在线状态监测在电力系统中的应用研究

丁 坤，颜乐平，张修龙，丁宪祥，邢传玺

（1.云南民族大学电气信息工程学院，云南 昆明 650500；2.国网山东电力有限公司枣庄供电分公司，山东 枣庄 277100）

1 引言

自智能电网概念提出之后，我国的电网发展一直处于飞速进步的状态。随着电力系统建成规模越来越大，影响电力系统稳定的因素也越来越复杂。在线状态监测技术能够准确的实时监测电力系统的各项数据，可以保证电力系统在发生事故时及时处理对可能发生的事故做出预警，并可以将发生事故时各项数据记录，方便对事故情况进行数据分析，从而对以后可能发生的事故做出预警。综上所述为了加强电能的稳定提供。电力系统的在线状态监测需要得到十足的重视。

2 状态监测简介

状态监测一词首先使用在机械工程中，在开始状态监测这一方法时使用的是人工方式，利用工人经验来判断正在运行的机械状态。随着机械结构的日益复杂与精密，人工经验监测已经不再适合复杂的系统，所以根据不同的状态监控需求，各种监控系统不断被研发出来。

状态监测在一般情况下需要3种基本步骤：①对数据的采集。②对数据进行分析和对特征进行提取。③对状态进行评估或者进行故障在开始状态监测。

状态监测在一般情况下需要3种基本步骤：①对数据的采集。②对数据进行分析和对特征进行提取。③对状态进行评估或者进行故障诊断及分类。在电力系统的状态监测中，已经有很多种方法被提出。例如在变压器放电中，我们可以用声学检测法、光学检测、电气检测以及化学检测等。

3 在线状态监测在电力系统中的应用

电力是人们日常生活与生产中使用的主要能源，一旦电力系统出现故障会对工业生产和社会生活造成极大地损失与不良影响。所以在线状态监测是电力系统必须运用的技术。目前，电力系统状态监测广泛用于电厂以及电力系统中的重要电气设备。

3.1 在线监测在电力系统运行状态中的重要性

对于电力这种要维持持续稳定运行的系统，需要尽可能地减少电力系统的中断情况，国家电网部门要对电力系统进行准确实时的在线状态监测，通过这种监测可以实时掌握电力系统中各个电气设备的状态信息，通过对这些信息的分析，可以监测出正在发生的故障，并及时预防有可能发生的故障。例如，在电力系统的输送环节，主要是由输电线路来完成。输电线路在长时间运行中，因为各种自然灾害和自身材料限制的原因，可能会发生多种事故故障。下面以电力系统绝缘的在线状态监测和电能质量的在线状态监测为重点浅述一下电力系统在线状态监测的使用：

（1）电力系统绝缘的在线状态监测。定期进行绝缘预防性试验可以发现一些缺陷，但是进行绝缘试验必须要在不带电的情况下才能试验，那么对设备的绝缘试验就必须将这部分电力系统从电网中切除，会产生很多不良影响和风险。这就很难根据设备的绝缘情况来灵活选择试验周期，更无法实现实时的在线状态监测。随着各种传感器、光纤、计算机技术和无线通信技术的发展，利用运行电压本身来对设备绝缘进行不停电的在线监测及诊断已经成为可能。这样不但有可能将原来需要不带电试验下进行的试验项目改变为在线监测，还可以根据在线检测的特点测量其他新的参数，更加有利于综合判断。

（2）电能质量的在线状态监测。电能质量的在线状态监测可以帮助电网部门掌控区域电力系统的运行状态，并对各种相关参数实现实时在线采集测量。通过远程上位机界面可以观测出长时间实时状态的参数，并且可以通过当前参数来判断出当前区域电力系统的运行是否出现了故障，并且有可能找出是否存在影响电力系统稳定性的潜在问题，来进行预防检修或切换线路。并且可以在发生故障后通过计算机分析快速找出原因。使用电能监测系统还可以对电网结构进行优化，并改善用户用电服务和为电力公司电力销售提供参考凭证。

并且利用在线状态监测系统，可以轻松观察出当前电力系统的负荷状态，来判断当前电力系统的备用负荷是否充足。还可将在线状态监测的负荷数据储存后进行分析，对今后的电力系统负荷状态进行预测。综上所述在线状态监测在电力系统的使用十分必要。

3.2 在线状态监测设备在电力系统的应用

在线状态监测运用到电力系统中需要多种设备，随着高性能传感器的研发与运用，电力系统在线状态监测变得更加容易与准确，并且拥有更好的实时性。

本文首先研究了红外热像仪在电力系统设备在线监测的研究。对于所有温度高于绝对零度的物体都在持续的辐射红外线，当电力系统设备发生故障，通常会引起电力系统设备温度变化，红外辐射就会进行相应的变化，因此随着红外技术的发展（分辨率的提高、机械扫描系统的改进、性能价格比的大幅地高），电力系统对高压电器设备的在线状态监测，可以运用红外热像仪作为状态数据的采集工具。并运用基于光纤或无线网络通信技术，解决热像和温度数据远距离数据传输困难的问题。再利用计算机对数据进行分析处理，完成对电力系统的在线监测。由于红外热像仪最终利用温度来完成反馈，所以需要参照手册《交流高压电器在长期工作时的发热（GB764-90）》和《带电设备红外诊断应用规范（DL/T664-2008）》中各设备允许的运行温度来判断。文献[4]提出了一种基于绝对温度和相对温差的判别方法。

绝对温度判别法是根据设备表面温度与GB/T11022中规定的高压开关设备的温度值作对比，利用设备温升极限来判断设备处于什么运行状态。判别表如表1所列。

表1 绝对温度判别表

如果环境温度较低，且设备流过的电流不大，此时设备发热并不明显。实践表明此时依然有可能发生故障，此时可以通过相对温差来诊断。相对温差可以采用此公式来表示，公式如下

此时运行状态可以通过查询相对温差判别表来诊断。

表2 相对温差判别表

这用方法一般适用于传输距离适中、电磁干扰较大，并且有较高的安全性和实时性要求的带电设备的温度监测的场合。成功地实现了非接触、远距离的在线监测。但往往利与监测权限后期现象，且易受阳光、高温天气、下雨等干扰。

随着虚拟仪器技术的快速发展。虚拟仪器技术在电力系统在线监测中的运用，既可以使输变电设备运行状态可以进行实时在线的可视化监测、处理和分析，又可以利用虚拟仪器技术强大的多端口和通信能力进行电能质量的在线监测。虚拟仪器以计算机为一个硬件平台，利用开发的软件和硬件相结合的方式来实现之前各种硬件仪表的功能，而它的核心是以计算机语言编写的软件程序。用高度概括的语言来说，即“软件就是仪器”。

4 在线监测在电力系统应用的未来展望

随着物联网技术的飞速发展，未来电力系统在线监测和物联网应该会有更广阔的交互空间。现在的监测系统一般使用专用光纤进行数据传输，光纤本身成本就很高昂，在加上巡检，维护等费用使得现在成本太高，而利用物联网技术可以减少专用光纤的投入，减少铺设光纤的空间等优点。所以在未来物联网的应用技术会成为电力系统监测的研究方向。