淺議物聯網技術在電氣設備狀態檢修中的應用

國網福建電力福州供電公司 福建 福州 350009

電氣設備狀態檢修是指對電氣設備狀態信息進行采集，并根據信息判斷電氣設備狀態特征，為電氣設備狀態檢修提供參考。物聯網技術是一種以互聯網為基礎，實現物物相連的網絡。若是能將其應用到電氣設備狀態檢修中就可以及時、詳細了解電氣設備狀態信息，并且可以借助不同形式的感知設備實現信息的穩定、可靠傳送，從而構建出實時監控、數據互聯互通的檢修系統，保證電氣設備狀態檢修質量。

一、物聯網技術在電網中的應用現狀

通過運用物聯網技術可對物體、自然環境進行感知、識別、分析、控制，進而實現生產生活、資源管理的信息化、智能化、網絡化。如今，隨著我國電力行業的發展，物聯網也被廣泛應用到了其中。在電網運行設備狀態、所處環境監測、電網信息互聯互通中都發揮出了顯著的應用優勢。

物聯網體系可分為感知層、網絡層、應用層。在電網中應用亦是如此。比如在感知層布置各種射頻識別設備、智能傳感器等進行設備信息及所處環境信息的檢測；在網絡層設置電力系統專用網，從而將感知層信息傳遞到應用層；應用層通過設計就可以實現設備狀態監控、智能預警等，從而為運維人員處理電力設備提供參考。而電氣設備狀態檢修主要是指應用狀態監測、診斷技術提供的狀態信息，判斷電氣設備健康狀態，進而實施設備檢修。需要注意的是電氣設備狀態檢修依據的是當前設備運行狀態，并非是設備運行時間。并且需要結合當前設備運行狀態監測數據、設備出廠試驗數據、正常運行數據等，依托人工智能算法挖掘設備運行狀態數據，準確判斷設備運行狀態。數據越準確越能保證設備運行狀態判斷結果準確性，越有利于電氣設備狀態檢修策略的制定。借助物聯網技術正可以提升數據準確性，豐富數據類型，為電氣設備檢修提供參考。

二、基于物聯網技術的電氣設備狀態檢修系統設計

1.系統設計要求。電氣設備狀態檢修系統能滿足以下要求：①不會影響到電氣設備可靠性，且感知設備電壓等級、無線電抗擾能力符合要求；②不會影響到電氣設備機械可靠性；③安裝方式比較方便，不能過于復雜；④能夠長期穩定運行，且能夠適應各種不良氣候；⑤統一數據傳輸、存儲標準，以便進行數據統一處理；⑥能夠保證電網系統長期穩定、可靠的運行。

2.系統架構及設計。電氣設備狀態檢修系統主要分為感知層、網絡層、應用層。每一層所用技術、設備都不相同，且構建也存在差異。

首先，感知層所用技術主要包括傳感器技術、RFID技術。其中傳感器技術所用的傳感器類型包括：溫度傳感器，可用于變壓器、隔離開關、電纜接頭處的溫度監測；無線水浸式傳感器，可用于箱式變壓器、電纜分支箱等是否被水浸泡監測；無線桿塔傾斜傳感器，可用于桿塔傾斜狀態監測；無線故障傳感器，可用于現場電流監測。其中RFID技術是指借助由閱讀器、電子標簽、應用軟件系統組成的監測裝置進行設備數據讀取的監測技術。應用這一技術之后運維人員通過手持檢測儀就可以完成電氣設備狀態檢修。

其次，網絡層主要包括典型無線自組網節點結構、無線自組網層次結構、無線自組網節點類型三種結構類型。具體要結合實際靈活設計。

最后，應用層功能包括設備狀態監測、數據查詢、預警分析、可視化信息展示、設備識別、運行信息查看、現場信息等。另外，針對不同的電氣設備應用層功能設計應當有所區別，以便運維人員能依據信息制定檢修策略。

3.電氣設備狀態評估。在借助電氣設備狀態檢修系統進行電氣設備狀態監測之后，有必要結合相關數據對電氣設備狀態進行評估，確認是否存在故障。在實際評估中需綜合考慮各方面的影響因素進行評估。尤其是要靈活選擇評估方法。以電纜狀態評估為例，影響電纜狀態的因素比較多。如預防性試驗參數、外界溫度等。在實際評估中要盡可能地將所有影響因素納入到評估體系中從而使評估結果更加準確。

三、物聯網技術在電氣設備狀態檢修中的具體應用

1.電氣設備狀態監測。電氣設備基本是在高電壓、大電流狀態下運行，難免會受到電、熱、機械等因素的影響出現運行老化、磨損等故障。這些故障屬于慢性故障會逐漸導致設備性能下降、故障率升高。所以，需要對這些電氣設備狀態進行監測，及早發現設備異常，盡快安排檢修，保證電氣設備正常運行。

電氣設備狀態監測信息包括電壓、電流、聲音、溫度、濕度、氣體含量等。這些監測信息會隨著電氣設備的運行出現變化，通過有效的監測可以及時了解參數變化情況，并對電氣設備狀態進行評估。但要注意的是針對不同的電氣設備要監測不同的設備信息[1]。比如針對高壓設備要對電壓、電流、接觸點溫度等信息進行監測；針對充油設備要對油溫、氣體含量等信息進行監測。但值得注意的是電氣設備監測信息非常多。若是不能采取有效的監測技術就有可能造成信息傳輸混亂。比如運用溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等，并依托互聯網創建信息傳輸渠道，保證信息傳輸效果。

2.在一次設備狀態檢修中的應用。一次設備包括變壓器、斷路器、電動機、熔斷器、隔離開關等電器設備。這些設備的最大特點就是會受到高電壓、大電流的影響。因此，需要對其運行狀態進行監測，以便能制定高效的檢修策略。

首先，變壓器。變壓器具有變換電壓，促進電力傳輸的作用。其自身性能對整個電力傳輸系統的穩定性、可靠性有著非常大的影響[2]。因此，可對變壓器溫度、聲音、油位等信息進行監測，了解其運行狀態。比如在油氣分析中可應用油色譜分析技術，先利用半透膜進行油氣滲透，再進行氣體識別、檢測確定其每種氣體成分，之后進行數據分析就可判斷變壓器是否存在過熱、放電等故障；在變壓器繞組變形檢測中可通過在其箱體上安裝振動傳感器，了解繞組的振動信號，而后對信號數據進行分析就可評估出繞組是否存在變形故障；在變壓器局部放電檢測中可采用在內部安裝探頭，通過了解局部放電產生的超聲波信息進行其運行狀態評估，并制定出針對性的檢修策略。其次，高壓斷路器。高壓斷路器的主要作用是控制、保護電力系統。一般情況下，多是對高壓斷路器開關的機械動作次數、開關內灼傷情況等進行監測，確認高壓斷路器開關運行狀態。比如采用安裝紅外監測設備、可移動探頭，并依托互聯網的方式進行監測、故障診斷。再次。輸電線路監測。輸電線路是保證電力正常輸送的關鍵。與其它一次設備不同，輸電線路覆蓋范圍非常廣，無法應用傳統監測方法進行檢修。而應用物聯網技術可以在導線、桿塔等部分布置傳感器，了解輸電線路的運行狀態及外部環境，以便運維人員對輸電線路運行狀態進行評估，并制定有效的檢修策略。比如在對導線溫度進行監測時可通過安裝溫度傳感器檢測、記錄導線溫度，以免輸電線路發生過熱事故。最后，隔離開關檢修。由于隔離開關的表面積相對較小，并且經常和其他的一次設備接觸，很容易出現發熱情況，可能會引起觸頭和接線座熔斷問題。部分斷路器質量存在著質量隱患，生產參數不合理等，如果頻繁的使用隔離開關，很容易出現熔斷問題，是檢修工作的重點部位，在隔離開關更換中，應當做好斷路器質量評估工作，避免使用質量不合格的隔離開關。

3.在二次設備狀態檢修中的應用。二次設備具有監測、控制、調節、保護作用。目前電力企業采用的二次設備多具有微機式保護裝置，而保護裝置本身就具有自檢功能，為二次設備檢修提供參考。

二次設備狀態監測與一次設備狀態監測存在不同。二次設備監測不需要應用較多的傳感器。因為其本身就具有自檢功能。所以對二次設備狀態監測可采取依托通信設備，實現設備互聯來達到監測目的。比如依托于互聯網、移動通信實現物物相連。但是需要注意的是二次回路中的繼電器數量過多，難以對繼電器接觸點進行監測，并且二次設備中包含大量的集成電路、微電子元件，對電磁信號非常敏感，以致于監測結果準確性無法保證[3]。最重要的是需在一次設備停電狀態下才能進行二次設備狀態監測及檢修。所以，為了提升二次設備狀態監測的經濟性、準確性，需充分結合實際情況靈活選擇監測方式及監測環境。

綜上所述，依托物聯網技術開展電氣設備狀態檢修工作不僅能有效保證狀態監測結果的準確性，而且能適應各種復雜的工作環境，保證運維人員能清晰地掌握電氣設備運行狀態，制定科學的檢修策略。