需提升关于智能传感与状态感知技术的研究投入力度，做好传感器与设备一体化设计工作，基于变电站设备运行期间的技术参数，建立起统一的数据平台，从根本上增强变电站设备的可控性。

参考文献：

[1]郭经红,梁云,陈川,陈硕,陆阳,黄辉. 电力智能传感技术挑战及应用展望[J]. 电力信息与通信技术,2020,18(04):15-24.

[2]张艳杰. 物联网技术在输变电设备状态监测中的应用[J]. 科技资讯,2012(28):103.

[3]罗彦. IEC 61850标准在智能变电站过程层中的应用研究[D].大连理工大学,2012.

[4]张文魁. 无线传感器网络及其在智能电网中应用的相关技术研究[D].华中科技大学,2012.