配电线路故障在线检测装置自动化技术分析

邱超 黄为民

国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 江苏 盐城 224005

引言

在智能化电网的建设发展中，配电设备的监测技术是非常重要的内容，也是提升智能化电网运行质量与运行效率的关键。从技术特点来看，在线监测技术具有一定的前瞻性和可预见性，能够通过固定化的监测技术及计算机网络来对设备的绝缘变化趋势进行监控与分析，从而及时发现存在的问题，将安全隐患及时消除。从整体上来说，配电设备的在线监测技术能够有效地降低配电线路的安全隐患，提高整体电网的运行稳定性及有效性，从某种意义上来说，在线监测技术先进性是我国电力网络发展与进步的重要因素。

1 在线监测技术概述

电气设备在线监测技术的应用需要与电气管理方法、处理机制等结合，保证管理模型与电气设备运行要求相符。为了保证电气设备在线监测实际效果，需要重点分析设备的绝缘特征参数，即电容量、电流、介质损耗。其中在分析介质损耗因数时，因为可能会影响电气设备缺陷及灵敏性，所以需要重点分析硬件直接测量相位角，检查软件检测信号变换结构是否与数字化处理机制相符，保证电气设备在线监测与管理的效果。电气设备在线监测主要包括如下内容：①电气设备故障；②电气设备运行状态；③信息传递、处理与存储等；④状态与故障征兆；⑤选取故障诊断方法与基础理论。

从我国电力行业的整体发展情况来看，加强变压器制作质量保障与管理，强化变压器检修、维护、预防性监测是确保电网稳定运行的关键。针对电力设计与供电部门来说，需要加强对维修、预防作业的重视，保证电网稳定运行，减少事故的发生。过去一段时间，我国电网中的变压器运行维护采取预防维修与事后维修两种方式，预防维修会提高检修成本，消耗大量人力，而事后维修则会由于变压器故障而造成一定损失。近几年，智能化技术、计算机技术等各种先进技术都得到了飞速发展，变压器维修由过去的预防性维修和事后维修向状态维修方向转变，相关工作人员也加强了对这一内容的探究。状态维修就是依据变压器设备运行状态，制定相应维护策略。采取状态维修，一方面能够减少事故发生概率，另一方面也能够减少非必要维修，在保证电网能够稳定运行基础上，减少整体投入。

2 在线监测系统设计要点

2.1 监控系统

变电站端监控系统由数据处理服务器、图像处理服务器、数据通信服务器、路由器等组成，分别负责不同的模块。数据处理服务器主要负责数据采集模块，使用硬盘录像机存储各种数字视频，具有回显、录音、查询等多种功能。当接收到网上其他节点发出的指令信息时，实时查询相应模块周期性的数据，并根据所查信息做出反应，实现对各种异常情况的门禁告警信息传输。图像处理服务器主要负责图像采集模块，将摄像机抓拍到的现场实时视频信号压缩、存储，最终成像，并将图像在局域网内传输，支持在线用户随时点播观看。一般图像处理服务器可控制6台摄像机，其中2台为带云台的室外全方位一体化球形摄像机，防尘、防雨效果良好，主要用于查看室外设备环境、门禁管理及周边安全情况，配合消防、防盗等工作；2台为带云台的半球罩吸顶摄像机，安装在主控制室、高低压配电室、电容器室等设备用房内部，用以实现仪器仪表监视的功能；另外2台则分别安装在变电站室外楼顶以及室外主变压器附近，用于油位、开关、仪表以及环境监测。

2.2 芯片设计

监控设备是变电站通监控系统运行的基石，芯片更是其中的核心部件，主要负责监控信号及数据的采集和传输，能够监控变电站所有设备的运转状况，系统其他部件的运行都以此为基础。本系统选用的DF芯片（一种微型装置）能够实现对采集数据的瞬时处理，其具有监控能力强、能耗低、运行稳定的特点。芯片自带3个引脚，1个与硬件区之间实现信号传输，1个负责软硬件区域之间的数据传输，最后1个实现变电站硬件区内不同信号的传输。经芯片处理后的数据时间和数值的对应关系更加明确，波形信号与数字信号之间的转换更为迅速。

2.3 USB接口设计

在控制信息的传输速度方面，硬件设计主要是利用USB接口连接节点控制器和网关微处理器。本次设计的USB接口工作电源为3V电压，传输效率远高于一般电源，远距离监视信息传输时间也大幅缩短，节省的时间可用于处理突发状况。为保证远程监控信息系统的高效运行，增加设计了备用接口，当常规接口出现故障或其他特殊情况时可使用备用接口传输信息。此外，USB接口引脚也可以根据具体情况进行调整，在传输区域信息时，引脚与芯片的引脚连接，此时系统正常运行。当硬件区域的电压值过高时，引脚自动与接地引脚连接，系统硬件设备立即停止工作，软硬件区域信息传输终止，以保证信息的安全。

2.4 环境监控模块

环境监控模块的主要作用是确保系统运行环境的安全稳定，其主要由环境入侵报警器、内部温度感知器、突发性自然灾害监测器3个部分构成。环境入侵报警器的主要作用是对整个变电站进行区域安全监测，当有可疑物体进入或者靠近变电站时，会实现实时报警信号的传输，避免突发情况的产生。内部温度感知器可监测变电站内部环境（如温度、湿度、溢水、烟雾等），并在越限时联动报警，从而远程监控电力运行设备以及变电站环境。突发性自然灾害监测器主要用于变电站自然灾害的远程监测、实时决策以及及时预警，尽可能减少因自然灾害造成的损失。

3 配电线路故障在线监测自动化技术的应用

3.1 合理构建通信网络拓扑结构

通常情况下，按照变电站电力设备状态监测的需求以及物联网的应用特点，可设计电力通信设备通信网络拓扑结构在该结构中，由传感器网络负责开展信息采集，经过网络层对实时数据的汇总，并连通上下层通信网，最后与应用层和感知层进行通信。同时应用层连接网络通信功能、感知层借助数据网络、光传输网络实现信息交换。不过，在建立电力设备的通信网络时，由于通信网络中的一级设备数据处理能力和动态性能较差，对于业务信道分配不够精细，二级网络信息容易过滤，同类业务在不同网段内，很容易将有价值信息过滤掉，且三级设备的网络协议具有复杂化特点、协议渗透性不强。针对相关技术难点，在构建通信网络拓扑结构时，可采用简单可靠的两层结构，有利于防范因广播域过大导致不可控局面。因此，在电力物联网技术支持下，选用环型拓扑结构，有利于实现电力设备之间的通信互通。主要是由两个集中的节点组成整个网络，其中中央节点起到控制管理中央流量的作用，各个主IED之间的通信，必须经过中央节点转发。

3.2 传感技术

电气设备在线监测技术在应用中的关键便是传感技术，工作人员调整传感设备精确度，可以增强传感技术以及实际获取数据的精准度，从而改善在线监测技术的应用效果。由于传感技术数据精准性非常重要，所以数据也成为监测设备规范运行的关键衡量标准，一旦数据产生变化，代表设备在运行中产生变化，若是数据为正常值，即代表设备处于正常状态。传感技术不断更新的当下，在电气设备的在线监测中得到广泛应用，使数据分析准确性更高，也可以在采集数据基础上，分析发现电气设备的潜在隐患。要想充分体现出传感技术的灵敏度，往往需要投入较高的成本，一般传感器灵敏度高，造价也相对较高。这就需要在技术研究方面增加投入，既可以加速技术创新，又能够节约造价成本，达到加强传感技术灵敏性的效果，也可以因此完善电气设备监测标准，在传感设备的作用下保证电气设备能够处于常规运行状态，降低电气设备故障发生率。

3.3 线路运行情况的监测

线路局部放电监测以及线路光纤的温度监测是对线路运行状态判定的良好方法。在线路的日常工作中，由于交流电容在工作时很容易混入一些杂质，而且还出现气泡残留的情况，当气泡和杂质将电压击穿之后，那么就会引发局部放电的情况。局部放电情况的出发会伴随有剧烈的现象，如发出超声波、出现电脉冲、出现明显的光热情况等，那么工作人员只需要从其现象入手对超声波、电脉冲以及光热情况进行监测，即可判断出线路是否存在着局部放电的情况，从而判断线路的运行情况。此外，在当前光纤技术的不断发展背景下，工作人员也可以从光纤温度这一角度对线路进行在线化的监测，在该技术思路下主要是对线路外层的温度来进行监测，利用计算机的后台平台处理来计算出线路线芯的温度，从而判断出线路运行的状态，同时还可以根据其温度的高低来准确地预判该线路的配电能力。在具体的应用中，线路外层温度的测量还是具有一定的困难性的，所以一般需要采用分布型光纤测温系统进行监测，该系统能够进行连续性、多点化的测量，同时能够很好地抗外界干扰，其精确度也非常高。

3.4 无人机巡检系统

构建智能高效并安全可控的无人机、可视化与人工协同巡检体系。采用无人机并搭载多类型智能感知传感器，对跨越铁路、高速、河流等人员车辆难以到达的区段进行巡视，对工地进行定点定高巡视、拍照比对，对人员巡检困难的终端杆（塔）上户外终端进行近距离巡检和定高、定角度红外测温，弥补人工巡检的空白，提高巡检的质量和安全水平。在重要线路通道和固定隐患点加装警示牌可视化装置，实现自动监拍、隐患自主预警，并可与光纤振动防外破监测系统联动提高外破隐患预警准确率。内部线路运检人员通过RFID电子标签、探测器和智能终端，以及外部护线员通过巡检关键点的二维码扫描与智能管控APP，实现高压线路及通道移动巡检，确保巡视工作质量。无人机机巢可布署在变电站、园区的屋顶或地面等处，并安装气象传感器，如风速仪、雨量计、温湿度计等，根据气象监测数据自动控制无人机执行巡检任务。机巢通过线路与可靠市电连接，为系统提供持续电源，无人机返航后，机巢自动展开并通过内置机械臂为无人机更换电池。无人机在巡检过程中，如提示机器电量不足，将自动返航充电。

3.5 通道全域化监测装置

电力排管作为高压线路通道的地下保护层，当其发生沉降、变形、开裂时会反过来威胁线路的安全运行。电力排管安全范围内的机械施工故障均伴随强烈振动，排管破损是线路发生外损性故障的最后一道警示线。因此，打造线路排管全域数字化监测系统，可以对基于排管形变、裂缝、埋深定位等物理结构实施毫米级监测，实现基于光纤振动传感的线路通道安全监测与危险预警功能，建成基于排管安全等级评估的全域监测平台，全天候实时发送全域状态信号，通过运行工况和监测信息历史智能比对分析来作出预警决策，构建出一道保卫地下高压线路的“智慧长城”。

4 结束语

在目前的电力系统发展进程中，配电线路的在线监测技术有着很好的实用性，为电力系统的稳定发展提供了很大的帮助，但是在某些技术领域中，在线监测技术还有可待改进的地方，需要在未来的发展中不断地探索新的技术，对监测数据进行综合性分析，结合多方反映的情况对配电线路的情况进行综合性地断，以保证电力系统的稳定运行。