輸變電設備在線監測及診斷技術研究

國華巴彥淖爾（烏拉特中旗）風電有限公司 陳宏同

為確保輸電線路的智能化改造能夠順利進行，需要進一步研究輸電線路在線監測技術。與傳統工藝方式相比，在線監控能夠發現設備的絕緣變化趨勢，并能及時采取措施，確保電力傳輸安全。對輸變電設備進行在線監控，既能改善以往的檢修方式，又能減少電能損耗，減少安全隱患。所以，對該技術的研究和應用，將會對我國電力系統的發展起到積極地推動作用。

1 輸變電設備狀態在線監測與監測技術內涵

輸變電設備狀態在線監測及診斷技術是指通過實時采集輸變電設備的各項運行參數，對設備狀態進行實時監測、分析和評估，以判斷設備運行是否正常，并預測設備故障發展趨勢的一種技術。輸變電設備在線監測主要包括以下幾個方面。

一是電氣量監測：通過對輸變電設備的電壓、電流、功率等電氣量進行監測，判斷設備運行狀態是否處于正常水平[1]。二是非電氣量監測：通過對輸變電設備的溫度、濕度、振動等非電氣量進行監測，判斷設備當前運行狀況。三是設備狀態監測：通過對輸變電設備的結構、材料、工藝等特性進行監測，判斷設備實時運行狀態。四是環境監測：通過對輸變電設備所在環境的風速、濕度、溫度等參數進行監測，判斷設備運行環境是否適宜。

從應用角度來看，隨著輸變電設備在線監測及診斷技術持續應用，輸變電設備故障診斷取得更大進步，依托在線監測技術，可以智能診斷故障，提升故障診斷精度和效率，這對于實現電力智能化建設有積極作用。

2 輸變電設備狀態在線監測系統結構

現階段，輸變電設備在線監測及診斷技術應用主要體現在以下方面：輸變電體系構建在線監測、診斷系統，通過全面采集相關信息，例如電壓、電流等數據，從而為智能診斷提供數據支撐，便于系統基于采集的信息數據，判斷輸變電設備當前狀態，并智能預測故障發生情況，進而為保證輸變電安全、可靠運行提供保障。在此從系統組成、應用兩方面展開分析，基于該技術設計一套具備可行性的輸變電在線監測、診斷系統方案，以期為電力發展提供更多借鑒。

2.1 在線監測系統整體思路

現階段，輸變電在線監測系統主要目的是面向輸變電設備，智能采集數據，并完成數據存儲、轉換、傳輸及綜合加工處理，為智能診斷提供數據支撐。基于此，結合在線監測系統主要功能，提出如圖1所示的總體設計思路。首先在線監測系統中的信息處理，該系統是以準實時資料為研究對象，建立一組可進行資料收集、轉換、傳送的連續性資料。存儲與整合流程的統一架構。

圖1 在線監測系統整體思路

其次對輸電設施進行實時監測，監測裝置的布設位置是一項重要工作，對輸電設施而言，較為關鍵且不能出現故障的區域，一是高電壓區域，如高壓、特高壓主干線路；二是在地質不良區、微動地貌區等難于進入的路段；三是容易受到外部破壞而產生破壞的部位。在這一區域，必須安裝和配備在線監測裝置。

最后對變壓器進行實時監測，在配置變壓器監測設備時，應對其進行綜合評估，并對所處的電壓等級及其壽命進行評估。同時，結合實際運行條件和周圍環境條件，對其進行科學、合理地布局。在變電站中，通常需要在重要的設備如變壓器、斷路器和電抗器、電容器、MOA 等處加裝監測裝置。

2.2 在線監測系統整體架構

結合上文的設計思路，圍繞智能診斷、智能監測兩大功能進行分析，以現階段技術發展水平為前提，提出如圖2所示的系統模型結構。從圖2所示的輸電線路運行狀況實時監控系統的建模可以看出，本系統以主站為中心。主站和生產管理數據庫既是相互聯系的，也是相互獨立的，主站作用為完成輸電設施實時監控數據處理、數據服務、輸電線路CAG 等。在此基礎上，提出一種基于PI3000的電力系統監控系統和電力系統監控系統和生產管理系統。

圖2 輸變電設備狀態在線監測系統模型

此外，主站還須完成一些外部運行工作，將監控數據傳送給調度人員及用戶。為滿足上述要求，主站必須具有強大的界面，包括：一是企業業務總線，該界面的作用是將大量的調度、雷電和氣象等數據資料通過企業業務總線傳送到其他有關的水平系統。二是工作流管理系統/WFS 的界面，通過該界面向主站系統提供了GIS 平臺所需的地理信息，并將相關的儀器信息傳送到GIS 平臺。三是圖像平臺的統一界面，此界面便于實現信息交互，能夠迅速、精確地下達各種控制命令，并能實時地收到相應的影像資料。

3 輸變電設備在線監測及診斷技術應用分析

結合上文來看，本文基于在線監測及診斷技術提出了一種輸變電設備在線監測系統設計方案，而該系統在應用過程中，為確保充分發揮優勢，應注意以下事項。

3.1 規范在線監測裝置技術要求

首先，在線監測裝置技術規范應包括設備基本性能要求，包括但不限于監測范圍、監測精度、響應速度、抗干擾能力等，此類性能指標是衡量在線監測裝置質量的重要依據，只有確保這些基本性能達到要求，才能保證監測數據的準確性和設備運行的安全性。其次，在線監測裝置技術規范應詳細闡述設備的運行管理要求，主要包括設備運行維護、數據傳輸安全、設備故障處理等方面，運行管理要求能夠確保在線監測裝置在長時間運行過程中，始終保持穩定可靠的狀態，降低故障率[2]。最后，在線監測裝置技術規范還應制定相關安全防護措施，主要包括設備電源安全、數據傳輸安全、設備防護措施等，安全防護措施能夠有效降低在線監測裝置在運行過程中可能引發的安全事故，保障人員和設備的安全。

3.2 提高在線監測裝置性能

首先，硬件方面的優化主要體現在提高傳感器和數據處理單元性能，其中傳感器作為在線監測裝置的核心部件，其準確性、靈敏度和穩定性對監測結果具有重要影響。因此，選用高性能的傳感器是提高在線監測裝置性能的基礎。此外，數據處理單元的處理速度和存儲容量也是影響在線監測裝置性能的關鍵因素，故而可選用快速、容量大的處理器和存儲器來提升數據處理單元的性能。

其次，軟件優化主要關注在線監測裝置的操作系統和數據分析處理能力，操作系統作為硬件和軟件的橋梁，其流暢性和穩定性直接關系到在線監測裝置的正常運行，因此可選用成熟、穩定的操作系統，并根據實際需求進行定制化開發，以滿足不同場景下監測需求。在數據分析處理方面，可通過改進算法和引入人工智能技術，實現對海量監測數據的實時分析、預測和預警，從而提高在線監測裝置的智能化水平。

最后，算法方面的優化是提高在線監測裝置性能的核心，通過對監測算法進行改進，可以實現更精確、實時的數據采集和分析。例如，可以采用更先進的信號處理方法，提高數據采集的準確性和抗干擾能力，在數據分析方面，可引入機器學習、深度學習等人工智能技術，實現對監測數據的智能分析，從而降低誤報率和漏報率。

3.3 加強在線監測裝置管理

在線監測裝置的正常運行離不開設備的維護與保養。要定期對在線監測裝置進行檢修，發現問題及時解決，確保設備處于良好的工作狀態，合理制定設備保養計劃，按照保養周期進行保養，延長設備使用壽命。同時，在線監測裝置采集的數據是評估運行狀況和發現問題的關鍵依據。因此，要加強對數據采集與分析的管理，確保數據的準確性和完整性[3]。

一方面要保證數據采集設備的穩定性，降低誤差。另一方面，要加強對數據分析人員的培訓，提高數據分析人員對異常數據的識別和處理能力。在線監測裝置在運行過程中，難免會遇到各種突發情況，為確保在線監測裝置在緊急情況下仍能正常運行，需要建立健全應急預案，包括對突發事件的快速響應機制、設備故障的及時修復、備品備件的充足儲備等。

4 輸變電設備狀態在線監測及診斷技術應用效果分析

上文構建的在線監測及診斷系統在某輸變電單位得到應用，在此結合該企業輸電、變電系統運行情況，總結這一技術應用效果[4]。

4.1 變電在線監測及診斷應用效果分析

該系統應用之后，通過對變壓器的實時監控，成功避免了兩起嚴重故障：一是變壓器的電磁屏蔽層接觸不良，二是電抗器的等電位連線熔絲保護不當。這兩起故障均為突發性事件，危害程度較大。

第一起事故發生在2023年6月25日。故障發生時，JJDKWY-246670/457換向變壓器磁場防護設備出現故障，此時監測數據出現顯著增長，隨后逐漸上升。根據各項參數的變化，基本確定換流變中存在明顯放電現象。因此，組織相關部門對換流變磁柵進行充液超聲波定位，并進行檢修，驗證了監測數據的準確性，成功進行了故障維修。

同時，2023年12月15日，某線電抗器試驗過程中，乙炔、乙烯、總烴三項數據均顯示超標。進一步查詢發現，該電抗器已投運超過20年，為大修后首次投運。在這種情況下，數據超標并呈現明顯增長趨勢，表明反應釜內可能發生放電。為確保及時處理故障，有關單位立即切斷電源，并安排專人進行維修。在排放燃料后，仔細檢查了反應堆內部結構。最終，通過一系列測試，證實了該系統提供的監控結果準確性。

上述事件凸顯了輸變電設備在線監測及診斷系統在發現潛在問題、確保電力系統安全運行方面的重要性。在線監測系統能夠實時收集設備運行數據，及時發現異常情況，為故障診斷和維修提供有力支持。

4.2 輸電在線監測及診斷應用效果分析

在輸變電設備在線監測及診斷系統的支持下，成功應對了兩次輸電線路故障。第一次故障發生在2023年3月15日，故障位置是500kV 的某條輸電線路，原因是低溫降至冰點以下，空氣濕度極度飽和，使得絕緣子表面凝結了冰水混合物，進而導致導電現象，引發線路跳閘。第二次故障發生在2023年8月23日，故障發生區域是30號鐵塔，由于該地區風速峰值達到了36m/s，10min 內的平均風速也達到了28m/s，大大超過了鐵塔的設計抗風標準，導致鐵塔倒塌。

上文所述的兩次事故基于在線監測及診斷技術的應用，迅速識別發現異常數據，并做出示警動作，使得兩次故障均得到了及時處理。

針對上述兩次故障，可以看出，在線監測系統在預防和應對輸電線路故障方面發揮關鍵作用。通過實時監測環境因素，如氣溫、濕度、風速等，并及時分析數據，系統能夠預警出現的故障，為維護人員提供有針對性的解決方案。

5 結語

由于電力系統的發展，輸電設備類型日趨多樣化，生產結構日趨復雜。在此背景下，研制電力傳輸設備的狀態在線監控系統具有十分重要的意義，本文前期已構建了一套基于在線監控的輸電設備狀態在線監控體系，并結合1年多來的運行數據及典型事故案例，對該系統的實施過程進行了較為詳盡的說明。試驗結果表明，該系統具有較強的實用價值和較高的效率，達到了預定的目的。該系統的應用不僅有助于提高輸變電設備的安全運行水平，還為我國電力事業的持續發展提供了有力支持。