電力系統是一個(gè)由眾多發(fā)電、輸電、變電、配電及用電設備連接而成的大系統，電力設備的故障不僅會(huì )造成供電系統意外停電而導致電力企業(yè)經(jīng)濟效益減少，而且有可能造成用戶(hù)的重大經(jīng)濟損失，因此這些設備的可靠性及運行狀況直接決定了整個(gè)電力系統的穩定和安全，也決定了電力企業(yè)的經(jīng)濟效益及供電質(zhì)量和可靠性。
對電力設備進(jìn)行在線(xiàn)監測，并借助各種先進(jìn)的計算方法對監測數據進(jìn)行分析，以便及時(shí)發(fā)現設備的故障隱患，采取預防措施，實(shí)現科學(xué)的設備故障診斷和狀態(tài)檢修，對電力系統運行的可靠性、安全性具有重要意義。隨著(zhù)在線(xiàn)監測技術(shù)不斷發(fā)展和成熟，以及在線(xiàn)監測技術(shù)近年來(lái)在我國電力系統的成功應用，狀態(tài)檢修替代定期檢修已被電力系統所接受和認同，成為設備檢修的必然趨勢。國家電網(wǎng)公司早在2010年頒發(fā)了《變電設備在線(xiàn)監測系統技術(shù)導則》并開(kāi)始全面推廣實(shí)施設備狀態(tài)檢修，全面提升設備智能化水平，推廣應用智能設備和技術(shù)，實(shí)現電網(wǎng)安全在線(xiàn)預警和設備智能化監控。
目前，在線(xiàn)監測主要以變電站一次設備為主，包括有：電容性設備的電容量、介損在線(xiàn)監測;金屬氧化物避雷器的全電流、阻性電流在線(xiàn)監測;變壓器本體絕緣油色譜在線(xiàn)監測、本體超高頻局放在線(xiàn)監測、套管局放、介損在線(xiàn)監測、有載開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性在線(xiàn)監測;GIS超高頻局放在線(xiàn)監測、微水在線(xiàn)監測;開(kāi)關(guān)機械特性監測及六氟化硫氣體密度在線(xiàn)監測等。
1.電力設備溫度在線(xiàn)監測的必要性
溫度是表征一次設備正常運行的一個(gè)重要參數，電力設備連接部位，由于氣候冷熱變化、設備基礎變化、加工工藝、設備受到環(huán)境污染，嚴重超負荷運行、觸點(diǎn)氧化等原因造成壓接不緊、壓力不夠、觸頭接觸部分發(fā)生變化、最終導致接觸電阻增大，在電流通過(guò)時(shí)，溫度升高，從而引起設備老化，絕緣下降，嚴重的還能觸發(fā)電弧短路，燒壞設備，擴大設備損壞范圍，降低設備使用壽命，甚至容易引起一次設備起火爆炸，尤其是活動(dòng)刀閘的動(dòng)、靜觸頭部分更加嚴重，故障率高，這些都時(shí)時(shí)刻刻威脅電力設備的安全運行。據不完全統計，目前國內的眾多電力公司、發(fā)電公司如：廣東、山西、浙江、河北、四川、遼寧、甘肅、江西等地區均不同程度地出現了變電站開(kāi)關(guān)柜、封閉母線(xiàn)、隔離開(kāi)關(guān)、電力電纜等設備由于絕緣老化或接觸不良而造成溫度變化異常，進(jìn)而引發(fā)事故的的現象，2003年山西省陽(yáng)泉市盂縣220kv變電站和2004年的大同北郊220kv變電站的220kv的高壓隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)靜觸頭都由于接觸不好長(cháng)期發(fā)熱，沒(méi)有及時(shí)發(fā)現，最終導致動(dòng)靜觸頭燒毀變形，引起兩次重大事故，導致大面積停電，直接和間接的經(jīng)濟損失都達上千萬(wàn)元。電力設備的發(fā)熱現象已經(jīng)引起電力運行部門(mén)的高度重視。
目前，針對電力設備溫度監測大都采用傳統的示溫蠟片法和紅外測溫儀定期測量的方式，這兩種方式存在以下問(wèn)題：
(1)示溫蠟片法，易老化和脫落，溫度指示范圍窄，精確度低，人工操作，無(wú)法實(shí)現自動(dòng)化管理;
(2)紅外測溫儀只能直線(xiàn)點(diǎn)檢測，受環(huán)境影響測量精度，且經(jīng)常受遮攔而無(wú)法測量;
(3)需人工定期巡視，工作強度大，需近距離測溫，安全系數低;
(4)非在線(xiàn)式溫度監測，不能反映溫度的變化過(guò)程和及時(shí)發(fā)現設備異常。
因此，傳統的離線(xiàn)式溫度監測方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足如今電力生產(chǎn)高效以及電力運行安全、可靠的要求，迫切地需要尋找在線(xiàn)監測技術(shù)手段，對電力設備運行溫度進(jìn)行在線(xiàn)監測，及時(shí)發(fā)現電力設備運行溫度異常狀況，避免電力設備損壞和電力事故的發(fā)生。同時(shí)，對電力設備溫度進(jìn)行在線(xiàn)監測，進(jìn)一步完善了電力設備狀態(tài)在線(xiàn)監測的監測范圍，為電力設備狀態(tài)檢修提供了表征設備運行狀況的重要參數，對電力設備甚至整個(gè)電力系統的安全運行具有重大意義。
2.電力設備溫度在線(xiàn)監測技術(shù)發(fā)展趨勢
電力設備溫度在線(xiàn)監測技術(shù)一般由先進(jìn)的傳感器技術(shù)、通訊系統、計算機與信息處理技術(shù)、專(zhuān)家分析系統及系統數據信息庫組成。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力設備溫度在線(xiàn)監測技術(shù)向著(zhù)自動(dòng)化、智能化、實(shí)用化的方向發(fā)展。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被視為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的下一次信息技術(shù)浪潮和新技術(shù)的引擎，我國已經(jīng)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為國家新興戰略產(chǎn)業(yè)之一，并明確提出物聯(lián)網(wǎng)將融入到智能電網(wǎng)的建設中。所謂物聯(lián)網(wǎng)，即通過(guò)射頻識別(RFID)、全球定位系統(GPS)、激光掃描器等信息傳感設備，把物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現對物體的智能化識別、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。物聯(lián)網(wǎng)具有對系統及環(huán)境實(shí)時(shí)信息全面感知、通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的融合與協(xié)同進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)傳輸和共享實(shí)現可靠互聯(lián)、對海量的感知信息進(jìn)行數據智能分析處理的特征。
面向電力設備溫度在線(xiàn)監測的物聯(lián)網(wǎng)架構分為三層，感知層、網(wǎng)絡(luò )層、應用層。
感知層采集電力設備的實(shí)時(shí)溫度數據，其基礎技術(shù)主要包括傳感器技術(shù)、短距離傳輸技術(shù)等。傳感器技術(shù)主要采用各種溫度傳感器，如接觸式溫度傳感器、紅外溫度傳感器等，溫度傳感器直接安裝在電力設備上;短距離傳輸技術(shù)需要考慮高低壓絕緣隔離，對于電力設備溫度監測系統，主要采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，如Zigbee通信、2.4G/433M無(wú)線(xiàn)通信等。
網(wǎng)絡(luò )層支撐感知層和應用層之間的信息傳輸以及數據通信。網(wǎng)絡(luò )層與感知層之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信獲取感知層溫度傳感器的信息;對于網(wǎng)絡(luò )層與應用中的通信，鑒于對數據安全性、傳輸可靠性、數據實(shí)時(shí)性的要求，物聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞主要依靠電力通信網(wǎng)來(lái)實(shí)現，以電力光纖網(wǎng)為主，以電力線(xiàn)載波通信網(wǎng)、數字微波網(wǎng)為輔。
應用層對采集到的各電力設備的溫度數據進(jìn)行分類(lèi)、綜合、轉換、分析、決策、共享，其重點(diǎn)是構建為能為不同應用提供服務(wù)的智能化平臺，能夠提供各種異常報警、趨勢分析、在線(xiàn)診斷、數據共享等服務(wù)。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用，是實(shí)現電力設備溫度在線(xiàn)監測的基礎，同時(shí)也可以提高電力設備溫度在線(xiàn)監測系統的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性。
無(wú)源傳感技術(shù)，取代電池供電
電力設備溫度在線(xiàn)監測技術(shù)中的傳感器是實(shí)現溫度感知的部分，采用無(wú)線(xiàn)通信的溫度傳感器供電渠道主要以電池為主。溫度傳感器通常工作在高壓大電流的環(huán)境下，電磁環(huán)境惡劣，對電池的工作壽命有較大的影響，且電池容量有限，需要定期更換和維護;另外電池在高溫環(huán)境下，容易出現爆炸事故，有一定的安全隱患問(wèn)題。因此，溫度傳感器的供電問(wèn)題嚴重制約了電力設備溫度在線(xiàn)監測技術(shù)的發(fā)展。
隨著(zhù)傳感器技術(shù)的發(fā)展，為了突破電池供電帶來(lái)的問(wèn)題障礙，采用電場(chǎng)取電、磁場(chǎng)取電、射頻供電、溫差供電、聲表面波技術(shù)等無(wú)源傳感技術(shù)脫穎而出，已經(jīng)被視為電力設備溫度在線(xiàn)監測傳感器的技術(shù)發(fā)展方向，無(wú)源傳感器技術(shù)不需要電池供電，優(yōu)勢明顯：
(1)采用無(wú)源傳感器技術(shù)的溫度在線(xiàn)監測傳感器可以在電力設備生命周期內免維護，提升了電力設備溫度在線(xiàn)監測系統的可靠性。
(2)不需要電池，沒(méi)有高溫爆炸的安全隱患，安全性高;同時(shí)，能夠持續對電力設備的高溫進(jìn)行監測，讓用戶(hù)能夠在事故發(fā)生前及時(shí)發(fā)現設備隱患和故障。
(3)無(wú)源傳感技術(shù)的應用，能夠大量減少電池的使用，減少了電池帶來(lái)的各種污染，對環(huán)境保護做出了貢獻，具有一定的社會(huì )價(jià)值。
點(diǎn)線(xiàn)面結合，溫度全面監測
所謂點(diǎn)線(xiàn)面結合，實(shí)際是根據不同電力設備的特點(diǎn)和重要程度，對其采用不同的溫度監測方式，以此來(lái)達到最優(yōu)的解決方案。
點(diǎn)測溫，主要針對開(kāi)關(guān)柜內的觸頭、母線(xiàn)和電纜的連接點(diǎn)等位置，這些地方容易出現溫度異常且難以通過(guò)外部設備進(jìn)行溫度監測，在這些地方安裝溫度傳感器，實(shí)現溫度在線(xiàn)監測的目的。
線(xiàn)測溫，主要針對高壓電力電纜類(lèi)設備的溫度在線(xiàn)監測，在發(fā)電廠(chǎng)、變電站的電纜夾層、電纜溝、大型電纜隧道的高壓電力電纜如果發(fā)生溫度過(guò)熱可引起火災導致大面積電纜燒損，造成被迫停機，短時(shí)間內無(wú)法恢復生產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟損失。目前，針對電力電纜的溫度在線(xiàn)監測主要采用分布式光纖測溫技術(shù)，光纖具有絕緣、耐腐蝕、耐高溫、免疫電磁干擾等技術(shù)特點(diǎn)，分布式光纖測溫可實(shí)現對整條高壓電力電纜的溫度在線(xiàn)監測，測溫精度和靈敏度高，并能對各個(gè)測溫點(diǎn)進(jìn)行定位，一旦溫度異常，能夠快速找到故障點(diǎn)，避免火災等事故的發(fā)生。
面測溫，主要針對發(fā)電機組、變壓器等重要電力設備，采用紅外熱成像技術(shù)實(shí)現對整個(gè)設備的溫度監測。國家電網(wǎng)公司在2014年發(fā)布的《國網(wǎng)運檢部關(guān)于印發(fā)變電設備在線(xiàn)監測裝置質(zhì)量提升方案的通知》中，明確提出變電站應優(yōu)先發(fā)展智能機器人紅外巡檢，即采用紅外熱成像技術(shù)對電力設備進(jìn)行巡檢，紅外熱成像技術(shù)具有直觀(guān)、全面、高效、防漏的技術(shù)特點(diǎn)，能夠監測電力設備的整體溫度分布，能夠快速發(fā)現溫度異常點(diǎn)，為設備檢修提供依據。由于紅外熱成像技術(shù)造價(jià)高，通常對重要的電力設備進(jìn)行紅外熱成像溫度在線(xiàn)監測，或采用周期性巡檢的方式進(jìn)行溫度監測。目前，國家電網(wǎng)公司已經(jīng)在浙江等省份推廣變電站智能巡檢機器人，對變電站各種電力設備進(jìn)行周期性巡檢。
通過(guò)以上三種溫度監測方式的結合，最大程度上可以對各種電力設備進(jìn)行全面監測，真正做到無(wú)死角監測，對設備的安全運行提供了全面的技術(shù)保障。
移動(dòng)應用APP，隨時(shí)隨地監測設備狀態(tài)
隨著(zhù)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )帶寬的不斷提高以及手機、平板電腦等移動(dòng)終端設備的功能強大化，特別是目前的4G時(shí)代，智能手機應用全面崛起，將我們帶到一個(gè)嶄新的移動(dòng)信息化社會(huì )。移動(dòng)應用作為移動(dòng)信息化的一個(gè)重要組成部分，其移動(dòng)性、便捷性、及時(shí)性、個(gè)性化的特點(diǎn)目前已經(jīng)被大量應用到各種企業(yè)的運營(yíng)管理中。
電力企業(yè)的運行、檢修等諸多管理和生產(chǎn)活動(dòng)的高效率和規范化是企業(yè)健康運營(yíng)的核心，各種電力設備的優(yōu)良運作，關(guān)系到企業(yè)的生存和經(jīng)濟效益，也是安全生產(chǎn)的基本條件，將電力設備狀態(tài)監測信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )共享至移動(dòng)應用平臺，在手機或平板電腦安裝電力設備狀態(tài)監測移動(dòng)應用APP，借助手機、平板電腦的各種軟硬件配置，如：GPS、陀螺儀、攝像頭、二維碼等技術(shù)，可以帶來(lái)以下益處：
(1)打破了傳統的企業(yè)內網(wǎng)辦公系統的模式，通過(guò)電力設備狀態(tài)監測移動(dòng)應用APP查看設備狀態(tài)信息不再受時(shí)間、空間的限制，隨時(shí)隨地可對設備狀態(tài)信息進(jìn)行監視。
(2)針對設備巡檢工作，電力設備狀態(tài)監測移動(dòng)應用APP可以方便的實(shí)現記錄、拍照、定位等工作，解決傳統的人工巡檢存在的效率低、管理成本高、人員無(wú)法定位等缺陷，實(shí)現巡檢工作移動(dòng)化、信息化、智能化，提升移動(dòng)作業(yè)管理的工作效率和工作質(zhì)量。
(3)遇到緊急狀況時(shí)，電力設備狀態(tài)監測移動(dòng)應用APP可以幫助人員快速定位設備故障點(diǎn)，查看最新的故障情況和歷史數據，快速解決故障點(diǎn)，減少停電時(shí)間和停電范圍。
電力設備狀態(tài)監測移動(dòng)應用APP的應用，突破時(shí)間與空間的限制，提高企業(yè)運行管理效率和質(zhì)量，提升設備的安全運行水平，有利于企業(yè)的健康運營(yíng)和發(fā)展。
3. 結束語(yǔ)
電力設備狀態(tài)在線(xiàn)監測技術(shù)特別是溫度在線(xiàn)監測技術(shù)，是智能電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的核心技術(shù)之一，有助于電力企業(yè)提高電力設備的安全運行水平和經(jīng)濟效益水平。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力設備溫度在線(xiàn)監測技術(shù)將向著(zhù)全面化、智能化和實(shí)用化的方向發(fā)展，與物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應用等技術(shù)的結合將是未來(lái)發(fā)展的趨勢。
