無源無線測溫技術的發(fā)展前景

  電力系統(tǒng)是一個由眾多發(fā)電、輸電、變電、配電及用電設備連接而成的大系統(tǒng)，電力設備的故障不僅會造成供電系統(tǒng)意外停電而導致電力企業(yè)經(jīng)濟效益減少，而且有可能造成用戶的重大經(jīng)濟損失，因此這些設備的可靠性及運行狀況直接決定了整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，也決定了電力企業(yè)的經(jīng)濟效益及供電質量和可靠性。

  對電力設備進行在線監(jiān)測，并借助各種先進的計算方法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，以便及時發(fā)現(xiàn)設備的故障隱患，采取預防措施，實現(xiàn)科學的設備故障診斷和狀態(tài)檢修，對電力系統(tǒng)運行的可靠性、安全性具有重要意義。隨著在線監(jiān)測技術不斷發(fā)展和成熟，以及在線監(jiān)測技術近年來在我國電力系統(tǒng)的成功應用，狀態(tài)檢修替代定期檢修已被電力系統(tǒng)所接受和認同，成為設備檢修的必然趨勢。國家電網(wǎng)公司早在2010年頒發(fā)了《變電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術導則》并開始推廣實施設備狀態(tài)檢修，提升設備智能化水平，推廣應用智能設備和技術，實現(xiàn)電網(wǎng)安全在線預警和設備智能化監(jiān)控。

  目前，在線監(jiān)測主要以變電站一次設備為主，包括有：電容性設備的電容量、介損在線監(jiān)測;金屬氧化物避雷器的全電流、阻性電流在線監(jiān)測;變壓器本體絕緣油色譜在線監(jiān)測、本體超高頻局放在線監(jiān)測、套管局放、介損在線監(jiān)測、有載開關動態(tài)特性在線監(jiān)測;GIS超高頻局放在線監(jiān)測、微水在線監(jiān)測;開關機械特性監(jiān)測及六氟化硫氣體密度在線監(jiān)測等。

  目前，針對電力設備溫度監(jiān)測大都采用傳統(tǒng)的示溫蠟片法和紅外測溫儀定期測量的方式，這兩種方式存在以下問題：

  (1)示溫蠟片法，易老化和脫落，溫度指示范圍窄，精確度低，人工操作，無法實現(xiàn)自動化管理;

  (2)紅外測溫儀只能直線點檢測，受環(huán)境影響測量精度，且經(jīng)常受遮攔而無法測量;

  (3)需人工定期巡視，工作強度大，需近距離測溫，安全系數(shù)低;

  (4)非在線式溫度監(jiān)測，不能反映溫度的變化過程和及時發(fā)現(xiàn)設備異常。

  因此，傳統(tǒng)的離線式溫度監(jiān)測方法已經(jīng)無法滿足如今電力生產高效以及電力運行安全、可靠的要求，迫切地需要尋找在線監(jiān)測技術手段，對電力設備運行溫度進行在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)電力設備運行溫度異常狀況，避免電力設備損壞和電力事故的發(fā)生。同時，對電力設備溫度進行在線監(jiān)測，進一步完善了電力設備狀態(tài)在線監(jiān)測的監(jiān)測范圍，為電力設備狀態(tài)檢修提供了表征設備運行狀況的重要參數(shù)，對電力設備甚至整個電力系統(tǒng)的安全運行具有重大意義。

  電力設備溫度在線監(jiān)測技術發(fā)展趨勢

  電力設備溫度在線監(jiān)測技術一般由先進的傳感器技術、通訊系統(tǒng)、計算機與信息處理技術、專家分析系統(tǒng)及系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息庫組成。隨著科學技術的不斷發(fā)展，電力設備溫度在線監(jiān)測技術向著自動化、智能化、實用化的方向發(fā)展。

  物聯(lián)網(wǎng)技術的應用

  物聯(lián)網(wǎng)技術被視為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的下一次信息技術浪潮和新技術的引擎，我國已經(jīng)將物聯(lián)網(wǎng)技術作為國家新興戰(zhàn)略產業(yè)之一，并明確提出物聯(lián)網(wǎng)將融入到智能電網(wǎng)的建設中。所謂物聯(lián)網(wǎng)，即通過射頻識別(RFID)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、激光掃描器等信息傳感設備，把物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)具有對系統(tǒng)及環(huán)境實時信息感知、通過網(wǎng)絡的融合與協(xié)同進行信息的實時傳輸和共享實現(xiàn)可靠互聯(lián)、對海量的感知信息進行數(shù)據(jù)智能分析處理的特征。

  面向電力設備溫度在線監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)架構分為三層，感知層、網(wǎng)絡層、應用層。

  感知層采集電力設備的實時溫度數(shù)據(jù)，其基礎技術主要包括傳感器技術、短距離傳輸技術等。傳感器技術主要采用各種溫度傳感器，如接觸式溫度傳感器、紅外溫度傳感器等，溫度傳感器直接安裝在電力設備上;短距離傳輸技術需要考慮高低壓絕緣隔離，對于電力設備溫度監(jiān)測系統(tǒng)，主要采用無線通信技術，如Zigbee通信、2.4G/433M無線通信等。

  網(wǎng)絡層支撐感知層和應用層之間的信息傳輸以及數(shù)據(jù)通信。網(wǎng)絡層與感知層之間通過無線通信獲取感知層溫度傳感器的信息;對于網(wǎng)絡層與應用中的通信，鑒于對數(shù)據(jù)安全性、傳輸可靠性、數(shù)據(jù)實時性的要求，物聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞主要依靠電力通信網(wǎng)來實現(xiàn)，以電力光纖網(wǎng)為主，以電力線載波通信網(wǎng)、數(shù)字微波網(wǎng)為輔。

  應用層對采集到的各電力設備的溫度數(shù)據(jù)進行分類、綜合、轉換、分析、決策、共享，其重點是構建為能為不同應用提供服務的智能化平臺，能夠提供各種異常報警、趨勢分析、在線診斷、數(shù)據(jù)共享等服務。

  物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，是實現(xiàn)電力設備溫度在線監(jiān)測的基礎，同時也可以提高電力設備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性、安全性、實時性。

  無源傳感技術，取代電池供電

  電力設備溫度在線監(jiān)測技術中的傳感器是實現(xiàn)溫度感知的部分，采用無線通信的溫度傳感器供電渠道主要以電池為主。溫度傳感器通常工作在高壓大電流的環(huán)境下，電磁環(huán)境惡劣，對電池的工作壽命有較大的影響，且電池容量有限，需要定期更換和維護;另外電池在高溫環(huán)境下，容易出現(xiàn)事故，有一定的安全隱患問題。因此，溫度傳感器的供電問題嚴重制約了電力設備溫度在線監(jiān)測技術的發(fā)展。

  隨著傳感器技術的發(fā)展，為了突破電池供電帶來的問題障礙，采用電場取電、磁場取電、射頻供電、溫差供電、聲表面波技術等無源傳感技術脫穎而出，已經(jīng)被視為電力設備溫度在線監(jiān)測傳感器的技術發(fā)展方向，無源傳感器技術不需要電池供電，優(yōu)勢明顯：

  (1)采用無源傳感器技術的溫度在線監(jiān)測傳感器可以在電力設備生命周期內免維護，提升了電力設備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。

  (2)不需要電池，沒有高溫的安全隱患，安全性高;同時，能夠持續(xù)對電力設備的高溫進行監(jiān)測，讓用戶能夠在事故發(fā)生前及時發(fā)現(xiàn)設備隱患和故障。

  (3)無源傳感技術的應用，能夠大量減少電池的使用，減少了電池帶來的各種污染，對環(huán)境保護做出了貢獻，具有一定的社會價值。

  點線面結合，溫度監(jiān)測

  所謂點線面結合，實際是根據(jù)不同電力設備的特點和重要程度，對其采用不同的溫度監(jiān)測方式，以此來達到好的解決方案。

  點測溫，主要針對開關柜內的觸頭、母線和電纜的連接點等位置，這些地方容易出現(xiàn)溫度異常且難以通過外部設備進行溫度監(jiān)測，在這些地方安裝溫度傳感器，實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測的目的。

  無線測溫，主要針對高壓電力電纜類設備的溫度在線監(jiān)測，在發(fā)電廠、變電站的電纜夾層、電纜溝、大型電纜隧道的高壓電力電纜如果發(fā)生溫度過熱可引起火災導致大面積電纜燒損，造成被迫停機，短時間內無法恢復生產，造成重大經(jīng)濟損失。目前，針對電力電纜的溫度在線監(jiān)測主要采用分布式光纖測溫技術，光纖具有絕緣、耐腐蝕、耐高溫、免疫電磁干擾等技術特點，分布式光纖測溫可實現(xiàn)對整條高壓電力電纜的溫度在線監(jiān)測，測溫精度和靈敏度高，并能對各個測溫點進行定位，一旦溫度異常，能夠快速找到故障點，避免火災等事故的發(fā)生。

  無線測溫，主要針對發(fā)電機組、變壓器等重要電力設備，采用紅外熱成像技術實現(xiàn)對整個設備的溫度監(jiān)測。國家電網(wǎng)公司在2014年發(fā)布的《國網(wǎng)運檢部關于印發(fā)變電設備在線監(jiān)測裝置質量提升方案的通知》中，明確提出變電站應優(yōu)先發(fā)展智能機器人紅外巡檢，即采用紅外熱成像技術對電力設備進行巡檢，紅外熱成像技術具有直觀、高效、防漏的技術特點，能夠監(jiān)測電力設備的整體溫度分布，能夠快速發(fā)現(xiàn)溫度異常點，為設備檢修提供依據(jù)。由于紅外熱成像技術造價高，通常對重要的電力設備進行紅外熱成像溫度在線監(jiān)測，或采用周期性巡檢的方式進行溫度監(jiān)測。目前，國家電網(wǎng)公司已經(jīng)在浙江等省份推廣變電站智能巡檢機器人，對變電站各種電力設備進行周期性巡檢。

  通過以上三種溫度監(jiān)測方式的結合，很大程度上可以對各種電力設備進行監(jiān)測，真正做到無死角監(jiān)測，對設備的安全運行提供技術保障。

  電力設備狀態(tài)在線監(jiān)測技術特別是溫度在線監(jiān)測技術，是智能電網(wǎng)未來發(fā)展的技術之一，有助于電力企業(yè)提高電力設備的安全運行水平和經(jīng)濟效益水平。隨著科學技術的發(fā)展，電力設備溫度在線監(jiān)測技術將向著智能化和實用化的方向發(fā)展，與物聯(lián)網(wǎng)、移動應用等技術的結合將是未來發(fā)展的趨勢。