智能电网状态检测关键技术

       摘要：国家电网公司已提出全面建设坚强智能电网的发展目标，状态检测技术为提高智能电网安全稳定水平和电网设备管理效益提供了有力的技术支撑。未来智能电网状态检测技术将远远超出传统状态检测的范畴，不仅局限于电网装备的状态检修，而是延伸出更多的复合型高级应用。探讨了智能电网状态检修关键技术，包括输电线路设备管理、状态检修和全寿命周期管理、智能变电站相关技术等方面，提出了需要研究的问题和方向。

　　引言

　　电网是经济社会发展的重要基础产业，是国家能源产业链的重要环节，为保障我国未来能源和经济社会可持续发展，国家电网公司提出了符合我国能源战略和电网企业需求的智能电网发展模式。智能电网是指电网的智能化，是建立在集成的、高速的双向通信网络的基础之上。通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法，以及先进决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。根据IBM中国公司高级电力专家Martin Hauske的解释，智能电网有3 个层面的含义[1]：首先是利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控；然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合；最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。2009年5月21日 举行的 “2009 特高压输电技术国际会议”上，国家电网公司总经理刘振亚表示，积极发展智能电网已成为世界电力发展的新趋势，到2020年，中国将全面建成统一的坚强智能电网。我国国家电网结合基本国情和特高压实践，确立了加快建设坚强智能电网的发展目标，即加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。

　　为了提高智能电网安全稳定水平和电网设备管理效益，需要加强和提升电网设施的监控能力，针对输变电设备状态检测的有效方法和先进技术、传感技术、状态评估技术、信息技术以及通信支撑技术开展技术研究和工程应用。国家电网公司已于2009年7月决定自2010年起全面推广实施状态检修，全面提升设备智能化水平，推广应用智能设备和技术，实现电网安全在线预警和设备智能化监控。

　　1 智能电网与传统电网在状态检测方面的差异

　　1.1 传统电网状态检测技术现状

　　状态检修是以设备当前的实际工作状况为依据，通过先进的状态监测手段、可靠性评价手段以及寿命预测手段，判断设备状态，识别故障的早期征兆，对故障部位及其严重程度、故障发展趋势作出判断，并根据分析诊断结果在设备性能下降到一定程度或故障将发生之前进行维修[2]。状态检修的高效开展，需要大量的设备状态信息，为设备状态评价以及状态检修策略的制定提供基础数据。设备状态信息包括巡检、运行工况、带电检测、停电例行试验、停电诊断试验数据等。

　　随着状态检测技术的发展，人们越来越清晰地认识到“带电检测、在线监测、停电检修试验”三位一体的检测模式代表着未来输变电设备状态检测技术的发展方向。

　   带电检测一般采用便携式检测设备，在运行状态下对设备状态量进行现场检测，其检测方式为带电短时间内检测，有别于长期连续的在线监测[3]。在带电检测技术方面，国内外目前采用的主要带电检测技术包括：油色谱分析、红外测温、局放检测、铁心电流带电检测、紫外成像检测、容性设备绝缘带电检测、气体泄漏带电检测，其中最常用、最有效的是局放带电检测、油色谱分析及红外测温技术。尤其是局放带电检测技术，它是目前发展最为迅速、对电气设备绝缘缺陷检测最为有效的一种带电检测技术。

　　在在线监测技术方面，目前应用较多的主要集中在变电设备，而输电线路和电缆也逐步出现一些应用。对于变电设备，变压器和电抗器采用的在线监测技术主要包括：油色谱、局放、铁心接地电流、套管绝缘、顶层油温和绕组热点温度；CT、CVT、耦合电容等容性设备主要是对其电容量和介损进行监测；避雷器主要监测其泄漏电流；而断路器、GIS等开关设备主要在线监测技术包括开关机械特性、GIS局放、SF6气体泄漏及SF6微水、密度。其中应用比较成熟有效的：变压器油色谱在线监测、容性设备和避雷器在线监测。对于输电线路，目前主要应用的在线监测方法主要有雷电监测、绝缘子污秽度、杆塔倾斜、导线弧垂等监测技术，但是比较成熟的主要是雷电监测和绝缘子污秽监测。对于电力电缆，主要在线检测方法是温度和局放，相对成熟的是分布式光纤测温。

　　在停电检修试验方面，国内外都形成了一套成熟的预防性试验方法和规程。

　　我国状态检测和评估工作还处于起步阶段，状态检测技术应用及推广上存在的问题主要有：(1)状态检测技术应用范围不广，与电网设备总量相比，状态监测技术应用的设备覆盖面还处于较低水平；(2)状态检测装置可靠性不高，存在误报现象，并且装置的故障率高，运维的工作量较大；(3)缺乏统一的标准和规范指导，各厂家装置的工作原理、性能指标和运行可靠性等差异较大，同时各类装置的校验方法、输出数据规范以及监测平台都各不相同；(4)缺乏深入有效的综合状态评估方法；(5)在线监测技术需要深化研究，现行的在线监测技术在设备缺陷检测方面还存在盲区，状态参量还不够丰富，对突发性故障预警作用不够明显；(6)缺少统一的考核、评估和指导方面的行业管理机构。

　　1.2 智能电网与传统电网在状态检测方面的差异

　　智能电网对状态信息的获取范围将与传统电网发生很大的变化。未来智能电网的状态信息不仅包括电网装备的状态信息，如：发电及输变电设备的健康状态、经济运行曲线等；还应有电网运行的实时信息，如：机组运行工况、电网运行工况、潮流信息等；还应有自然物理信息，如：地理信息、气息信息等[4]。

　　传统电网的信息获取及利用水平较低，且难以构成系统级的综合业务应用。智能电网将通信技术、计算机技术、传感测量技术、控制技术等诸多先进技术和原有的电网设施进行高度融合与集成，与传统电网相比，智能电网进一步拓展了对电网的全景实时信息的获取能力，通过安全、可靠、通常的通信通道，可以实现生产全过程中系统各种实时信息的获取、整合、分析、重组和共享。通过加强对电网实时、动态状态信息的分析、诊断和优化，可以为电网运行和管理人员提供更为全面、精细的电网运行状态展现，并给出相应的控制方案、备用预案及辅助决策策略，最大程度的实现电网运行的安全可靠、经济、环保。智能电网状态检修将不仅仅局限于电网装备的状态检修，势必延伸出更多的复合型高级应用。

　   2 智能电网状态检测关键技术

　　智能电网状态检测的应用范围将不再局限于状态检修、全寿命周期管理等狭隘的范畴，而是扩大至对安全运行、优化调度、经济运营、优质服务、环保经营等领域。智能电网状态检测技术应涵盖以下方面：电网系统级的全景实时状态检测；真正意义的电网装备全寿命周期管理；电网最优运行方式；及时可靠的电网运行预警；实时在线快速仿真及辅助决策支持；促进发电侧经济、环保、高效运行等[4]。本文主要探讨了输电线路设备管理、状态检修及全寿命周期管理、智能变电站相关技术等研究方向需要研究和解决的问题及预期达到的目标。