特高壓變電站在線監測技術整合與智能巡檢管理研究

高 宇

（國網山東省電力公司超高壓公司，山東 濟南 250118）

0 引 言

特高壓變電站作為電力系統的重要環節，其安全穩定運行對于保障電力供應和維護社會經濟發展至關重要。傳統的變電站巡檢模式已經難以滿足日益復雜的電力需求和設備管理要求。然而，隨著信息技術的不斷進步，特高壓變電站的智能巡檢管理成為提高電網可靠性、降低維護成本的重要途徑。基于此，文章提出了特高壓變電站的在線監測技術整合以及智能巡檢管理研究。

1 特高壓變電站在線監測與智能巡檢管理的優勢

1.1 有助于加強事故預警促進快速響應

特高壓變電站在線監測與智能巡檢管理的應用優勢是顯著提高了事故預警與快速響應的能力。傳統的巡檢方式依賴于人工巡檢和周期性維護，難以及時發現設備異常，導致潛在故障可能被忽視或延誤處理，對電網安全穩定可靠運行造成威脅，然而變電站內各類設備的在線監測技術與智能巡檢系統的應用徹底改變了這種局面。在線監測技術實時采集和監測特高壓變電站內運行設備的關鍵參數和狀態，能夠持續監控變電站各項運行指標，識別出異常或不穩定的信號[1]。

2020年12月20日，某1 000 kV特高壓變電站運維人員通過智能巡檢系統發現1 000 kV某高抗中性點套管底部漏油（見圖1）。該巡視點位位置高，人工無法巡視到位，因此該缺陷存在隱蔽性高、隱患嚴重的特點。運維人員運用智能巡檢每日持續跟蹤該缺陷發展趨勢，實時了解特高壓變電站信息，合理安排消缺計劃。

1.2 有助于降低運維成本提升管理質效

傳統的人工巡視與定期維護需要使用較多運維人員并占用大量工作時間，人力、物力、時間成本都較高，且無法做到設備巡視的全覆蓋，如變壓器頂部、避雷器及電容式電壓互感器（Capacitor Voltage Tansformer，CVT）高處部位在設備不停電時，運維人員即使借助望遠鏡也做不到精確巡視，巡視質量較低，無法準確掌握設備的運行狀態。智能巡檢系統采用“高清視頻+機器人”巡視方式，部署機器人、可見光攝像頭、紅外測溫攝像頭，可有效覆蓋人工巡視99.5%以上的點位，最大限度地釋放了運維人員壓力。該系統具備例行巡視、特殊巡視及固定點巡視3個功能。對特高壓主變完成紅外測溫及全面巡視，2人同時開展人工巡視及精確紅外測溫需用時50 min，而智能巡檢系統僅需用時20 min。同時，智能化運維管理系統通過深入分析和學習設備歷史數據，能夠更好地理解設備的運行規律和性能狀況，系統可以根據設備的實際運行狀態和負荷情況，進行智能化調度和實施優化運維計劃。例如，合理地分配設備負荷，避免過度負荷運行，有助于減少設備的磨損和損耗，從而延長設備的使用壽命[2]。

1.3 有助于預防設備故障提高處置效率

特高壓電網是電力系統的主網架，停電檢修成本高，設備停電檢修頻率低，人工巡視無法發現部分隱蔽性缺陷。該缺陷會導致特高壓設備的損壞，造成重大經濟損失。智能巡檢管理系統可以通過分析在線監測數據，實時監測和評估特高壓變電站的運行狀態。這使得運維人員能夠及時發現設備異常和潛在問題，做出初步的故障診斷，避免不必要的維修和更換，不僅降低了維修成本，還延長了設備的使用壽命，實現了資源的優化配置。

主變返廠解體后變壓器鐵軛墊板放電痕跡如圖2所示，判斷異常原因為鐵軛墊板存在質量缺陷。在墊板壓制過程中，質量控制不嚴等因素導致紙板之間脫膠，紙板內部形成空腔，絕緣油浸漬不充分，從而導致在運行或試驗過程中，空腔處局部放電。

圖2 變壓器解體內部故障放電通道

2 特高壓變電站在線監測技術整合

2.1 主要監測指標及傳感器選擇

特高壓變電站在線監測技術整合的成功關鍵之一是選擇適用的監測指標和傳感器，以確保準確監測和采集關鍵參數與設備狀態的數據，這些主要監測指標和傳感器的選擇對于實現電網的高效運行和設備的穩定性至關重要。電流傳感器可以實時監測電力設備的負荷情況以及電流的變化情況，幫助評估電力輸送效率和電網的穩定性[3]。電壓傳感器用于測量電網中的電壓變化，從而確保電力質量和穩定供電。溫度傳感器可以監測設備內部的溫度狀態，防止設備過熱和設備損壞。濕度傳感器用于監測設備周圍的濕度環境，防止濕度過高對絕緣性能造成影響。油位傳感器適用于油浸式設備，如變壓器用于實時監測油位狀態，預防油漏和設備故障。振動傳感器可以監測設備的振動情況，幫助判斷設備的穩定性和運行狀態。傳感器的選擇需要綜合考慮其精度、穩定性、耐用性、適應性以及成本等因素，合理選擇適用的傳感器有助于確保監測數據的準確性和實時性，為特高壓變電站的在線監測提供可靠的數據支持，進而實現電網的高效運行和設備的安全性。

2.2 監測數據采集與傳輸技術

在線監測技術整合中的監測數據采集與傳輸技術在實現智能化運維管理方面扮演著關鍵角色。該技術領域的發展為變電站設備的實時監測和數據獲取提供了先進手段，為運維決策提供了可靠的信息支持。同時，監測數據的傳輸技術至關重要，特高壓變電站的監測數據傳輸廣泛應用無線傳感網絡、物聯網技術建立高效且穩定的數據傳輸通道，實現設備數據的遠程采集和實時傳輸。該傳輸技術可以大大提高數據的實時性和可靠性，為后續的數據處理和分析提供支持。

2.3 數據處理與分析方法

特高壓變電站在線監測技術整合中的數據處理與分析方法發揮重要的作用，通過深入挖掘和分析實時監測數據，系統可以獲取有價值的信息，實現對設備狀態和電網運行的深入理解和有效判斷。在數據處理方面，需要預處理和清洗采集到的大量監測數據，以去除噪聲、填補缺失值等，確保數據的準確性和可靠性，再對數據進行整合、聚合和壓縮，以減少數據量，提高處理效率，并為后續分析做好準備。數據分析涉及多種方法和技術，如統計分析、機器學習、人工智能等。通過統計分析，可以從歷史數據中識別出趨勢、周期性等規律，為設備運行狀態和電網負荷變化提供參考。機器學習和人工智能技術能夠對大量數據進行自動化處理和模式識別，實現設備故障的預測、異常的檢測和分類，并評估電網運行狀態。

3 特高壓變電站智能巡檢管理

3.1 智能巡檢管理系統的構建

特高壓變電站智能巡檢管理是一個綜合性的系統工程，其核心是構建一個完備的智能化運維管理系統。這一系統的構建涉及多個方面，包括硬件設備、軟件平臺、數據流程以及運維策略。在硬件設備方面，智能化運維管理系統需要部署各種傳感器和監測裝置，用于實時采集特高壓變電站的各項運行參數和設備狀態，并保證這些設備的高精度、穩定性和可靠性，以確保監測數據的準確性和實時性。在軟件平臺方面，智能巡檢系統需要搭建一套完備的軟件平臺，用于處理、分析和展示數據。這包括數據預處理模塊、數據分析算法、故障診斷模型等。通過數據分析和算法建模，系統能夠實時監測設備的狀態，識別潛在故障，預測設備壽命，并生成相應的報警和維護建議。數據流程是智能化運維管理系統的核心，監測數據從傳感器采集后，經過預處理、清洗、壓縮等步驟，進入數據分析和算法模型，生成運行狀態分析報告、故障預測結果等，最終呈現給運維人員。整個數據流程需要高效、穩定地運行，以保證監測數據能夠及時傳遞和被準確分析[4]。

3.2 數據融合與智能決策

特高壓變電站智能巡檢管理需要實現數據融合與智能決策。數據融合是整合和合并來自不同傳感器、不同設備以及不同系統的監測數據，形成全面、準確的設備狀態畫像。這種綜合性數據的融合有助于減少數據的冗余，提高數據質量，同時為智能決策提供更可靠的基礎。例如，結合電流、電壓、溫度以及濕度等多種監測數據，系統可以判斷設備的工作狀態是否正常，是否存在潛在的故障風險。同時，數據融合可以幫助識別設備之間的關聯性，發現異常模式和趨勢，有助于提前發現故障的征兆。智能決策是在數據融合的基礎上，通過運用人工智能、機器學習等技術，進行智能化的運維決策。系統可以根據歷史數據和實時監測數據，進行模式識別、趨勢分析，預測設備故障和壽命，制定相應的維護計劃。此外，智能決策可以實現設備的負載均衡和能源優化，以提高電網的穩定性和能效。

3.3 預測與預防性維護

特高壓變電站智能巡檢管理的作用之一是實現預測與預防性維護，通過數據分析和智能算法，提前發現潛在的設備故障跡象，采取相應措施，以減少故障損失和維護成本[5]。通過深度分析歷史數據和實時監測數據，系統可以識別出設備異常的模式和特征，預測設備可能出現的故障情況。這種預測性分析不僅可以提前發現設備健康狀態的變化，還可以預測設備壽命和性能退化，為維護決策提供有價值的參考。預防性維護是在預測的基礎上，采取積極措施，提前進行設備維護，以防止故障的發生。系統根據預測結果，為設備制定詳細的維護方案，包括檢修計劃、更換零部件等。此外，系統可以進行設備狀態監控，實時監測設備的運行狀況，發現異常情況并及時報警。預測與預防性維護的實施可以顯著提高特高壓變電站的運維效率和設備可靠性。

4 結 論

特高壓變電站智能巡檢管理的研究和應用為電力系統的穩定運行和設備的可靠性提供了有力支持。通過在線監測技術整合，系統可以實時獲取設備的運行數據和狀態信息，為運維管理提供高效、精準的數據支持。數據處理與分析方法的應用可以深入挖掘監測數據，為設備健康評估、性能優化和故障預測提供了有力工具。預測與預防性維護的策略能夠提前發現潛在故障跡象，采取相應措施，最大限度地降低故障損失和維護成本。未來，結合先進的信息技術手段，不斷提升特高壓變電站的智能化水平，以實現更高效、更可靠的電網運行和設備管理。