ელექტროენერგიის სისტემა არის დიდი მასშტაბის ქსელი, რომელიც შედგება მრავალი ურთიერთკავშირებული კომპონენტისგან, მათ შორის წარმოება, ტრანსპორტირება, ქსელის ქუჩა, დისტრიბუცია და ბოლო მომხმარებლის ტექნიკა. ელექტროტექნიკური ტექნიკის შეფრთხილებები არა tikvne უსასრულო გაუქმებებს და ფინანსურ დანაკლებებს ენერგეტიკულым კომპანიებისთვის, არამედ შეიძლება მიიღოს მნიშვნელოვანი ეკონომიკური ზიანი მომხმარებლებისთვის. ამიტომ, ამ მოწყობილობების დამოკიდებულება და მოქმედების მდგომარეობა პირდაპირ განსაზღვრავს ენერგეტიკული სისტემის სტაბილურობას და უსაფრთხოებას, ასევე ენერგეტიკული კომპანიების ეკონომიკურ მაჩვენებლებს, ენერგიის ხარისხს და სერვისის დამოკიდებულებას.
ელექტროტექნიკური ტექნიკის ონლაინ მონიტორინგი, რომელიც კომპლექსურ გამოთვლის მეთოდებთან ერთად შეგიძლია შეარჩიოს შეგროვებული მონაცემები, შესაძლებელი შეფრთხილებების 旱情检测与预防措施的早期发现,支持科学故障诊断和基于状态的维护。这在提高电力系统运行的可靠性和安全性方面发挥着关键作用。
随着在线监测技术的不断进步和成熟,以及近年来在中国电力行业的成功应用,基于状态的维护逐渐取代了传统的基于时间的维护,成为一种不可避免的趋势。早在2010年,国家电网公司就发布了《变电设备在线监测系统技术导则》,并开始全面实施基于状态的维护,旨在提高设备智能化、推广智能设备和技术,实现在线安全预警和智能设备监控。
目前,在线监测主要集中在变电站的一次设备上,包括:
电容性设备:电容和介质损耗(tanδ)的在线监测
金属氧化物避雷器:全电流和阻性电流的在线监测
变压器:绝缘油中溶解气体分析(DGA)、超高频(UHF)局部放电(PD)、套管PD和tanδ、有载分接开关动态特性的在线监测
GIS:超高频局部放电和微水含量监测
开关柜:机械特性监测和SF₆气体密度监测
1. 电气设备在线温度监测的必要性
温度是一次设备正常运行的关键指标。由于热循环、基础位移、制造缺陷、环境污染、严重过载或氧化等原因,电力设备中的连接点可能会出现压紧松动、压力不足或接触面劣化等问题。这些问题会增加接触电阻,导致电流通过时温度升高,从而加速绝缘老化,缩短设备寿命,并在严重情况下引发电弧故障、设备烧毁、扩大损坏,甚至火灾和爆炸——尤其是在隔离开关的动触头和静触头处,这些地方的故障率较高。所有这些都对设备的安全运行构成持续威胁。
目前,大多数温度监测依赖于传统的蜡温指示器和定期红外测温等方法。这些方法存在以下缺点:
蜡温指示器容易老化和脱落,温度范围窄,精度低,需要人工读取,无法支持自动化管理;
红外测温仪需要视线测量,受环境条件影响,且常因遮挡而失效;
人工巡检劳动强度大,需要近距离操作(存在安全隐患),缺乏实时性;
离线监测无法捕捉温度趋势或及时发现异常。
因此,传统的离线方法已不再满足高效、安全、可靠的电力系统运行需求。迫切需要能够实现实时温度跟踪、及时发现异常状况并防止设备损坏和电力事故的在线监测技术。此外,在线温度监测扩展了状态监测的范围,为基于状态的维护提供了重要的运行参数,并显著促进了单个设备及整个电力系统的安全稳定运行。
2. 电气设备在线温度监测技术的发展趋势
在线温度监测技术通常集成了先进的传感器系统、通信网络、计算机和信息处理、专家分析系统和数据仓库。随着技术的不断进步,这一领域正朝着自动化、智能化和实用化的方向发展。
2.1 物联网(IoT)技术的应用
物联网被认为是继计算机和互联网之后的信息技术新浪潮,并已被中国认定为国家战略新兴产业,明确纳入智能电网发展中。物联网通过RFID、GPS和激光扫描仪等传感器将物理对象连接到互联网,实现智能识别、跟踪、监控和管理。
电气设备温度监测的物联网架构由感知层、网络层和应用层组成。
感知层:使用直接安装在设备上的传感器(例如接触式或红外式)收集实时温度数据。采用Zigbee、2.4G或433M等短距离无线技术进行信号传输,确保高压隔离。
网络层:在感知层和应用层之间传输数据。使用安全、可靠、实时的电力通信网络,主要是光纤,辅以电力线载波和数字微波系统。
应用层:跨多个设备处理、分析和可视化温度数据,通过智能平台提供异常警报、趋势分析、在线诊断和数据共享等服务。
物联网实现了全面、实时的感知、可靠的连接和智能的数据分析,为强大且可扩展的温度监测系统奠定了基础。
2.2 无源传感技术——替代电池供电
大多数无线温度传感器依赖电池供电,但在高电压、高电流和强电磁干扰环境中面临诸多挑战。电池寿命有限,需要频繁更换,并在高温条件下存在爆炸风险,限制了系统的可靠性和安全性。
为了克服这些限制,无源传感技术(包括从电场/磁场、射频能量、热梯度和表面声波中获取能量)正在成为未来的发展方向。无源传感器具有明显的优势:
在整个设备生命周期内无需维护,提高了系统可靠性
无电池意味着没有爆炸风险,并能持续进行高温监测,早期发现故障;
减少电池使用降低了环境影响,增加了社会价值。
2.3 点-线-面集成温度监测
这种方法根据设备类型和重要性结合不同的监测策略,以达到最佳覆盖效果。
点监测:针对难以外部检查的局部热点,如开关柜触头、母线和电缆接头。传感器直接安装在这些点上进行实时监测。
线监测:专注于电缆隧道、沟槽或托盘中的高压电力电缆。过热可能导致火灾和大面积停电。分布式光纤传感(DTS)被广泛使用,具有绝缘、耐腐蚀、耐高温和抗电磁干扰的特点。DTS可以沿整条电缆长度连续、精确地绘制温度分布图,并准确定位故障位置,以便快速响应。
移动应用——随时随地实时监测
随着移动网络带宽的增加和智能手机和平板电脑的强大功能——特别是在4G时代——移动应用程序已成为企业运营的重要工具。它们的移动性、便利性、及时性和个性化在公用事业管理中得到了广泛应用。
通过互联网和蜂窝网络将设备监测数据集成到移动应用程序中带来了关键优势:
突破了传统内部网系统的局限,使用户能够在任何时间、任何地点实时访问设备状态;
通过数字记录、拍照、GPS标记和二维码扫描等功能,提高了巡检效率,将巡检过程转变为移动、数字化和智能化的过程。
在紧急情况下,人员可以快速定位故障,查看实时和历史数据,并更快地响应,最大限度地减少停电时间和范围。
移动应用程序消除了空间和时间障碍,提高了运营效率,增强了设备安全性,并支持公用事业的可持续增长。
3. 结论
在线状态监测技术——特别是温度监测——是未来智能电网的核心组成部分,帮助公用事业提高设备安全性和经济性能。随着技术的进步,温度监测将朝着全面、智能化和实用化的解决方案发展。与物联网、移动应用和其他新兴技术的集成将定义该领域的未来发展轨迹。