电力设备运行状态在线监测系统的设计和实现

电力设备运行状态在线监测系统的设计和实现

李友国，张拓，万杰

山东辉达电力有限公司 山东聊城 252800

摘要：当前，在改革开放的历史进程中，城镇化的快速发展促进了电力体制的不断更新。然而，随着现阶段电力需求的不断增长，对电网安全的稳定性提出了更高的要求。电力设备承担着国家战略发展的重要任务，其稳定性和可靠性具有重要意义。研究了电力设备运行状态在线监测系统的设计方案，为提高电网运行安全性提供参考。

关键词：电力设备；运行状态；在线监测系统；设计和实现

引言

输电过程需要根据电力设备的运行情况来完成。作为智能电网的核心组成部分，电力设备的安全稳定运行将直接影响到整个电网。电力系统规模和范围的不断扩大对电力设备运行状态监测提出了更高的要求，电力设备运行状态在线监测系统的设计与改进仍是当前研究的重点。智能电网和动态增容技术的不断发展和完善，为实现电力设备运行状态的实时、高效监控过程提供了强有力的支持。但由于技术和成本的限制，还存在一些问题，如单点监控、尚未联网形成监控系统等，交互水平有待提高，在实际使用过程中还需要进一步提高，以降低故障率、使用维护成本。

1电力设备运行状态在线监测系统的设计

1.1在线监测系统的总体规划

电力设备在线监测系统，首先要建立监测基站，选择发电站和发电厂配置相应监测子站。在监测子站中，要采集每一个通过数据采集器收集到的数据，通过数据模块将数据进行转化处理，定时发送到监测子站，存入统一数据库。再由监测子站将数据统一传输到中心站上，并入数据库中进行存储。

1.2无线传感器网络设计

（1）支持远距离传输，电力设备运行中传送距离一般同电压等级成正比，220KV的输电线路较长，尤其是电力设备电线路可达到上千公里，可能穿越不同的区域，需以不同区域的实际情况为依据对相应监测设备进行部署，重点监测区域间的间隔可能较远，需网络支持远距离传输功能。（2）灵活的拓扑结构，满足不同线路类型的监测需求，连接不同电力设备的输电线路通常呈线性排布，网络节点（安装于杆塔上）则呈线性拓扑结构，通过采用同塔多回（多回输电线路共用一个杆塔）的方式可节省占地资源，由三相导线和架空地线构成一回线路，在需同时监测多条输电线路的情况下，使局部呈网状网络拓扑结构。（3）支持多种数据传输类型，具有较强的灵活性和可扩展性，根据实际对输电线路的分析可知污染、覆冰、振动、外力破坏等是引起线路故障的主要因素，监测数据大致可分为标量数据类型（如盐密泄漏电流、导线温度等）、图像类型（如导线覆冰、线下活动等图像）。异构性的无线传感器节点包含了标量传感器节点和图像传感器节点。除支持多种数据传输外，还需具有较高的传输带宽以满足规模不断增加的监控需求。

2电力设备在线监测系统的系统架构

2.1过程层设备监测

过程级设备监控包括变压器、电容器、避雷器、气体绝缘开关设备和断路器。目前，我国对电力设备进行了广泛的研究，监测能力和范围也在不断提高。智能开关作为过程级设备监控的重要组成部分，一般配备有电子设备、数字通信接口、传感器和执行机构，具有在线监测和诊断功能。SF6电气设备的绝缘性能是保证其安全运行的条件。电气设备在运行过程中会产生放电，局部放电是设备状态监测的对象之一。变电站在线监测系统包括智能监测平台、容性设备、断路器等在线监测系统，可实时监测变电站的在线运行状态，并对异常信号及时报警和处理。

2.2系统整体架构

电力设备运行状态在线监测系统体系结构包括在线监测装置和软件系统。监控装置：实现对旁路电缆负载电流、电缆头表面温度、环境等参数的测量，并发送至系统服务器。可在室外条件下快速安装，配电灵活，包括电流监测装置和温度监测装置。系统服务器：整个系统基础平台的核心，对上传的数据进行分析、处理和判断，并发出正常、预警和报警信息。云存储：为了满足多用户远程同时访问的需求，用户通过公网访问云获取监控数据。客户端应用程序：图形界面显示数据。用户可以在移动终端上管理监控设备、查看历史数据和分析结果。这里采安卓系统作为开发的运行环境。

2.3电缆、开关柜测温

在电网运行过程中，有许多设计好的电气设备，如断路器、变压器、母线、电缆、开关柜等，都是通过导线和电缆连接起来的。如果线路间的传输容量过大，线路热量会过高，导致电力设备故障，如开关柜接触不良、插入偏心不当，从而导致过热。高压电缆接头与导线接触不良会加速绝缘导线的老化。因此，避免问题的关键是避免接头、高压开关柜等电气设备接口处过热。因此，在线实时监控温度控制是非常必要的，它是保证电缆和开关柜安全的关键。在在线监测系统中，采用光纤布拉格原理进行分布式光纤温度测量。采用星顶控制温度，对开关柜和电缆进行有效的实时监控，绝缘稳定效果好，如图1所示，光纤开关柜采用迂回接线解决短路故障。

3电力设备运行状态在线监测系统的实现措施

3.1提高故障预测以及紧急维护质量

实际开展各环节维护操作的过程中，应重视对设备运行状态开展极端性的检测和观察操作，确保真实负载资料测量操作的有效性。开展高质量的状态维护操作的主要目的在于，有助于降低设备诊断及维护的实际工作量，简单来讲，一些非必要的相关工作无须开展，有助于在维护过程中由于人员失误导致停电、断电等问题出现。

3.2完善监控装置的性能

电力设备在线监测系统主要有测量结构不稳定、系统抗干扰能力弱等技术难点，经过我国科学技术的发展，介损测量和阻性电流测量技术已经有很大提升。当前任务难点是解决传感元件自身性能，如何提升线性度问题和提高故障采集及信息传递抗干扰能力，提升信息传递的可靠性和稳定性。另外，要提升电气设备组件的工艺水平和质量，避免误差太大影响监测结果。

3.3监测设备的供电

杆塔上不能悬挂较长的导线，杆塔上使用电池时更换难度较大，且禁止从高压输电线路取电，可安装于杆塔上的节点，监测子站和部分图像传感器节点可采用太阳能供电系统（和节点一起安放在塔上），其所采用的免维护铅酸蓄电池的容量根据实际情况计算获取（包括设备功耗和连续阴雨天数），选取太阳能电池组件则以发电量、电池电压、设备功耗等为依据（连续阴雨天间的最短间隔期间）。合理的供电系统利用充足的光照即可有效满足设备持续供电的需求。此外需注意根据杆塔对承重和抗风要求设计供电系统的体积和重量，导线温度监测节点可采用电磁感应供电方式，避免对导线造成损伤。通过将蓄电池加装于设备上以避免断电情况（通常由输电线路载荷不足、继电保护跳闸引起）的出现，蓄电池充电时由电磁感应供电。

结语

在线监测系统是应用计算机技术，对电气设备的运行状态进行分析和交换，通过数据采集将信息传送给处理器，再通过光纤通信传送到监控中心站的系统，为中心基站和工作人员提供可靠的监测数据，及时排除电力设备故障，提高电力设备运行的可靠性和稳定性。

参考文献

王斌. 变电站触点状态在线监测系统设计与实现. 大连理工大学, 2014.

王瑞文, 蒋堑. 变电设备运行在线监测系统的设计与实现[J]. 电子技术与软件工程, 2016, 000(003):255-255.

袁远. 电力设备在线监测系统的PXI系统软件设计与实现[D]. 西安电子科技大学.