电网设施智能在线巡检监测技术的应用

李永霞

（晋能控股煤业集团电业公司山西大同037003）

0 引言

电网设施智能在线巡检监测是电网智能化的重要组成部分，它为电网设备的状态评价及相关诊断功能的实现提供了全面的数据支撑[1]。在智能化煤矿建设的大背景下[1]，煤业集团本部供电网络智能化建设工作势在必行，但随着煤业集团本部电网规模的日益扩大，电气设备逐步增多，传统的电网设备检修、巡视模式已不能满足电网智能化建设的需求[2]。

电网设施的健康状态直接影响着电网的安全可靠运行，一直以来，变电站设备的健康水平和运行状况都是通过每年定期检修来检查的，存在“小病大治、无病也治”与“检修不足”等诸多问题；同时，设备和输电线路的人工巡检也存在运维人员负担大、工作强度高、工作效率低等问题，并且因受运维人员生理、心理、技术水平、工作经验以及工作环境等多方面因素的影响，还易出现漏巡、少巡或不巡的情况，不能及时发现电网设施存在的安全隐患，危及系统的安全可靠运行；另外，变电站设备出现异常时，因值班人员专业能力和现场经验的差异，会影响对设备存在问题的判断，无形中增加了大量的工作量和不安全因素，因此，智能在线巡检监测技术的应用迫在眉睫。

1 智能在线巡检监测系统结构组成

电网设施智能在线巡检监测系统整合了传感技术、数字化技术、嵌入式技术、广域分布通信技术、在线监测技术以及故障诊断技术。该系统结构示意图如图1所示。

该系统可实现对变压器、避雷器等电气设备运行状态的实时感知、监视、分析、预测、故障诊断和评估，以及变电站设备、输电线路的智能巡检和变电站设备的可视化远程干预。

图1 智能在线巡检监测系统结构示意图

2 智能在线巡检监测系统的工作原理

2.1 变电站设备在线监测子系统

变电站设备在线监测子系统主要包括变压器在线监测模块和氧化锌避雷器在线监测模块。

（1）变压器在线监测模块

变压器在线监测模块可实现变压器油中溶解气体及微水监测和变压器工况信息在线监测。

①变压器油中溶解气体及微水监测

变压器油中溶解气体及微水监测IED采用油色谱分析原理，应用真空脱气技术和高灵敏的纳米晶半导体检测器，实现对变压器油中溶解气体（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、CO2）的检测，结构示意图如图2所示。

图2 变压器油中溶解气体及微水监测模块结构示意图

上图将吸入采集单元中的油样通过油泵进行循环，通过油气快速分离油中溶解气体至气室，微型气体采样泵及六通阀实现自动进样，经过色谱柱分离后样气进入气体检测器。气体检测器的嵌入式处理单元完成A/D采样、转化、存储、计算并将数据上传到智能处理器。智能处理器对原始谱图进行分析，完成组分浓度定量计算与故障诊断功能，同时对油色谱监测数据的变化趋势进行分析，可有效甄别发现变压器过热或绝缘故障。

②变压器工况信息在线监测

变压器在线监测智能模块主要采集变压器的铁芯接地电流、顶层油温、底层油温、油位等变压器工况信息。该系统采用穿心式小电流互感器实现变压器铁芯对地泄漏电流的监测。铁芯接地电流监测能及时发现铁芯多点接地等故障，可有效避免严重事故的发生。

（2）氧化锌避雷器在线监测模块

氧化锌避雷器在线监测模块采用测量氧化锌避雷器的泄漏基波电流和阻性基波电流来动态监测避雷器的绝缘状态。由于测量电流中含有谐波及干扰成分，为了提高检测精度，该系统采用数字滤波技术提取避雷器末屏泄漏总电流及阻性电流的基波分量，通过基波电流特性可准确诊断出氧化锌避雷器的绝缘状态。避雷器电流采集单元与传感器安装示意图见图3。

图3 避雷器电流采集单元与传感器示意图

各避雷器在线监测单元利用GPS同步时钟实现泄漏电流、阻性电流、容性电流的同步采样，并将A/D转换后的采样结果通过2.4 GHz无线网络模块发送到避雷器监测模块处理器。避雷器监测模块处理器实现泄漏电流、阻性电流、容性电流的计算分析，通过对数据的横纵对比分析实现避雷器绝缘状态的在线监测。

2.2 电网设施智能巡检子系统

电网设施智能巡检子系统可实现对变电站设备和输电线路的智能巡检。

（1）变电站设备智能巡检模块

变电站设备智能巡检模块采用全IP架构接入方式，同时支持以太网或光纤网络做为传载网，实现无线与有线接入方式的融合。

运行人员通过扫描变电站每个设备的NFC模块，自动记录巡检设备的时间、状态等信息，可实现巡检记录的保存、回放、调取、删除等操作，同时远端能够通过设备查询界面查看巡视现场情况。

（2）输电线路智能巡检模块

输电线路巡检模块采用精准定位技术，可在电子地图上呈现巡视轨迹，支持多线路同时并行巡检。巡检过程中扫描线路设备点位附带NFC标签，将巡检的结果录入系统，必要时可对设备进行拍照上传。若处偏僻地带没有网络，则数据暂存在设备终端中，网络恢复时数据可自动回传。该模块具有后台管理功能、在线通讯功能与数据分析功能，所有的功能均可以与调度智能云平台、视频会议调度系统无缝对接。线路工区各级专业人员可以利用该模块实现输电线路分权分域的智能巡视。

2.3 变电站设备可视化远程干预子系统

系统具备视频及信息处理功能，可承担所有前端设备的管理、控制、用户管理等工作，能够实现视频监控的数字化以及视频/音频信息流从模拟状态转为数字状态，革新了视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。

该系统通过定制化的融合摄像、视频编码、Web服务于一体的高清监控设备，直接连接到网络，对接到现有平台，实现软件硬件的相互结合。同时，系统支持监控画面的大屏推送功能，以及将画面等分并将多个监控的画面同时推送至大屏，且多个监控设备的画面可实时查看，延迟低并且画面清晰。对于站内移动视频监控系统无法覆盖的设备，可远程对镜头进行旋转、缩放的操作，实现对站内设备异常部位及声响的实时回传，同时可实现远程语音通信，交流语音清晰流畅。

3 智能在线巡检监测系统应用效果

从2019年开始，我们逐步在煤业集团四老沟110 kV站、四台35 kV站和窑子坡35 kV站共6座变电站引进了智能在线巡检监测系统。

以四台站为例对其应用情况进行介绍：

在主变压器现场安装MGA2000变压器色谱在线监测系统和MDD3000智能组件柜，实现变压器油中溶解气体和微水监测，以及通过智能组件完成一次设备已有开关量及模拟量的采集，并将状态测量结果以IEC61850协议通过光纤介质传送到站控层网络，供站控层的监控、远动使用，现场应用及监测数据如图4所示。

图4 变压器在线监测系统应用情况

在避雷器现场安装避雷器监测智能传感器，各传感器接收到绝缘监测智能处理器的采集命令后，电压监测单元及容性设备监测单元实现同步采样，容性设备监测单元对接收到的系统电压监测单元的数据进行处理，并将结果发送到避雷器监测智能处理器，实现避雷器绝缘状态的在线监测，现场应用及监测数据如图5所示。

图5 避雷器在线监测系统应用情况

变电站设备智能巡检系统查询界面及巡视示意图如图6所示：

图6 智能巡检查询界面及巡视示意图

电网设施智能在线巡检监测系统在四台等6座变电站的应用，取得了一定的经济和社会效益，具体如下：

（1）设备在线监测系统对运行中的变压器和避雷器进行实时监测，能够有效防范设备内部潜伏性故障的发生和发展，不仅弥补了常规的预防性试验以及检测手段的不足，还降低了意外停电给煤矿安全生产所带来的经济损失，同时，还为检修人员制定科学的检修方案提供了依据，也标志着煤业集团本部电网由传统的设备年校方式向状态检修方式的转变迈出了实质性的一步。

（2）电网设施智能巡检系统的应用极大地提高了巡检质量，规范了统一的巡检标准，解决了巡检跳项、漏项、标准不一、责任不明等问题，减轻了巡视人员的工作负担，不仅为巡检工作提供了一种更加科学的有效管理手段，而且大大提高了工作效率以及设备运行的安全性。

（3）可视化远程干预系统解决了因值班人员对现场缺陷描述不清而使检修人员无法确定解决方案的问题，同时也便于检修人员合理地安排抢修材料、配件、人员以及车辆，有效地减少了缺陷的处理时间和无形中增加的工作量；另外，也提高了远端电力调度员或专家对现场隐患、突发事件等的参与程度，大大地提升了电网应急事件的处理能力。

4 结论

电网设施智能在线巡检监测技术在煤业集团本部电网的引进应用，提高了电网建设的智能化水平，状态监测在不影响变电站设备正常运行的前提下实时获取设备的运行状态和周围环境的信息，结合专家诊断算法，对设备运行做出分析判断，并及时给出预警信息，提高了对设备风险辨识的管控能力；智能巡检系统提高了电力设施的巡检质量，实现了巡检资料、数据分析的电子化、信息化，对于保证设施的稳定可靠运行发挥了重要作用；可视化远程干预系统能够使远端的电力调度员或专家对现场隐患及突发事件快速地进行分析、研判、确定可行方案，有效地提升了电网应急事件的处理能力。