“数智化”转型推动仪器仪表检测和在线监测技术发展

“数智化”转型推动仪器仪表检测和在线监测技术发展

孙明 王一帆 曾明全 韩君令 张茹萱

杭州意能电力技术有限公司 浙江杭州 310014

摘 要：随着科技的飞速发展，数字化转型已成为各行各业的重要趋势。电力行业作为国家经济发展的重要支柱，其数智化转型更是关乎国计民生。电力仪器仪表是用来对各种水电、风电、火电、核电、新能源及发电、输电、变电、配电电厂电站的电力器具或电力设备的各种物理量、物质成分、物性参数等进行监测、检测、测试、探测、检出、测量、观察、计算等处理。继电器、定位仪、测试仪、热像仪、变压器、避雷针、成像仪等均属于电力仪器仪表。具体来说，电力仪器仪表也具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能，例如，用于发电变电过程自动选择量程的智能微欧计和检测仪，以及节能型成像仪等都属于电力仪器仪表。电力大模型集成了海量的电力仪表检测和在线监测数据，通过算法的优化和训练，构建了一个能够精准预测、智能决策的网络。它能够实时分析电网运行状态，做好在线监测，并预测电力负荷的变化，为电力调度提供科学依据。同时，它还能够对设备故障进行预警，帮助电力企业提前采取措施，降低事故发生的概率。本文对此展开了论述。

关键词：“数智化”转型；仪器仪表检测；在线监测技术；发展；推动

1、引言

近几年，我国特高压输电技术发展较快，但与之适应的输电线路在线监测技术起步较晚，监测装置和监测系统尚不成熟，输电线路抵御冰雪、大风等自然灾害的能力较弱，这就要求我们必须发展智能输电技术。输电环节智能化有助于充分利用现有电网资源，大幅度提高输电线路输送能力，降低输电成本；优化输电网络运行条件，充分发挥现有输电线路的效率；提高电力系统稳定水平，促进智能电网的发展和互联；实现状态评估、故障诊断、状态检修和风险预警，实现对线路运行状态的可控、能控和在控。

2、输电线路状态监测系统的主要性能及特点

该输电线路状态监测系统利用光纤传感技术、电子测量技术、无线通讯技术、太阳能新能源技术、软件技术对导线覆冰、导线温度、导线弧垂、导线微风振动、导线舞动、次档距震荡、导线张力、绝缘子串风偏（倾斜）、杆塔应力分布、杆塔倾斜、杆塔振动、杆塔基础滑移、绝缘子污秽、环境气象、图像（视频）、杆塔塔材被盗等进行监测。

2.1 监测装置的电源

（1）安装在铁塔上的监测装置统一采用太阳能对蓄电池浮充的方式进行供电

针对我国西南、华东等日照照射相对较弱地区，可采用太阳能及风能对蓄电池进行充电的方式进行供电。监测装置安装于铁塔上，安装较为困难。因此，减小设备体积及重量成为监测装置设计首要考虑的因素，必须采用超低功耗技术，装置待机电流保持在20mA (12V)以内，保证在同等容量电源条件下，装置可连续运行时间比之前延长30%以上。一般情况下，数据采集装置配置12V 33AH 电池，即可连续运行30天以上，装置体积小、重量轻，有利于现场安装。

（2）安装在导线上的监测装置采用以下两种方式进行供电：

A、特种高能电池：采用进口特种高能电池进行供电，体积小、重量轻、耐高低温，使用寿命达8年以上。

B、感应取能对蓄电池充电：采用高能感应线圈取电及对蓄电池进行浮充的方式进行供电，取电效率高、通讯模块可实时在线。

2.2 监测装置的功能单元

（1）输电线路覆冰监测装置

输电线路覆冰在线监测系统通过全天候地采集运行状态下输电线路的绝缘子串拉力、绝缘子串风偏角、绝缘子串倾斜角、风速、风向、温度、湿度等特征参数，将数据信息实时传输到分析处理中心，通过智能分析算法计算导线覆冰厚度；相关部门根据线路荷载、覆冰厚度及周边气象环境决定是否需要实施预防措施。系统可结合视频监测系统拍回的现场图片，直观地了解线路的覆冰状况。

拉力传感器采用进口特种不锈钢设计，具有抗腐蚀、耐磨、强度高、测量精确度高的特点；覆冰压缩算法，经过多年的现场运行及修正，已能比较准确的计算出覆冰的厚度；系统可结合局部气象特点，对覆冰的发展趋势进行预测。

（2）输电线路图像/视频监控系统

输电线路图像、视频监控系统主要运用了先进的数字视频压缩技术、远距离GPRS/CDMA/3G无线通讯技术、新能源及低功耗应用技术、软件技术、网络技术将电力杆塔、导线现场的图像、气象信息经过压缩、分组后通过GPRS/CDMA等无线网络传输到监控中心，从而实现对输电线路周边环境及环境参数的全天候监测。使线路管理人员在中央监控室即可看到杆塔现场信息，将事故消灭在萌芽状态。同时也可减少巡视次数，大大提高线路安全运行水平，为输电线路的巡视及状态检修提供了一条新的思路。

（3）输电线路导线温度监测及动态增容系统

导线温度在线监测系统通过实时监测输电线路导线温度、导线电流、日照、风速、风向、环境温度等参数。系统主要由测温单元、塔上监测装置、通讯基站和分析查询系统四部分组成。其中，体积小、重量轻的测温单元安装在输电线路导线或金具上，实时采集导线及金具温度，并通过Zigbee或RF射频模块将数据无线上传至铁塔上的监测装置。铁塔上的监测装置还负责对本塔所在微气象区的日照、风速、风向、环境温度等参数进行实时采集，将所有数据通过SMS/GPRS/CDMA1X等通讯方式将数据传往监测中心，当各温度监测点温度超过预设值时即刻启动报警。

输电线路动态增容就是在充分利用现有输电设施、通道状况的基础上，引入输电线路在线监测与计算分析工具，根据实际气象环境、设备数据，如环境温度、风速、风向、日照以及导线型号、导线发射率、导线吸收率、导线最高温度阻值等详细的导线数据，计算输电线路当前的稳态输送容量限额，为调度和运行提供方便及有效的分析手段，通过导线温度在线监测进行实时增容，有效发挥输电线路的输送能力。

（4）输电线路导线对地距离（弧垂）监测系统

输电线路导线弧垂监测装置安装在导线的弧垂最低处或需要监测的部位，采用高能电池或导线感应取能技术，实时测量导线对地距离的变化情况，可及时发现导线弧垂的变化,并可实时监测线下树木（竹）、建筑物等与导线之间的距离，避免接地事故的发生；监测装置集成了导线温度测量功能，可实时监测导线的温度变化情况，及时发现导线、接点温度异常；还可可选装夜视摄像系统，对导线弧垂进行现场拍照，远程查看弧垂情况，与测量数据对比，增加测量及报警可靠性；系统应用软件针对导线弧垂实时数据进行计算分析，并可结合导线的温度和气象数据对导线预期弧垂进行计算，建立预警机制，确保线路运行和被跨越设备的安全；系统应用软件可结合环境的气象参数、导线温度、导线特性等数据，依据专家分析、计算系统计算出导线载流量，提高导线输送能力。

雷达测距该模块采用铝合金微波波导腔体结构喇叭天线.腔体内包含混频管、震荡管及收发谐振天线、高增益定向喇叭天线。该模块具有体积小、功耗低、测量距离远、精度高、成本低的特点，使军用技术能够更好地服务于工业监测领域，能够准确地测量导线对地、物的距离，相比其他测量方法具有直观、精确度高的特点，可广泛应用于35kV～1000 kV的交直流输电线路。

（5）输电线路防盗报警系统

“基于光纤检测及图像监测技术的输电线路防盗报警监测系统”，其由埋在铁塔周围（及塔基内部）的光纤传感器、安装在塔上的智能视频监视及分析装置组成。当有人靠近铁塔或攀爬时，光纤报警器发出预警信号，并把预警信号传输给安装在铁塔上的图像监测装置，监测装置收到报警信号后打开摄像机，启动图像监测功能，进行图像连拍，将图像传输至监控中心，并启动现场语音告警。监控中心具有报警信息、图像的及时显示及存储，并以语音、短信等方式进行告警，监测中心还可立即进行远程喊话，重大偷盗行为发生时可与110联动出警，确保线路的安全运行。

多通道周界光纤传感器是基于全光纤白光微分干涉技术、虚拟仪器技术和智能化振动学习识别技术，研制的一项用于安全检测的高新技术产品。其利用光纤的光弹效应直接进行声波和振动信号的调制，实现振动信号的测量，体现了全光纤传感的理念。同时，系统还采用了全光纤白光微分干涉技术，进行相位解调以及单芯传输的新型结构，具有极高的可靠性。光缆采用单模铠装室外通信光缆，可感应作用在光缆上的震动信号，将震动信号转换成变化的光学物理量。如光强、偏震态、偏转角、光信号频率等，并将隐含以上变化的物理特性的光信号传输到震动光缆报警主机中。因为使用了光缆作为传感单元，外界的强电磁场、雷电等因素不会对系统产生影响，而且光缆具有成本低、抗紫外线、抗老化，可适用于不规则周界等特点，非常适合大范围、长距离、环境条件恶劣的野外周界环境。

总结

随着科技的进步，电力企业通过数字化转型，它将电力仪器仪表与其他工业设备连接起来，形成一个智能化网络，实现设备之间的数据共享、信息交互、协同工作，从而提高效率。也使得仪表能够将数据存储在云端，并通过云端对数据进行处理和分析，各种功能各异的电力仪器仪表正在发挥着自身举足轻重的作用。进而，更好地实现对于电力设备的实时在线监测功能。

参考文献：

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