采用在线监测设备实现环境友好型变电站运行维护管理的方法研究

吴望冰，毛西吟，施东风，郑维勋，华坤坤

（1.国网浙江省电力有限公司杭州供电公司，浙江 杭州 310000；2.杭州旭辐检测技术有限公司，浙江 杭州 310022）

1 前言

随着全球气候变化问题的日益严重，环保已经成为全球共识。在此背景下，环境友好型变电站的建设和运营维护管理成为电力行业的重要议题。变电站是电力系统中的关键节点，其运行状态直接影响电网的稳定和安全。因此，运行维护管理的重要性不言而喻。然而，传统的维护管理方式往往无法满足环保和效率的双重要求。这使得变电站需要寻找新的运营维护策略。在线监测设备，以其实时、高效的监测能力，正成为变电站运行维护管理的新选择。在线监测设备可以实时收集设备运行数据，及时预警设备故障，从而避免设备损坏带来的环境影响。同时，通过在线监测设备，变电站可以实施更精细化的设备健康管理，实现资源的合理利用，减少能源浪费，符合环保理念。然而，尽管在线监测设备具有明显的优势，但在环境友好型变电站运行维护管理中的应用仍面临诸多挑战。例如，如何准确理解和处理在线监测设备收集的大量数据，如何将在线监测设备无缝集成到现有的运行维护体系中，如何保证在线监测设备本身的安全和可靠性等。鉴于此，本文旨在深入研究采用在线监测设备实现环境友好型变电站运行维护管理的方法。我们将首先探讨在线监测设备的主要类型和功能，然后研究在线监测设备在环境友好型变电站运行维护管理中的具体应用，再通过一个实际案例，探讨在线监测设备的实际效果和存在的挑战，以及相应的解决方案。我们期望，本研究能为环境友好型变电站的运行维护管理提供新的思路和方法。

2 在线监测设备的主要类型和功能

2.1 在线监测设备的主要类型

在线监测设备的类型丰富，其应用领域广泛，具体到变电站中，常见的在线监测设备如下。

（1）电力设备状态监测设备。例如，变压器在线监测设备，如贝瑞特的TOGA® DGA 设备，能对变压器油进行故障气体分析；断路器状态监测设备，如ABB 的MSM，能实时监测断路器的机械性能等。

（2）环境监测设备。如瑞士Testo 公司的Testo 160 系列环境监测设备，能监测温度、湿度、光照强度、紫外线强度等环境参数。

（3）电气参数监测设备。如Fluke的电力质量分析仪，能实时监测电压、电流、功率因数、频率等电气参数。

2.2 在线监测设备的主要功能

在线监测设备在变电站运行维护管理中发挥着关键作用，主要功能如下。

（1）实时数据收集。在线监测设备能够持续收集设备运行状态和环境参数等数据，为运行维护提供实时、精准的信息。例如，贝瑞特的TOGA® DGA 设备能实时收集并分析变压器油中的故障气体。

（2）故障预警。在线监测设备能够通过对收集的数据进行分析，及时发现异常情况，预警可能发生的故障。例如，ABB 的MSM 能根据断路器的机械性能数据，预警可能的故障。

（3）设备健康管理。通过对设备的实时监测和数据分析，可以评估设备的健康状况，指导设备的维护和更换工作。

（4）环境监测。在线监测设备还能对变电站的环境参数进行监测，及时发现和处理可能对环境造成影响的情况。例如，Testo 160 系列环境监测设备能实时监测并记录环境参数。

2.3 在线监测设备的工作原理

在线监测设备的工作原理主要包括数据采集、数据传输和数据处理3 个部分。

（1）数据采集。在线监测设备通过传感器等部件，实时采集设备运行状态和环境参数等数据。例如，Fluke的电力质量分析仪通过内置传感器，实时采集电网的电压。

（2）数据传输。采集的数据通过有线或无线网络传输到数据处理中心。例如，贝瑞特的TOGA® DGA 设备可以通过内置的网络接口，将采集的变压器油中的故障气体数据实时传输到数据处理中心。

（3）数据处理。数据处理中心通过专业的数据处理软件对收到的数据进行处理和分析，如数据清洗、特征提取、故障预警等。例如，ABB 的MSM 数据处理系统能对断路器的机械性能数据进行分析，发现潜在的故障，并提前发出预警。同时，处理后的数据可以通过可视化工具进行展示，为运行维护人员提供便捷的操作界面。

以上详细介绍了在线监测设备的主要类型、功能和工作原理。接下来，我们将研究在线监测设备在环境友好型变电站运行维护管理中的具体应用。

2.4 部分在线监测设备详细介绍

2.4.1 超声波局部放电在线监测设备

设计原理：超声波局部放电在线监测设备采用了超声波检测技术，它是利用超声波在介质中传播的特性，探测设备内部的局部放电现象。当设备内部发生局部放电时，会产生超声波，超声波传感器就能检测到这些超声波，并将其转化为电信号。

技术规格：超声波局部放电在线监测设备通常包含一个超声波传感器和一个数据处理单元。传感器的灵敏度和频率响应范围是其重要的技术规格，一般要求灵敏度高，频率响应范围广，以便检测到各种不同类型的局部放电。

功能特性：这种设备能够在线监测设备的局部放电现象，及时发现设备的绝缘问题，避免设备的突然故障，提高设备的运行可靠性。

2.4.2 红外线热像在线监测设备

设计原理：红外线热像在线监测设备采用了红外热像技术，它是通过检测设备表面的红外辐射，生成设备的热像，从而检测设备的温度分布和热状态。

技术规格：红外线热像在线监测设备通常包含一个红外热像传感器和一个数据处理单元。传感器的分辨率和温度测量范围是其重要的技术规格，一般要求分辨率高，温度测量范围广，以便精确地检测设备的温度分布和热状态。

功能特性：这种设备能够在线监测设备的温度分布和热状态，及时发现设备的过热问题，避免设备的热老化和热故障，提高设备的运行可靠性。

2.4.3 在线监测设备的协同工作

在变电站中，各种在线监测设备通常需要协同工作，为变电站提供综合的在线监测服务。例如，超声波局部放电在线监测设备和红外线热像在线监测设备可以同时工作，通过超声波和红外辐射的联合检测，提高了对设备异常的检测准确性和检测范围。同时，各种在线监测设备的数据可以通过通信网络传输到数据处理中心，进行集中处理和分析。数据处理中心通常包括数据收集和存储系统、数据处理和分析系统、设备健康管理系统和环境保护系统等。数据收集和存储系统负责收集和存储各种在线监测设备的数据；数据处理和分析系统负责对收集的数据进行处理和分析，生成故障预警和设备健康报告；设备健康管理系统负责根据设备健康报告进行设备健康管理，包括设备维修、设备更换等；环境保护系统负责根据环境数据进行环境保护，包括环境改善、环境恢复等。通过在线监测设备的协同工作和数据处理中心的集中处理，我们不仅可以实时监测变电站的设备和环境状态，及早发现和解决问题，提高变电站的运行可靠性和运行效率，降低运维成本，还可以实现变电站的环境保护，推动环境友好型变电站的建设和运营。

2.5 在线监测设备的发展趋势

随着科技的快速发展，未来的在线监测设备可能会有以下几个发展趋势。

（1）集成化。未来的在线监测设备可能会更加集成化，即一个设备能够实现多种监测功能，如超声波和红外热像的联合监测，以提高监测的准确性和全面性。

（2）智能化。未来的在线监测设备可能会更加智能化，即设备能够自动进行数据处理和分析，生成故障预警和设备健康报告，以提高监测的效率和实时性。

（3）网络化。未来的在线监测设备可能会更加网络化，即设备能够通过物联网等技术，实现设备间的互联互通，以提高数据收集的效率和准确性。

（4）环保化。未来的在线监测设备可能会更加环保化，即设备能够更好地监测和保护环境，以推动环境友好型变电站的建设和运营。

3 在线监测设备在环境友好型变电站运行维护管理中的应用与案例研究

本部分将结合具体案例，详细介绍在线监测设备在环境友好型变电站运行维护管理中的应用，包括运行数据收集、故障预警、设备健康管理以及环境监测和保护。

3.1 在线监测设备的运行数据收集与案例介绍

在变电站的运行维护管理中，数据是决策的基础。例如，在某500kV 的环境友好型变电站中，采用了贝瑞特的TOGA® DGA 设备，通过实时监测变压器油中的故障气体，能够及时发现变压器内部的绝缘老化、热故障、放电等问题。这种在线监测设备为运行维护管理提供了精准、实时的运行数据，使得变电站能够根据数据做出及时有效的决策。

3.2 在线监测设备的故障预警与案例介绍

在线监测设备的故障预警功能对于减少设备故障，保障变电站运行的稳定性具有重要作用。如在上述案例中，TOGA® DGA 设备不仅能够实时监测变压器油中的故障气体，还能根据分析结果预警可能的故障，例如，当发现某种或几种故障气体的含量超过设定的阈值时，系统会自动发出预警，从而避免了可能的设备故障和停电事件。

3.3 在线监测设备在设备健康管理中的应用与案例介绍

设备健康管理是变电站运行维护管理的重要组成部分。在一家利用ABB 的MSM 系统对断路器进行在线监测的变电站中，通过实时收集和分析断路器的机械性能数据，可以评估断路器的健康状况，并根据评估结果制定维护计划，实现了设备健康管理的精细化和智能化。

3.4 在线监测设备在环境监测和保护中的应用与案例介绍

环境监测和保护是环境友好型变电站的重要特性。例如，在一个使用Testo 160 系列环境监测设备的变电站中，通过实时监测温度、湿度、光照强度、紫外线强度等环境参数，能够及时发现可能对环境或设备运行造成影响的异常情况，并进行相应的处理。此外，该环境监测设备还配备有噪声和颗粒物传感器，能够监测和记录变电站的噪声和颗粒物排放情况，为环境保护提供了有力的技术支持。

3.5 挑战与解决方案

以上案例充分说明了在线监测设备在环境友好型变电站运行维护管理中的应用效果，但在实际应用过程中，也面临一些挑战。

（1）数据质量问题。由于传感器故障、环境干扰等因素，可能导致监测数据质量下降。为了解决这个问题，可以定期对传感器进行校准，并采用高性能的滤波器和放大器等硬件设备，以提高数据的稳定性和准确性。

（2）数据处理和分析问题。由于监测数据量大，处理和分析的难度较大。为了解决这个问题，可以采用大数据和人工智能技术，自动化地处理和分析数据，提高数据处理和分析的效率和准确性。

（3）设备成本和维护问题。在线监测设备的购置和维护成本较高。为了解决这个问题，可以通过采用更经济的设备、提高设备的使用效率和寿命、开展设备维护培训等方式，降低设备的总体成本。

通过以上的应用和案例研究，我们可以看到，虽然在线监测设备在环境友好型变电站运行维护管理中的应用面临一些挑战，但通过不断的技术创新和应用实践，我们已经在解决这些挑战的道路上取得了积极的进展。未来，我们期待在线监测设备能在变电站的运行维护管理中发挥更大的作用，为构建环境友好型变电站提供更强大的技术支持。

4 结语

本文揭示了在线监测设备在环境友好型变电站中的应用与重要性。这些设备通过实时数据收集、处理与分析，实现故障预警、设备健康管理和环境保护，大幅提升了变电站的运行效率与可靠性，减少运维成本。然而，我们也面临数据质量、处理与分析、设备成本和维护等挑战。期待未来技术创新与应用实践不断解决这些问题，进一步提升在线监测设备的性能。随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展，我们期待这些先进技术能更好地应用于在线监测设备，如通过物联网技术提升数据收集的效率和准确性，通过大数据和人工智能技术实现数据的自动化处理和分析，提高预警和设备健康管理的效率和准确性。总的来说，我们期待在线监测设备在未来环境友好型变电站中发挥更大作用，为构建更可靠、高效、环保的电网提供技术支持。