高壓開關設備在線監測技術的應用研究

吳同勇

（山東能源集團肥城礦業集團有限責任公司供電部，山東 泰安 271608）

1 基于互聯網+的智能高壓開關設備結構設計

基于互聯網+的智能高壓開關設備是在傳統高壓開關設備的基礎上，通過集成智能組件和云數據中心，實現了設備的智能化和網絡化。這種設計不僅提高了高壓開關設備的監測、診斷以及維護效率，而且通過數據分析和遠程控制，極大地增強了電網的穩定性和安全性。

在結構設計上，智能高壓開關設備主要由開關設備和智能組件2 大部分構成。開關設備負責執行斷路、接通電路的基本功能，而智能組件負責數據采集、處理以及通信等智能化任務。這2 部分通過傳感器和控制器緊密連接，形成了一個整體的智能系統。智能組件是智能高壓開關設備的核心，包括多個功能模塊，如斷路器觸頭測溫模塊、機械特性測量模塊、線圈電流測量模塊以及電量和電能質量測量模塊等。這些模塊通過各自的傳感器收集開關設備的運行數據，如溫度、電流、電壓以及機械特性等信息，并通過ARM微處理器進行初步處理。其中，斷路器觸頭測溫模塊通過安裝在高壓端觸臂上的測量傳感器，實時監測斷路器觸頭的溫度，以預防過熱引發的故障。機械特性測量模塊則利用力傳感器、加速度傳感器以及位移傳感器，監測斷路器的機械動作特性，確保斷路器能可靠地完成分合操作。電量和電能質量測量模塊和線圈電流測量模塊則分別負責監測電網的電能質量、開關設備的電流狀態，為電網的穩定運行提供保障[1]。

這些模塊不僅通過RS-485 接口與ARM 微處理器連接，實現數據的快速傳輸和處理，還通過無線或有線方式與云數據中心通信，將數據上傳至云端進行深入分析。云數據中心能夠接入1 024 臺智能高壓開關設備，實現了大規模的設備管理和數據分析。通過云數據中心，可以對開關設備的健康狀態進行遠程監測，及時發現并診斷故障，甚至進行壽命預評估，為設備的維護和更換提供決策支持。觸摸屏顯示模塊作為人機交互的接口，可以顯示斷路器的狀態、溫濕度、電流電壓等關鍵參數，還可以顯示機械特性和電能質量的分析結果。此外，通過熱釋電人體感應監測模塊控制觸摸屏的開關，實現了節能和延長設備使用壽命的目的。攝像頭模塊則通過3 個短焦距帶自動補光的攝像頭，監控開關柜內部的實際情況，將關鍵時刻的圖像記錄下來，為故障分析和設備維護提供直觀依據。專家決策分析系統是智能組件的高級應用，它可以根據收集到的各種參數和數據，通過預設的算法和模型，分析開關設備的健康狀況，預測可能出現的問題，并提出維護或維修的建議。智能組件的結構如圖1 所示。

1)結構思考力是期刊編輯人員應具備的基礎能力。運用結構思考有助于面向問題，給出高效的解決方案、對策建議及報告編制、溝通表達等。

圖1 智能組件的結構

2 故障診斷與健康狀態評估策略

2.1 在線監測技術的關鍵實現

在線監測技術在基于互聯網+的智能高壓開關設備中扮演著核心角色，其關鍵實現依賴于高精度的傳感器、先進的數據傳輸技術以及強大的數據處理能力。傳感器負責實時收集開關設備的運行參數，如溫度、電流、電壓及機械位置等，這些參數是判斷設備運行狀態和健康狀況的基礎。通過RS-485 接口，這些數據被傳輸至ARM 微處理器，進行初步的數據融合和分析，以濾除噪聲并提取有用信號。隨后，通過有線或無線網絡，數據被發送到云數據中心，實現遠程監控。云數據中心采用大數據分析技術，深入分析收集到的數據，識別出潛在的故障模式和趨勢，為運維決策提供科學依據。實時數據的可視化展示通過觸摸屏顯示模塊實現，為操作人員提供直觀的設備狀態信息，實現快速響應和故障處理[2]。

系統通過分析這些數據，運用預測模型計算出設備各部件的磨損速率和潛在故障點，進而綜合評估出整體的壽命預期。基于這一預評估結果，決策支持系統能夠提供維護優化方案，如指出何時進行預防性維護、何時更換易損件以及設備何時應該退役更新，從而最大化設備的價值使用，同時避免因設備突發故障帶來的運維成本增加和電網安全風險。系統還能根據電網運營商的具體需求，提供定制化的決策支持，確保電網的高效、穩定運行[3]。

2.2 遠程故障診斷與處理機制

在高壓開關設備監控的應用案例中，一家電網公司通過部署基于互聯網+的智能高壓開關設備，顯著提高了其電網的運行效率和可靠性。該公司管理的電網覆蓋范圍廣泛，涉及多個變電站和成千上萬的高壓開關設備。在智能化改造前，該電網面臨設備老化、故障率高、維護成本上升等問題。改造后，通過引入智能高壓開關設備及其監控系統，電網運維情況發生了根本性變化。

改造項目中，智能組件被安裝在所有關鍵的高壓開關設備上，實時收集設備運行數據，如電流、電壓、溫度等。這些數據通過無線網絡實時發送至云數據中心。通過數據分析，系統能夠實時監控設備狀態，及時發現并預警潛在故障。例如，在一個變電站中，系統通過分析發現一臺高壓開關設備的溫度持續異常升高，系統立即發出預警，指導現場工作人員進行檢查，發現并解決了一個隱患點，避免了一次可能的停電事件。

2.3 壽命預評估與決策支持系統

壽命預評估與決策支持系統綜合利用設備的實時監測數據、歷史運行記錄以及高級數據分析技術，對開關設備的剩余壽命進行預測，并基于此提供科學的維護和更新決策支持。系統采用的關鍵技術包括數據挖掘、機器學習及人工智能，通過對大量數據的分析，精確模擬開關設備的老化過程和故障模式，從而估算出設備的健康狀況和預期壽命。壽命預評估過程中，系統會考慮多種因素，包括設備的設計壽命、制造材料特性、歷史和實時負載情況、環境條件等，以及設備在運行中的各類監測參數，如溫度波動、電流過載次數、操作頻率等。例如，一個高壓開關設備的設計壽命可能為30 年，但在實際使用中，由于頻繁的負載波動和高溫環境作用，其實際預期壽命可能縮短至20 年。

VPA處理可顯著抑制SH-SY5Y細胞中自噬標志蛋白LC3-II的水平（圖8），同時還抑制p62的降解，但不影響Beclin1的表達；而使用miR-34c-5p抑制劑聯合處理則可使LC3-II與p62的水平得到恢復。聯合使用自噬抑制劑氯喹（CQ）處理可引起LC3-II與p62的堆積（圖8）。

3 高壓開關設備的實際應用與效益分析

3.1 智能化改造對電網運行的影響

3.1.1 提高電網可靠性

判斷走棋規則是否合法。如果非法，輸出結果；如果合法，則判斷落點是否有子。如果落點沒有棋子，更新棋盤。如果落點有子，首先判斷是否為本方棋子，如果是本方棋子，輸出結果；否則，更新棋盤。如果吃掉的棋子為敵方將帥，則輸出結果勝利。執行步驟4行棋結束后，判斷兩帥是否相對，如果相對執行步驟4。

智能化改造通過引入高精度傳感器、先進的監測技術和自動化設備，極大地提升了電網的實時監控能力。例如，采用智能高壓開關設備后，故障檢測時間從原有的數小時縮短至分鐘級別，故障定位精度提高至98%以上，顯著減少了電網故障響應時間。此外，通過實時數據分析，系統能夠預測并提前處理潛在故障，大幅降低了突發故障的發生率，從而保障了電網的穩定運行。數據顯示，智能化改造后，電網的供電可靠性提高了20%，故障率降低了30%[4]。

具體數據顯示，通過實施智能監控系統后，該電網的設備故障率由改造前的年均2%降低至0.5%以下，故障響應時間從平均1 h 縮短至15 min 以內，故障修復時間由平均4 h 縮短至1 h 以內。此外，系統還實現了對設備壽命的預測和維護計劃的優化，使得設備的平均使用壽命延長了15%，同時維護成本降低了約20%。此案例表明，通過部署基于互聯網+的智能高壓開關設備監控系統，不僅顯著提升了電網的運行可靠性和安全性，而且有效降低了運維成本，提高了設備的使用效率和壽命，為電網公司帶來了顯著的經濟效益和社會價值[5]。

利用云數據中心的強大計算能力，電網運營商能夠高效處理海量的運維數據，實現故障診斷、設備壽命預評估以及維護計劃優化等功能。例如，通過智能分析系統，運維團隊可以根據設備實際運行狀況制定個性化的維護計劃，而不是依賴傳統的周期性維護策略。這種基于條件的維護模式，使得設備維護更加精準有效，維護成本降低了15%，同時提高了設備的使用效率，延長了設備壽命。

3.2 高壓開關設備監控案例分析

通過傳感器集成的智能組件實時監控開關設備的各項運行參數，如溫度、電流、電壓等，確保能夠及時捕捉到異常信號。一旦檢測到異常，系統立即通過有線或無線網絡將相關數據傳輸至云數據中心。

在云數據中心，利用預先設定的故障診斷模型和算法，深入分析接收到的數據。這些模型包括機器學習、人工智能等先進技術，能夠根據歷史數據和實時數據的對比，準確識別出故障類型及其可能的原因。故障診斷過程中，系統還會考慮設備的歷史維護記錄、運行環境等因素，以提高診斷的準確性和可靠性。一旦故障被確認，系統將自動觸發遠程處理機制。對于一些簡單的故障，如參數偏差、設置錯誤等，系統可以直接通過遠程控制模塊進行參數調整或重置，快速恢復設備的正常運行，大大減少了設備的停機時間和維護成本。對于復雜的故障，系統會根據故障類型和緊急程度，自動生成維修建議或維護計劃，并通過移動終端或其他通信方式及時通知維護人員。

3.1.2 優化運維管理效率

王樹林的內心因此柔情升騰。他安慰道，我說這一天怎么心神不定呢？原來魂掉在你身上了，感謝你給我送來。請你站在原地不要動，我來迎接我的魂。

3.3 經濟效益與社會價值的綜合評估

在對基于互聯網+的智能高壓開關設備實施的經濟效益與社會價值進行綜合評估時，顯著發現其不僅為電網運營商帶來了直接的經濟收益，同時也對社會發展產生了積極影響。通過智能化改造，一項研究表明，電網運營商能夠實現年均成本節省約15%～20%，具體體現在設備維護成本的降低、故障修復成本的減少以及運行效率的提高上。

從經濟效益角度看，通過智能監控和故障預警系統的應用，故障檢測時間從平均30 min 縮短至5 min，故障處理時間從數小時減少至1 h 以內，極大縮短了停電時間，提高了電網供電的穩定性。這種效率的提升，直接降低了因故障引起的經濟損失。據估算，對于一次大規模停電事件，應用智能監控和故障預警能夠減少的經濟損失高達數百萬至數千萬不等。

從社會價值角度考慮，智能高壓開關設備的應用提高了電網的供電可靠性和安全性，對于保障社會經濟正常運行和居民生活質量具有重要意義。例如，通過減少電網故障帶來的停電事件，可以有效避免對醫院、學校等公共服務機構的影響，確保社會基礎設施的正常運行。此外，智能化改造有助于提高能源利用的效率，支持可再生能源的更好接入和利用，對于推動社會向低碳、環保的可持續發展方向轉型具有積極作用。

銅綠山古銅礦遺址位于大冶西北，面積兩平方公里。大冶這座擁有百萬人口的縣級城市，自古就被視為冶煉之都，乃至“大冶”的得名，都與這里從古至今久盛不衰的冶煉活動有關。有資料說，唐天祐二年（公元905年），一個叫秦裴的地方官員，在大冶銅綠山至棲儒橋一代建立從事大型采礦冶煉的“青山場院”。北宋乾德五年(公元967年)，南唐李煜以境內礦產豐富，冶煉業發達為由，將“青山場院”升格，并將其與另外三鄉合并，新設大冶縣，取“大興爐冶”之意命名。“大興爐冶”語出《莊子》中“大地為大爐，造化為大冶”之句。從夏商開始直到現在仍在采銅和冶銅的銅綠山，為過去稱縣、現在稱市的“大冶”地名來歷做了最好的詮釋。

4 結 論

通過引入基于互聯網+的智能高壓開關設備，電網運營商實現了電網的高效、可靠運行，顯著降低了故障率和維護成本，提高了供電穩定性和安全性。智能化改造還促進了電網管理的現代化，增強了對可再生能源的接納能力，為社會經濟發展提供了堅實的電力保障，展現了智能電網技術在促進能源轉型和提升公共服務質量方面的巨大潛力。