李东
国网公司长治供电公司变电运维室，山西省长治市046000
摘要：变电设备的可靠性是电网安全运行的基础，其运行状态感知是电网设备运维和运行控制的重要支撑。近年来变电设备状态感知技术向数字化和智能化方向快速发展，新技术不断涌现，有效提升了设备智能化水平。
关键词：变电设备；智能传感；状态感知技术；应用
前言
目前，电网规模不断扩大，变电站数量持续增长，与此同时变电设备规模大幅增长，新设备、新技术加快应用。但是当前运检面临严峻的考验，人员配置与变电站规模增长的速度不匹配，人员老龄化严重，因此提高对变电站设备状态管控能力建设是必然的趋势，也是近年来电力系统倍受瞩目的课题。以互联网技术为核心，以“工业4.0”为代表的新一轮技术革命和产业转型正在深刻影响着传统产业。“大数据，云计算，物联网，移动互联网，智能”现代信息通信新技术为管理技术的创新和发展以及管理模式的转变带来了难得的历史机遇。公司迫切需要走智能化的方向，推动设备状态感知技术与传统运检工作的整合，加快智能运检体系建设。变电站设备状态智能感知系统基于设备状态检测装置。通过结合现有技术条件，集成高清视频监控、智能检测机器人、在线监控、移动监控等技术，创建对设备进行远程状态智能感知的管理模式。
1智能感知技术优势
当前电网形态正在发生深刻变化，电网规模不断扩大，设备容量不断提升，变电设备故障会造成电网停电和重大经济损失，电网运行控制迫切需要对设备状态进行全面感知。变电设备自身由于功能、用材不断改进，结构日趋复杂，传统的传感技术和设备故障诊断技术已不能满足电网应用需求。在应用层面，由于运行环境恶劣、电磁干扰，许多设备状态监测装置现场应用性能不稳定，监测装置本身存在故障率、误报率高及数据可信度存疑等问题，变电设备状态感知技术研究与应用面临严峻挑战。变电设备在正常运行时和故障前后，通常伴有“电、声、光、化、热”等多种特征信息，通过对设备不同的特征信号开展带电检测或在线监测，感知和分析设备状态，可以发现和消除很多类型的设备缺陷和隐患，进而避免设备故障及由此引发的电网安全事故。
1.1科学提升巡检效率，节约运行成本
近年来，变电站设备的数量迅速增加，提高检查效率变得尤为重要。对于具有远程检测条件的变电站，操作和维护人员可以使用在线监控、视频监控、调度信息系统和智能检测机器人等系统进行远程综合检查。同时，科学调整检查周期，大大降低了现场检查的时间成本和人工成本，可以大大减少现场检查的工作量，减轻现场检查的压力，同时还可以实时监控重要的状态量，如主油位和油温。
1.2设备实时感知和状态检修
变电站的一、二级设备将从定期检修改为状态检修，为基于状态监测的设备生命周期的综合优化和管理提供基础数据支持。同时，在集控站或调度中心综合分析变电站一、二级设备的数据监测结果。集控站或调度中心的操作人员可以使用实时监控和诊断技术提供的状态信息，设备运行状态和趋势分析结果，判断设备异常，预测设备故障，安排检查和维护时间，并在故障发生前进行维护，降低设备停电维护的概率和时间。还能够降低运营成本，进一步降低智能变电站的全寿命周期成本。
1.3实现对设备多维度的状态感知
根据不同模块的优缺点，将变电站设备的可见光与红外测温、定期检测与在线监测、定点监测与移动监测、实时数据与趋势分析等多方面两两结合、相互验证后，实现对设备多维度的状态感知，形成运维资源的自动分析、分配建议和科学调配，实现设备的自动化管理。
2变电设备智能传感与状态感知技术及应用
2.1基于物联网的设备本体智能化感知体系
在设备本体自身感知方面，依托各类设备状态传感器、在线监测装置等，可构建电网设备物联网系统，实现设备信息互联互通。
建立带电检测和在线监测技术标准体系，建立统一的数据模型，实现设备识别、状态感知、状态分析无缝衔接，从而为管控系统全面设备状态分析提供技术基础。
传感器与设备本体一体化融合设计成为发展趋势。变电站重要设备如变压器、开关设备等在设计时，在器身预留传感窗口或内置高可靠性传感器，可提升设备的自感知、自诊断能力，实现设备状态的可知、可控。根据电力设备重要程度进行智能化分级，分别针对“海量”、“常用”、“主要”设备标准化典型设计需求，推行设备模块化设计，可大幅降低物联网传感器大量部署所带来的检修工作难度。同时，设备感知与传感装置向全面感知、低功耗、模块化、标准化、安全高效通信和高可靠性发展。设备的全面感知包括自身运行状态感知、环境感知、空间感知、实时感知等全方位感知能力。随着MEMS传感器的发展，其低功耗、模块化、低成本优势将会使其在电力系统中得到广泛应用。
2.2基于智能装备的立体巡检体系
除了设备本体感知技术外，基于站内其他面向非单一设备的智能巡检装置也成为变电设备智能感知体系中的一个重要组成部分。
搭载红外热像仪、可见光采集、声学传感等感知设备的巡检机器人，在集成综合导航、机器视觉、机械性能、电磁兼容性及续航方面都取得了长足进步，显著提高了机器人巡检的稳定性和数据采集质量，正逐步在电力系统中得到推广应用。
未来，应建立基于智能装备的立体巡检体系，应用直升机、无人机、巡检机器人等智能装备，开展多维度线路、变电站立体化巡检工作，建立巡检数据中心，实时/定期接入管控系统，实现日常巡检工作无人化，巡检信息收集自动化，巡检结果处理智能化，从而逐步减少甚至替代传统人工巡视。
2.3基于人工智能及大数据的决策体系
由于设备故障机理复杂、运行环境多样，针对不同设备的差异性难以建立完善、精确、统一的评估和诊断模型。感知装置积累的海量状态数据，若采用专家人工进行分析诊断，则效率将无法得到保障。人工智能及大数据技术为突破变电设备状态感知瓶颈带来了全新的解决思路和技术手段。
在电网业务人工智能辅助决策中，诸多问题仍需解决。数据质量、壁垒、不均衡问题突出，缺乏统一标准的感知数据管理流程。通过大、云、物、移、智、链等信息技术，强化管控平台信息集成、数据分析及信息流转能力，建立基于管控平台的生产指挥决策体系，可以实时掌握设备状态，全面管控运检资源，实现决策指令、现场信息在运检管控中心和生产现场实时交互，从而大幅提高运检指挥决策与现场执行效率。通过云边协同，提高边缘计算能力，实现数据的实时、动态分析和优化控制。
采用差异化保护策略、危机缺陷就地处理，最终形成资源协同、数据协同和业务协同的局面。
2.4智能传感器性能检测校验体系
电力系统智能传感器的使用环境严酷，大大提高了对其性能和可靠性的要求，为保证感知设备及装置感知的有效性及准确性，需开展检测性能、取电性能、可靠性、通信一致性等一系列性能测试工作。但是，多数电力智能传感器无法沿用已发布的在线监测装置检测标准，智能传感器标准体系仍需完善；智能传感器种类繁多，检测项目繁杂，检测效率无法得到保证，检测流程需要更加自动化、智能化；检测环境需贴近应用场景，可通过真型变电设备试验平台模拟实际运行条件下的典型缺陷，从而验证变电设备物联网技术各个功能模块的有效性。完善感知装置检测标准体系，完善完整的可靠性评估与试验方法，实现智能传感器检测校验，全面建设实验室检测能力，是提升状态感知性能的必然趋势。
3结束语
智能传感与状态感知技术是电网数字化、物联网、大数据、智能化的基础，而各类感知传感器及终端是电网运行状态的神经末梢，各个维度的感知数据支撑着电网生产指挥决策体系，是电网可靠运行的重要保障。随着大、云、物、移、智、链等技术在电网中的深度应用，电力设备状态感知技术也正在向智能化设备融合的方向转变。
参考文献
[1]王勇，齐敬先，黄秋根，等.电力设备运行状态监测数据的动态可视化系统设计[J].自动化与仪器仪表，2019(9)：55-62.
[2]江秀臣，盛戈皞.电力设备状态大数据分析的研究和应用[J].高电压技术，2018，44(4)：1041-1050.