基于物联网技术的电力设备状态检测研究

2024.06.03

张捷

摘要：随着物联网技术在电力领域应用的不断推广，物联网与智能电网融合发展成为新的课题。基于物联网技术开展电力设备状态检测，提升状态检测水平具有较高的研究价值。为探究基于物联网技术的电力设备状态检测方法，本文结合工作实践，对电力设备状态检测信息、任务、技术方法进行分析，对一次设备与二次设备进行细致研究，制定基于物联网技术的电力设备状态检修策略和方法。

关键词：智能电网;物联网;电力设备;状态检测

1 绪论

随着我国智能电网的快速发展，电力系统对互联网技术、人工智能技术的需求越来越大，尤其是在输电线路、输电设备的状态检测和维修业务中，为保障电力系统的安全性与稳定性，智能传感技术、自动化技术、数字信号处理技术、综合智能化技术等被广泛应用。在智能电网下，电力设备状态检修已经改变了传统的按时间周期进行检修的模式，而是借助互联网与智能技术实现对电力设备的实时状态检测，根据电力设备运行数据、实验数据等，评估设备的运行状态，为电力设备检修提供决策依据。近些年来，随着物联网技术的发展，物联网技术开始运用于智能电网建设中，给电力系统带来很大的便利，尤其是输电线路巡检方面，发挥了重要作用。

2 电力设备的状态检测

2.1 状态检测信息与任务

电力设备状态检测的实践经验总结发现，一定范围的输电线路上的设备很少同一时间发生大量故障，设备的劣化一般需要经历一个渐变过程，而借助检测设备对电力设备的状态变化数据进行实施监测，通过监测数据的变化能够很好的反应电力设备运行状态，从中发现问题并及时检修。在电力设备状态检测中，一般需要记录的数据信息包括电压、电流、光亮、振动、温度、声音等物理量，此外还包括气体、油的化学性分析等。在电力设备状态检测中，每项数据参数都有对应的作用，每项数据信息反映电力设备一方面的问题。基于物联网技术的电力设备状态检测的主要任务包括以下几个方面：

一是采集与整理电力设备运行的实时参数，建立电力设备状态运行数据档案;二是根据采集的数据信息，判断电力设备运行情况，是否存在故障，是否处于异常状态，是否存在故障隐患等，并根据参数对比，判断电力设备故障性质与严重程度;三是依据电力设备检修标准，结合监测数据对电力设备运行状态进行分类，为设备检修决策提供依据。

2.2 采用的物联网技术

在电力设备状态检测中，主要运用的物联网关键技术包括以下几个方面：一是射频识别技术，在输电线路无人巡检场景中一般运用到UHF、MW等;二是纳米技术，主要用于传感器设备、RFID设备等，满足于电力监测设备体积小、功耗低。性能高等要求，实现狭小位置布置多个传感器;三是无线传感器网络，通过有线无线的结合，实现不同场景、不同环境下电力设备状态数据的采集与传输;四是M2M技术，在一定的程序设置下，实现机器与机器的交流，实现人、机器、移动终端间的互联互通;五是云计算与数据安全技术，云计算技术对系统中的资源按照电力设备状态检测要求，进行组织、分配与使用，实现设备检测效率最优化，而信息安全技术则保障电力设备状态检测网络系统的安全运行;六是数据融合技术，主要为了实现电力系统中大量传感器及其数据的简单加工处理，减少宽带浪费，整理更符合用户需求的数据信息。

3 一次设备的状态检测

3.1 发电机与变压器的检测

发电机是电力系统重最重要的设备之一，通常对于目前我国电力系统而言，发电机设备结构比较封闭，传统的检测一般是采用时间周期的模式，而在智能电网建设背景下，可采用红外成像技术、超声传感器等对其运行状态进行实时检测。借助红外成像与超声传感，能够使发电机内部可视化，进而提升其在线实时检测的质量。此外，考虑到发电机设备的机械原理，还可借助超声波传感器监测其转子与定子之间空气气隙的参数值，或者在设备上加装速度传感器，对其工作中的振动信息进行采集，进而实现状态检测。

对变压器的状态检测，可将其负载量、温度、声音、油位等指标参数进行监测，及时发现问题及时解决。变压器在运行过程中，其产生的局部放电、局部过热现象，一般是通过油来散热的，绝缘油在工作中会受热分解，产生诸如CO、H2、CO2、C2H2等气体或碳氢化合物，然后从绝缘油中抽出气体进行色谱分析，检测出各种气体含量，对比标准参数值，从而获知变压器运行状态。除此之外，还可借助振动传感器对变压器绕组变形进行实施检测，借助电流传感器对变压器铁芯进行检测。不仅如此，还可采用电气法与超声波法，对变压器运行中的放电故障进行实时检测，在实践中可多设置几个探头同时工作，这样能够有效提升检测效果。

3.2 输电线路与母线的状态检测

在智能电网中，相对于发电机、变压器、开关设备等设备而言，输电线在实施状态检测中存在较大差异。输电线有固定的线路，而且涉及的物理距离较长，地理范围较大，这给其实时检测带来挑战。物联网技术的融入，很好地解决了这个难题，通过对输电线路杆塔、输电线等设置大量传感器，或者进行定期无人机巡线等，都能够实现输电线路的实时状态检测。在输电线检测中，各类型传感器将采集到的数据信息通过网络层传输到中心检测系统，然后系统服务器对数据进行分析与比对，最终获得输电线路的运行状态。通常，考虑到输电线路的特征，其实时运行状态检测一般采用微气象环境检测、导线风偏在线检测、导线温度检测、覆冰检测、杆塔倾斜检测等检测方法。

母线是变电站内极为重要的元件，通常母线在正常运行中不易发生故障，其實际检测到的故障率相对较低，但一旦发生故障，其破坏性较大，后果极其严重。对目前故障的类型分析可知，人为故障的概率较高，因此对其状态检测主要针对接地刀闸、接地线、母线设备的污染与绝缘等方面，其状态检测方法可采用物联网中的无线移动式或旋转式摄像技术。

3.3 高压断路器与隔离开关的检测

高压断路器与隔离开关是保护电力系统安全稳定运行的重要设备。目前我国电力系统中高压断路器类型主要有油断路器、真空断路器、SF6断路器三种，每种类型的断路器在实际工作中出现的故障类型不同，因此其对应的检测方法也应有所针对性。高压断路器的状态检测中，需要重点对开关触头进行实时状态检测，包括开关内外灼伤、外部破损、表面污染等。真空断路器则需要结合其性能原理，对其真空灭弧室的真空度进行实时监测;油断路器则针对密封性进行检测;SF6断路器则主要检测其SF6气体中的微水含量。高压断路器的状态检测一般采用物联网技术中的红外监测技术、可移动探头等。

隔离开关的检测则相对简单，主要针对其工作中容易出现的部件生锈、操作机构运行不畅、触头异常发热等常见故障进行重点检测，采用红外线测温、X射线、可移动探头等技术，可实现对隔离开关的状态检测。

4 二次设备的状态检测

4.1 二次设备状态检测特点与方法

在智能电网与物联网技术融合建设的背景下，二次设备作为电力系统一次设备的辅助设备，其在稳定电力系统运行安全中发挥重要作用，同时其自身的安全性也需要进行实时检测。在智能电网系统中，二次设备不仅给一次设备提供监测、调节、控制、保护作用，其自身也具有一定的自我检测功能。因此对二次设备的状态检测，可充分发挥物联网优势，以系统化、单元化的模式对二次设备实现状态检测。针对二次设备本身具备的自我检测功能，以及其自带的通信功能，可依托物联网的网络层，通过通信功能实现设备间的互相问询，从而获得二次设备的运行状态信息。

4.2 二次回路检测

随着智能电网的快速发展，电网中的保护装置已经呈现出微机化、智能化的发展趋势，而二次回路有多个继电器组成，且在电路中继电器的点非常多且分散，这对继电器的状态检测提出了难题。不仅如此，大量使用的微电子元器件、集成电路等，对二次设备带来明显的电磁干扰。结合实践来看，对二次回路状态的检测，主要是针对其故障点的确定问题，一般采用注入法，在二次回路中注入特定频率的电流，然后通过实时监控来发现故障点，从而有效地确定二次设备的故障点，并进行快速修复。

4.3 电力设备运行环境检测

外界环境是影响电力设备安全稳定运行的重要外部因素之一，外部环境引发的电力设备故障对电力系统造成巨大破坏，尤其是气候条件恶劣、地理环境复杂的外部条件，对电网的运行产生很大影响，比如微风振动、导线覆冰、绝缘子串风偏等。此外户外变压器、断路器等对温度的敏感性也较高，温度过高也容易引发故障，因此需要对电力设备的外部环境进行实时的状态检测。智能电网与物联网的融合建设中，通常采用导线气象环境在线监测的方法，在输电线路上安装各类传感器，实时采集环境数据信息，进行分析处理，以实现电力设备运行环境的在线监测。

综上所述，在智能电网建设中，物联网技术的引入大大提升了电网在线检测的水平，相对于传统离线监测技术，在线检测更加智能化、实时化，不受周期性限制，而且其对电力设备的分析也更加自动化和智能化，能够提高状态检测的效率与可靠性。在物联网技术下，电力设备检测充分发挥了物联网技术的优势，有大量传感器组成感知层，然后通过网络层的数据沟通，在检测系统中心完成数据分析与反馈，实现对电力设备的状态检测。

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