输变电设备在线监测及诊断技术研究

国华巴彦淖尔（乌拉特中旗）风电有限公司 陈宏同

为确保输电线路的智能化改造能够顺利进行，需要进一步研究输电线路在线监测技术。与传统工艺方式相比，在线监控能够发现设备的绝缘变化趋势，并能及时采取措施，确保电力传输安全。对输变电设备进行在线监控，既能改善以往的检修方式，又能减少电能损耗，减少安全隐患。所以，对该技术的研究和应用，将会对我国电力系统的发展起到积极地推动作用。

1 输变电设备状态在线监测与监测技术内涵

输变电设备状态在线监测及诊断技术是指通过实时采集输变电设备的各项运行参数，对设备状态进行实时监测、分析和评估，以判断设备运行是否正常，并预测设备故障发展趋势的一种技术。输变电设备在线监测主要包括以下几个方面。

一是电气量监测：通过对输变电设备的电压、电流、功率等电气量进行监测，判断设备运行状态是否处于正常水平[1]。二是非电气量监测：通过对输变电设备的温度、湿度、振动等非电气量进行监测，判断设备当前运行状况。三是设备状态监测：通过对输变电设备的结构、材料、工艺等特性进行监测，判断设备实时运行状态。四是环境监测：通过对输变电设备所在环境的风速、湿度、温度等参数进行监测，判断设备运行环境是否适宜。

从应用角度来看，随着输变电设备在线监测及诊断技术持续应用，输变电设备故障诊断取得更大进步，依托在线监测技术，可以智能诊断故障，提升故障诊断精度和效率，这对于实现电力智能化建设有积极作用。

2 输变电设备状态在线监测系统结构

现阶段，输变电设备在线监测及诊断技术应用主要体现在以下方面：输变电体系构建在线监测、诊断系统，通过全面采集相关信息，例如电压、电流等数据，从而为智能诊断提供数据支撑，便于系统基于采集的信息数据，判断输变电设备当前状态，并智能预测故障发生情况，进而为保证输变电安全、可靠运行提供保障。在此从系统组成、应用两方面展开分析，基于该技术设计一套具备可行性的输变电在线监测、诊断系统方案，以期为电力发展提供更多借鉴。

2.1 在线监测系统整体思路

现阶段，输变电在线监测系统主要目的是面向输变电设备，智能采集数据，并完成数据存储、转换、传输及综合加工处理，为智能诊断提供数据支撑。基于此，结合在线监测系统主要功能，提出如图1所示的总体设计思路。首先在线监测系统中的信息处理，该系统是以准实时资料为研究对象，建立一组可进行资料收集、转换、传送的连续性资料。存储与整合流程的统一架构。

图1 在线监测系统整体思路

其次对输电设施进行实时监测，监测装置的布设位置是一项重要工作，对输电设施而言，较为关键且不能出现故障的区域，一是高电压区域，如高压、特高压主干线路；二是在地质不良区、微动地貌区等难于进入的路段；三是容易受到外部破坏而产生破坏的部位。在这一区域，必须安装和配备在线监测装置。

最后对变压器进行实时监测，在配置变压器监测设备时，应对其进行综合评估，并对所处的电压等级及其寿命进行评估。同时，结合实际运行条件和周围环境条件，对其进行科学、合理地布局。在变电站中，通常需要在重要的设备如变压器、断路器和电抗器、电容器、MOA 等处加装监测装置。

2.2 在线监测系统整体架构

结合上文的设计思路，围绕智能诊断、智能监测两大功能进行分析，以现阶段技术发展水平为前提，提出如图2所示的系统模型结构。从图2所示的输电线路运行状况实时监控系统的建模可以看出，本系统以主站为中心。主站和生产管理数据库既是相互联系的，也是相互独立的，主站作用为完成输电设施实时监控数据处理、数据服务、输电线路CAG 等。在此基础上，提出一种基于PI3000的电力系统监控系统和电力系统监控系统和生产管理系统。

图2 输变电设备状态在线监测系统模型

此外，主站还须完成一些外部运行工作，将监控数据传送给调度人员及用户。为满足上述要求，主站必须具有强大的界面，包括：一是企业业务总线，该界面的作用是将大量的调度、雷电和气象等数据资料通过企业业务总线传送到其他有关的水平系统。二是工作流管理系统/WFS 的界面，通过该界面向主站系统提供了GIS 平台所需的地理信息，并将相关的仪器信息传送到GIS 平台。三是图像平台的统一界面，此界面便于实现信息交互，能够迅速、精确地下达各种控制命令，并能实时地收到相应的影像资料。

3 输变电设备在线监测及诊断技术应用分析

结合上文来看，本文基于在线监测及诊断技术提出了一种输变电设备在线监测系统设计方案，而该系统在应用过程中，为确保充分发挥优势，应注意以下事项。

3.1 规范在线监测装置技术要求

首先，在线监测装置技术规范应包括设备基本性能要求，包括但不限于监测范围、监测精度、响应速度、抗干扰能力等，此类性能指标是衡量在线监测装置质量的重要依据，只有确保这些基本性能达到要求，才能保证监测数据的准确性和设备运行的安全性。其次，在线监测装置技术规范应详细阐述设备的运行管理要求，主要包括设备运行维护、数据传输安全、设备故障处理等方面，运行管理要求能够确保在线监测装置在长时间运行过程中，始终保持稳定可靠的状态，降低故障率[2]。最后，在线监测装置技术规范还应制定相关安全防护措施，主要包括设备电源安全、数据传输安全、设备防护措施等，安全防护措施能够有效降低在线监测装置在运行过程中可能引发的安全事故，保障人员和设备的安全。

3.2 提高在线监测装置性能

首先，硬件方面的优化主要体现在提高传感器和数据处理单元性能，其中传感器作为在线监测装置的核心部件，其准确性、灵敏度和稳定性对监测结果具有重要影响。因此，选用高性能的传感器是提高在线监测装置性能的基础。此外，数据处理单元的处理速度和存储容量也是影响在线监测装置性能的关键因素，故而可选用快速、容量大的处理器和存储器来提升数据处理单元的性能。

其次，软件优化主要关注在线监测装置的操作系统和数据分析处理能力，操作系统作为硬件和软件的桥梁，其流畅性和稳定性直接关系到在线监测装置的正常运行，因此可选用成熟、稳定的操作系统，并根据实际需求进行定制化开发，以满足不同场景下监测需求。在数据分析处理方面，可通过改进算法和引入人工智能技术，实现对海量监测数据的实时分析、预测和预警，从而提高在线监测装置的智能化水平。

最后，算法方面的优化是提高在线监测装置性能的核心，通过对监测算法进行改进，可以实现更精确、实时的数据采集和分析。例如，可以采用更先进的信号处理方法，提高数据采集的准确性和抗干扰能力，在数据分析方面，可引入机器学习、深度学习等人工智能技术，实现对监测数据的智能分析，从而降低误报率和漏报率。

3.3 加强在线监测装置管理

在线监测装置的正常运行离不开设备的维护与保养。要定期对在线监测装置进行检修，发现问题及时解决，确保设备处于良好的工作状态，合理制定设备保养计划，按照保养周期进行保养，延长设备使用寿命。同时，在线监测装置采集的数据是评估运行状况和发现问题的关键依据。因此，要加强对数据采集与分析的管理，确保数据的准确性和完整性[3]。

一方面要保证数据采集设备的稳定性，降低误差。另一方面，要加强对数据分析人员的培训，提高数据分析人员对异常数据的识别和处理能力。在线监测装置在运行过程中，难免会遇到各种突发情况，为确保在线监测装置在紧急情况下仍能正常运行，需要建立健全应急预案，包括对突发事件的快速响应机制、设备故障的及时修复、备品备件的充足储备等。

4 输变电设备状态在线监测及诊断技术应用效果分析

上文构建的在线监测及诊断系统在某输变电单位得到应用，在此结合该企业输电、变电系统运行情况，总结这一技术应用效果[4]。

4.1 变电在线监测及诊断应用效果分析

该系统应用之后，通过对变压器的实时监控，成功避免了两起严重故障：一是变压器的电磁屏蔽层接触不良，二是电抗器的等电位连线熔丝保护不当。这两起故障均为突发性事件，危害程度较大。

第一起事故发生在2023年6月25日。故障发生时，JJDKWY-246670/457换向变压器磁场防护设备出现故障，此时监测数据出现显著增长，随后逐渐上升。根据各项参数的变化，基本确定换流变中存在明显放电现象。因此，组织相关部门对换流变磁栅进行充液超声波定位，并进行检修，验证了监测数据的准确性，成功进行了故障维修。

同时，2023年12月15日，某线电抗器试验过程中，乙炔、乙烯、总烃三项数据均显示超标。进一步查询发现，该电抗器已投运超过20年，为大修后首次投运。在这种情况下，数据超标并呈现明显增长趋势，表明反应釜内可能发生放电。为确保及时处理故障，有关单位立即切断电源，并安排专人进行维修。在排放燃料后，仔细检查了反应堆内部结构。最终，通过一系列测试，证实了该系统提供的监控结果准确性。

上述事件凸显了输变电设备在线监测及诊断系统在发现潜在问题、确保电力系统安全运行方面的重要性。在线监测系统能够实时收集设备运行数据，及时发现异常情况，为故障诊断和维修提供有力支持。

4.2 输电在线监测及诊断应用效果分析

在输变电设备在线监测及诊断系统的支持下，成功应对了两次输电线路故障。第一次故障发生在2023年3月15日，故障位置是500kV 的某条输电线路，原因是低温降至冰点以下，空气湿度极度饱和，使得绝缘子表面凝结了冰水混合物，进而导致导电现象，引发线路跳闸。第二次故障发生在2023年8月23日，故障发生区域是30号铁塔，由于该地区风速峰值达到了36m/s，10min 内的平均风速也达到了28m/s，大大超过了铁塔的设计抗风标准，导致铁塔倒塌。

上文所述的两次事故基于在线监测及诊断技术的应用，迅速识别发现异常数据，并做出示警动作，使得两次故障均得到了及时处理。

针对上述两次故障，可以看出，在线监测系统在预防和应对输电线路故障方面发挥关键作用。通过实时监测环境因素，如气温、湿度、风速等，并及时分析数据，系统能够预警出现的故障，为维护人员提供有针对性的解决方案。

5 结语

由于电力系统的发展，输电设备类型日趋多样化，生产结构日趋复杂。在此背景下，研制电力传输设备的状态在线监控系统具有十分重要的意义，本文前期已构建了一套基于在线监控的输电设备状态在线监控体系，并结合1年多来的运行数据及典型事故案例，对该系统的实施过程进行了较为详尽的说明。试验结果表明，该系统具有较强的实用价值和较高的效率，达到了预定的目的。该系统的应用不仅有助于提高输变电设备的安全运行水平，还为我国电力事业的持续发展提供了有力支持。