电力设备温度在线监测技术发展趋势
作者：珠海优特电力科技股份有限公司时间：2017-06-05 我要发布
1. 概述
电力系统是一个由众多发电、输电、变电、配电及用电设备连接而成的大系统，电力设备的故障不仅会造成供电系统意外停电而导致电力企业经济效益减少，而且有可能造成用户的重大经济损失，因此这些设备的可靠性及运行状况直接决定了整个电力系统的稳定和安全，也决定了电力企业的经济效益及供电质量和可靠性。
对电力设备进行在线监测，并借助各种先进的计算方法对监测数据进行分析，以便及时发现设备的故障隐患，采取预防措施，实现科学的设备故障诊断和状态检修，对电力系统运行的可靠性、安全性具有重要意义。随着在线监测技术不断发展和成熟，以及在线监测技术近年来在我国电力系统的成功应用，状态检修替代定期检修已被电力系统所接受和认同，成为设备检修的必然趋势。国家电网公司早在2010年颁发了《变电设备在线监测系统技术导则》并开始全面推广实施设备状态检修，全面提升设备智能化水平，推广应用智能设备和技术，实现电网安全在线预警和设备智能化监控。
目前，在线监测主要以变电站一次设备为主，包括有：电容性设备的电容量、介损在线监测；金属氧化物避雷器的全电流、阻性电流在线监测；变压器本体绝缘油色谱在线监测、本体超高频局放在线监测、套管局放、介损在线监测、有载开关动态特性在线监测；GIS超高频局放在线监测、微水在线监测；开关机械特性监测及六氟化硫气体密度在线监测等。
2. 电力设备温度在线监测的必要性
温度是表征一次设备正常运行的一个重要参数，电力设备连接部位，由于气候冷热变化、设备基础变化、加工工艺、设备受到环境污染，严重超负荷运行、触点氧化等原因造成压接不紧、压力不够、触头接触部分发生变化、最终导致接触电阻增大，在电流通过时，温度升高，从而引起设备老化，绝缘下降，严重的还能触发电弧短路，烧坏设备，扩大设备损坏范围，降低设备使用寿命，甚至容易引起一次设备起火爆炸，尤其是活动刀闸的动、静触头部分更加严重，故障率高，这些都时时刻刻威胁电力设备的安全运行。据不完全统计，目前国内的众多电力公司、发电公司如：广东、山西、浙江、河北、四川、辽宁、甘肃、江西等地区均不同程度地出现了变电站开关柜、封闭母线、隔离开关、电力电缆等设备由于绝缘老化或接触不良而造成温度变化异常，进而引发事故的的现象，2003年山西省阳泉市盂县220kv变电站和2004年的大同北郊220kv变电站的220kv的高压隔离开关的动静触头都由于接触不好长期发热，没有及时发现，最终导致动静触头烧毁变形，引起两次重大事故，导致大面积停电，直接和间接的经济损失都达上千万元。电力设备的发热现象已经引起电力运行部门的高度重视。
目前，针对电力设备温度监测大都采用传统的示温蜡片法和红外测温仪定期测量的方式，这两种方式存在以下问题：
（1） 示温蜡片法，易老化和脱落，温度指示范围窄，精确度低，人工操作，无法实现自动化管理；
（2） 红外测温仪只能直线点检测，受环境影响测量精度，且经常受遮拦而无法测量；
（3） 需人工定期巡视，工作强度大，需近距离测温，安全系数低；
（4） 非在线式温度监测，不能反映温度的变化过程和及时发现设备异常。
因此，传统的离线式温度监测方法已经无法满足如今电力生产高效以及电力运行安全、可靠的要求，迫切地需要寻找在线监测技术手段，对电力设备运行温度进行在线监测，及时发现电力设备运行温度异常状况，避免电力设备损坏和电力事故的发生。同时，对电力设备温度进行在线监测，进一步完善了电力设备状态在线监测的监测范围，为电力设备状态检修提供了表征设备运行状况的重要参数，对电力设备甚至整个电力系统的安全运行具有重大意义。
3. 电力设备温度在线监测技术发展趋势
电力设备温度在线监测技术一般由先进的传感器技术、通讯系统、计算机与信息处理技术、专家分析系统及系统数据信息库组成。随着科学技术的不断发展，电力设备温度在线监测技术向着自动化、智能化、实用化的方向发展。
3.1 物联网技术的应用
物联网技术被视为继计算机、互联网之后的下一次信息技术浪潮和新技术的引擎，我国已经将物联网技术作为国家新兴战略产业之一，并明确提出物联网将融入到智能电网的建设中。所谓物联网，即通过射频识别（RFID）、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等信息传感设备，把物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网具有对系统及环境实时信息全面感知、通过网络的融合与协同进行信息的实时传输和共享实现可靠互联、对海量的感知信息进行数据智能分析处理的特征。
面向电力设备温度在线监测的物联网架构分为三层，感知层、网络层、应用层。
感知层采集电力设备的实时温度数据，其基础技术主要包括传感器技术、短距离传输技术等。传感器技术主要采用各种温度传感器，如接触式温度传感器、红外温度传感器等，温度传感器直接安装在电力设备上；短距离传输技术需要考虑高低压绝缘隔离，对于电力设备温度监测系统，主要采用无线通信技术，如Zigbee通信、2.4G/433M无线通信等。
网络层支撑感知层和应用层之间的信息传输以及数据通信。网络层与感知层之间通过无线通信获取感知层温度传感器的信息；对于网络层与应用中的通信，鉴于对数据安全性、传输可靠性、数据实时性的要求，物联网的信息传递主要依靠电力通信网来实现，以电力光纤网为主，以电力线载波通信网、数字微波网为辅。
应用层对采集到的各电力设备的温度数据进行分类、综合、转换、分析、决策、共享，其重点是构建为能为不同应用提供服务的智能化平台，能够提供各种异常报警、趋势分析、在线诊断、数据共享等服务。
物联网技术的应用，是实现电力设备温度在线监测的基础，同时也可以提高电力设备温度在线监测系统的可靠性、安全性、实时性。
3.2 无源传感技术，取代电池供电
电力设备温度在线监测技术中的传感器是实现温度感知的部分，采用无线通信的温度传感器供电渠道主要以电池为主。温度传感器通常工作在高压大电流的环境下，电磁环境恶劣，对电池的工作寿命有较大的影响，且电池容量有限，需要定期更换和维护；另外电池在高温环境下，容易出现爆炸事故，有一定的安全隐患问题。因此，温度传感器的供电问题严重制约了电力设备温度在线监测技术的发展。
随着传感器技术的发展，为了突破电池供电带来的问题障碍，采用电场取电、磁场取电、射频供电、温差供电、声表面波技术等无源传感技术脱颖而出，已经被视为电力设备温度在线监测传感器的技术发展方向，无源传感器技术不需要电池供电，优势明显：
（1） 采用无源传感器技术的温度在线监测传感器可以在电力设备生命周期内免维护，提升了电力设备温度在线监测系统的可靠性。
（2） 不需要电池，没有高温爆炸的安全隐患，安全性高；同时，能够持续对电力设备的高温进行监测，让用户能够在事故发生前及时发现设备隐患和故障。
（3） 无源传感技术的应用，能够大量减少电池的使用，减少了电池带来的各种污染，对环境保护做出了贡献，具有一定的社会价值。
3.3 点线面结合，温度全面监测
所谓点线面结合，实际是根据不同电力设备的特点和重要程度，对其采用不同的温度监测方式，以此来达到最优的解决方案。
点测温，主要针对开关柜内的触头、母线和电缆的连接点等位置，这些地方容易出现温度异常且难以通过外部设备进行温度监测，在这些地方安装温度传感器，实现温度在线监测的目的。
线测温，主要针对高压电力电缆类设备的温度在线监测，在发电厂、变电站的电缆夹层、电缆沟、大型电缆隧道的高压电力电缆如果发生温度过热可引起火灾导致大面积电缆烧损，造成被迫停机，短时间内无法恢复生产，造成重大经济损失。目前，针对电力电缆的温度在线监测主要采用分布式光纤测温技术，光纤具有绝缘、耐腐蚀、耐高温、免疫电磁干扰等技术特点，分布式光纤测温可实现对整条高压电力电缆的温度在线监测，测温精度和灵敏度高，并能对各个测温点进行定位，一旦温度异常，能够快速找到故障点，避免火灾等事故的发生。
面测温，主要针对发电机组、变压器等重要电力设备，采用红外热成像技术实现对整个设备的温度监测。国家电网公司在2014年发布的《国网运检部关于印发变电设备在线监测装置质量提升方案的通知》中，明确提出变电站应优先发展智能机器人红外巡检，即采用红外热成像技术对电力设备进行巡检，红外热成像技术具有直观、全面、高效、防漏的技术特点，能够监测电力设备的整体温度分布，能够快速发现温度异常点，为设备检修提供依据。由于红外热成像技术造价高，通常对重要的电力设备进行红外热成像温度在线监测，或采用周期性巡检的方式进行温度监测。目前，国家电网公司已经在浙江等省份推广变电站智能巡检机器人，对变电站各种电力设备进行周期性巡检。
通过以上三种温度监测方式的结合，最大程度上可以对各种电力设备进行全面监测，真正做到无死角监测，对设备的安全运行提供了全面的技术保障。
3.4 移动应用APP，随时随地监测设备状态
随着移动通信网络带宽的不断提高以及手机、平板电脑等移动终端设备的功能强大化，特别是目前的4G时代，智能手机应用全面崛起，将我们带到一个崭新的移动信息化社会。移动应用作为移动信息化的一个重要组成部分，其移动性、便捷性、及时性、个性化的特点目前已经被大量应用到各种企业的运营管理中。
电力企业的运行、检修等诸多管理和生产活动的高效率和规范化是企业健康运营的核心，各种电力设备的优良运作，关系到企业的生存和经济效益，也是安全生产的基本条件，将电力设备状态监测信息通过互联网和移动网络共享至移动应用平台，在手机或平板电脑安装电力设备状态监测移动应用APP，借助手机、平板电脑的各种软硬件配置，如：GPS、陀螺仪、摄像头、二维码等技术，可以带来以下益处：
（1） 打破了传统的企业内网办公系统的模式，通过电力设备状态监测移动应用APP查看设备状态信息不再受时间、空间的限制，随时随地可对设备状态信息进行监视。
（2） 针对设备巡检工作，电力设备状态监测移动应用APP可以方便的实现记录、拍照、定位等工作，解决传统的人工巡检存在的效率低、管理成本高、人员无法定位等缺陷，实现巡检工作移动化、信息化、智能化，提升移动作业管理的工作效率和工作质量。
（3） 遇到紧急状况时，电力设备状态监测移动应用APP可以帮助人员快速定位设备故障点，查看最新的故障情况和历史数据，快速解决故障点，减少停电时间和停电范围。
电力设备状态监测移动应用APP的应用，突破时间与空间的限制，提高企业运行管理效率和质量，提升设备的安全运行水平，有利于企业的健康运营和发展。
4. 结束语
电力设备状态在线监测技术特别是温度在线监测技术，是智能电网未来发展的核心技术之一，有助于电力企业提高电力设备的安全运行水平和经济效益水平。随着科学技术的发展，电力设备温度在线监测技术将向着全面化、智能化和实用化的方向发展，与物联网、移动应用等技术的结合将是未来发展的趋势。
