采用在線監測設備實現環境友好型變電站運行維護管理的方法研究

吳望冰，毛西吟，施東風，鄭維勛，華坤坤

（1.國網浙江省電力有限公司杭州供電公司，浙江 杭州 310000；2.杭州旭輻檢測技術有限公司，浙江 杭州 310022）

1 前言

隨著全球氣候變化問題的日益嚴重，環保已經成為全球共識。在此背景下，環境友好型變電站的建設和運營維護管理成為電力行業的重要議題。變電站是電力系統中的關鍵節點，其運行狀態直接影響電網的穩定和安全。因此，運行維護管理的重要性不言而喻。然而，傳統的維護管理方式往往無法滿足環保和效率的雙重要求。這使得變電站需要尋找新的運營維護策略。在線監測設備，以其實時、高效的監測能力，正成為變電站運行維護管理的新選擇。在線監測設備可以實時收集設備運行數據，及時預警設備故障，從而避免設備損壞帶來的環境影響。同時，通過在線監測設備，變電站可以實施更精細化的設備健康管理，實現資源的合理利用，減少能源浪費，符合環保理念。然而，盡管在線監測設備具有明顯的優勢，但在環境友好型變電站運行維護管理中的應用仍面臨諸多挑戰。例如，如何準確理解和處理在線監測設備收集的大量數據，如何將在線監測設備無縫集成到現有的運行維護體系中，如何保證在線監測設備本身的安全和可靠性等。鑒于此，本文旨在深入研究采用在線監測設備實現環境友好型變電站運行維護管理的方法。我們將首先探討在線監測設備的主要類型和功能，然后研究在線監測設備在環境友好型變電站運行維護管理中的具體應用，再通過一個實際案例，探討在線監測設備的實際效果和存在的挑戰，以及相應的解決方案。我們期望，本研究能為環境友好型變電站的運行維護管理提供新的思路和方法。

2 在線監測設備的主要類型和功能

2.1 在線監測設備的主要類型

在線監測設備的類型豐富，其應用領域廣泛，具體到變電站中，常見的在線監測設備如下。

（1）電力設備狀態監測設備。例如，變壓器在線監測設備，如貝瑞特的TOGA? DGA 設備，能對變壓器油進行故障氣體分析；斷路器狀態監測設備，如ABB 的MSM，能實時監測斷路器的機械性能等。

（2）環境監測設備。如瑞士Testo 公司的Testo 160 系列環境監測設備，能監測溫度、濕度、光照強度、紫外線強度等環境參數。

（3）電氣參數監測設備。如Fluke的電力質量分析儀，能實時監測電壓、電流、功率因數、頻率等電氣參數。

2.2 在線監測設備的主要功能

在線監測設備在變電站運行維護管理中發揮著關鍵作用，主要功能如下。

（1）實時數據收集。在線監測設備能夠持續收集設備運行狀態和環境參數等數據，為運行維護提供實時、精準的信息。例如，貝瑞特的TOGA? DGA 設備能實時收集并分析變壓器油中的故障氣體。

（2）故障預警。在線監測設備能夠通過對收集的數據進行分析，及時發現異常情況，預警可能發生的故障。例如，ABB 的MSM 能根據斷路器的機械性能數據，預警可能的故障。

（3）設備健康管理。通過對設備的實時監測和數據分析，可以評估設備的健康狀況，指導設備的維護和更換工作。

（4）環境監測。在線監測設備還能對變電站的環境參數進行監測，及時發現和處理可能對環境造成影響的情況。例如，Testo 160 系列環境監測設備能實時監測并記錄環境參數。

2.3 在線監測設備的工作原理

在線監測設備的工作原理主要包括數據采集、數據傳輸和數據處理3 個部分。

（1）數據采集。在線監測設備通過傳感器等部件，實時采集設備運行狀態和環境參數等數據。例如，Fluke的電力質量分析儀通過內置傳感器，實時采集電網的電壓。

（2）數據傳輸。采集的數據通過有線或無線網絡傳輸到數據處理中心。例如，貝瑞特的TOGA? DGA 設備可以通過內置的網絡接口，將采集的變壓器油中的故障氣體數據實時傳輸到數據處理中心。

（3）數據處理。數據處理中心通過專業的數據處理軟件對收到的數據進行處理和分析，如數據清洗、特征提取、故障預警等。例如，ABB 的MSM 數據處理系統能對斷路器的機械性能數據進行分析，發現潛在的故障，并提前發出預警。同時，處理后的數據可以通過可視化工具進行展示，為運行維護人員提供便捷的操作界面。

以上詳細介紹了在線監測設備的主要類型、功能和工作原理。接下來，我們將研究在線監測設備在環境友好型變電站運行維護管理中的具體應用。

2.4 部分在線監測設備詳細介紹

2.4.1 超聲波局部放電在線監測設備

設計原理：超聲波局部放電在線監測設備采用了超聲波檢測技術，它是利用超聲波在介質中傳播的特性，探測設備內部的局部放電現象。當設備內部發生局部放電時，會產生超聲波，超聲波傳感器就能檢測到這些超聲波，并將其轉化為電信號。

技術規格：超聲波局部放電在線監測設備通常包含一個超聲波傳感器和一個數據處理單元。傳感器的靈敏度和頻率響應范圍是其重要的技術規格，一般要求靈敏度高，頻率響應范圍廣，以便檢測到各種不同類型的局部放電。

功能特性：這種設備能夠在線監測設備的局部放電現象，及時發現設備的絕緣問題，避免設備的突然故障，提高設備的運行可靠性。

2.4.2 紅外線熱像在線監測設備

設計原理：紅外線熱像在線監測設備采用了紅外熱像技術，它是通過檢測設備表面的紅外輻射，生成設備的熱像，從而檢測設備的溫度分布和熱狀態。

技術規格：紅外線熱像在線監測設備通常包含一個紅外熱像傳感器和一個數據處理單元。傳感器的分辨率和溫度測量范圍是其重要的技術規格，一般要求分辨率高，溫度測量范圍廣，以便精確地檢測設備的溫度分布和熱狀態。

功能特性：這種設備能夠在線監測設備的溫度分布和熱狀態，及時發現設備的過熱問題，避免設備的熱老化和熱故障，提高設備的運行可靠性。

2.4.3 在線監測設備的協同工作

在變電站中，各種在線監測設備通常需要協同工作，為變電站提供綜合的在線監測服務。例如，超聲波局部放電在線監測設備和紅外線熱像在線監測設備可以同時工作，通過超聲波和紅外輻射的聯合檢測，提高了對設備異常的檢測準確性和檢測范圍。同時，各種在線監測設備的數據可以通過通信網絡傳輸到數據處理中心，進行集中處理和分析。數據處理中心通常包括數據收集和存儲系統、數據處理和分析系統、設備健康管理系統和環境保護系統等。數據收集和存儲系統負責收集和存儲各種在線監測設備的數據；數據處理和分析系統負責對收集的數據進行處理和分析，生成故障預警和設備健康報告；設備健康管理系統負責根據設備健康報告進行設備健康管理，包括設備維修、設備更換等；環境保護系統負責根據環境數據進行環境保護，包括環境改善、環境恢復等。通過在線監測設備的協同工作和數據處理中心的集中處理，我們不僅可以實時監測變電站的設備和環境狀態，及早發現和解決問題，提高變電站的運行可靠性和運行效率，降低運維成本，還可以實現變電站的環境保護，推動環境友好型變電站的建設和運營。

2.5 在線監測設備的發展趨勢

隨著科技的快速發展，未來的在線監測設備可能會有以下幾個發展趨勢。

（1）集成化。未來的在線監測設備可能會更加集成化，即一個設備能夠實現多種監測功能，如超聲波和紅外熱像的聯合監測，以提高監測的準確性和全面性。

（2）智能化。未來的在線監測設備可能會更加智能化，即設備能夠自動進行數據處理和分析，生成故障預警和設備健康報告，以提高監測的效率和實時性。

（3）網絡化。未來的在線監測設備可能會更加網絡化，即設備能夠通過物聯網等技術，實現設備間的互聯互通，以提高數據收集的效率和準確性。

（4）環?；?。未來的在線監測設備可能會更加環?；?，即設備能夠更好地監測和保護環境，以推動環境友好型變電站的建設和運營。

3 在線監測設備在環境友好型變電站運行維護管理中的應用與案例研究

本部分將結合具體案例，詳細介紹在線監測設備在環境友好型變電站運行維護管理中的應用，包括運行數據收集、故障預警、設備健康管理以及環境監測和保護。

3.1 在線監測設備的運行數據收集與案例介紹

在變電站的運行維護管理中，數據是決策的基礎。例如，在某500kV 的環境友好型變電站中，采用了貝瑞特的TOGA? DGA 設備，通過實時監測變壓器油中的故障氣體，能夠及時發現變壓器內部的絕緣老化、熱故障、放電等問題。這種在線監測設備為運行維護管理提供了精準、實時的運行數據，使得變電站能夠根據數據做出及時有效的決策。

3.2 在線監測設備的故障預警與案例介紹

在線監測設備的故障預警功能對于減少設備故障，保障變電站運行的穩定性具有重要作用。如在上述案例中，TOGA? DGA 設備不僅能夠實時監測變壓器油中的故障氣體，還能根據分析結果預警可能的故障，例如，當發現某種或幾種故障氣體的含量超過設定的閾值時，系統會自動發出預警，從而避免了可能的設備故障和停電事件。

3.3 在線監測設備在設備健康管理中的應用與案例介紹

設備健康管理是變電站運行維護管理的重要組成部分。在一家利用ABB 的MSM 系統對斷路器進行在線監測的變電站中，通過實時收集和分析斷路器的機械性能數據，可以評估斷路器的健康狀況，并根據評估結果制定維護計劃，實現了設備健康管理的精細化和智能化。

3.4 在線監測設備在環境監測和保護中的應用與案例介紹

環境監測和保護是環境友好型變電站的重要特性。例如，在一個使用Testo 160 系列環境監測設備的變電站中，通過實時監測溫度、濕度、光照強度、紫外線強度等環境參數，能夠及時發現可能對環境或設備運行造成影響的異常情況，并進行相應的處理。此外，該環境監測設備還配備有噪聲和顆粒物傳感器，能夠監測和記錄變電站的噪聲和顆粒物排放情況，為環境保護提供了有力的技術支持。

3.5 挑戰與解決方案

以上案例充分說明了在線監測設備在環境友好型變電站運行維護管理中的應用效果，但在實際應用過程中，也面臨一些挑戰。

（1）數據質量問題。由于傳感器故障、環境干擾等因素，可能導致監測數據質量下降。為了解決這個問題，可以定期對傳感器進行校準，并采用高性能的濾波器和放大器等硬件設備，以提高數據的穩定性和準確性。

（2）數據處理和分析問題。由于監測數據量大，處理和分析的難度較大。為了解決這個問題，可以采用大數據和人工智能技術，自動化地處理和分析數據，提高數據處理和分析的效率和準確性。

（3）設備成本和維護問題。在線監測設備的購置和維護成本較高。為了解決這個問題，可以通過采用更經濟的設備、提高設備的使用效率和壽命、開展設備維護培訓等方式，降低設備的總體成本。

通過以上的應用和案例研究，我們可以看到，雖然在線監測設備在環境友好型變電站運行維護管理中的應用面臨一些挑戰，但通過不斷的技術創新和應用實踐，我們已經在解決這些挑戰的道路上取得了積極的進展。未來，我們期待在線監測設備能在變電站的運行維護管理中發揮更大的作用，為構建環境友好型變電站提供更強大的技術支持。

4 結語

本文揭示了在線監測設備在環境友好型變電站中的應用與重要性。這些設備通過實時數據收集、處理與分析，實現故障預警、設備健康管理和環境保護，大幅提升了變電站的運行效率與可靠性，減少運維成本。然而，我們也面臨數據質量、處理與分析、設備成本和維護等挑戰。期待未來技術創新與應用實踐不斷解決這些問題，進一步提升在線監測設備的性能。隨著物聯網、大數據、人工智能等技術的發展，我們期待這些先進技術能更好地應用于在線監測設備，如通過物聯網技術提升數據收集的效率和準確性，通過大數據和人工智能技術實現數據的自動化處理和分析，提高預警和設備健康管理的效率和準確性?？偟膩碚f，我們期待在線監測設備在未來環境友好型變電站中發揮更大作用，為構建更可靠、高效、環保的電網提供技術支持。