1. 引言

隨著智能電網(wǎng)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，電力設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)測從傳統(tǒng)的定期檢修向?qū)崟r在線監(jiān)測轉(zhuǎn)變。在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，減少突發(fā)故障，提高電網(wǎng)可靠性。本文將深入解析電力設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)，并探討其關(guān)鍵技術(shù)，為電力行業(yè)從業(yè)者提供參考。

2. 電力在線監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

典型的電力設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)采用“感知層-傳輸層-平臺層-應(yīng)用層”的分層架構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、分析和可視化。

(1)感知層(數(shù)據(jù)采集層)

負(fù)責(zé)實時采集電力設(shè)備的運行參數(shù)，主要包括：

傳感器：如溫度傳感器(光纖測溫、紅外)、局放傳感器(UHF、TEV)、振動傳感器、電流/電壓互感器等。

智能終端：如在線監(jiān)測裝置(IED)，集成數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理和邊緣計算功能。

監(jiān)測對象：變壓器、GIS(氣體絕緣開關(guān))、電纜、斷路器等關(guān)鍵設(shè)備。

(2)傳輸層(通信網(wǎng)絡(luò))

負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)傳輸至云端或本地服務(wù)器，主要通信方式包括：

有線通信：工業(yè)以太網(wǎng)、光纖(抗電磁干擾強，適用于變電站)。

無線通信：4G/5G、LoRa、NB-IoT(適用于分布式新能源場站)。

混合組網(wǎng)：結(jié)合有線和無線，提高可靠性。

(3)平臺層(數(shù)據(jù)處理與分析)

數(shù)據(jù)存儲：采用時序數(shù)據(jù)庫(如InfluxDB)存儲海量監(jiān)測數(shù)據(jù)。

云計算/邊緣計算：

邊緣計算：在設(shè)備端進(jìn)行初步分析(如FFT頻譜分析)，減少數(shù)據(jù)傳輸壓力。

云計算：結(jié)合AI算法(如LSTM、隨機森林)進(jìn)行深度故障預(yù)測。

數(shù)據(jù)治理：數(shù)據(jù)清洗、歸一化處理，提高分析準(zhǔn)確性。

(4)應(yīng)用層(智能分析與決策)

可視化大屏：通過GIS地圖、趨勢曲線展示設(shè)備狀態(tài)(如溫度、局放水平)。

預(yù)警與診斷：基于閾值或機器學(xué)習(xí)模型觸發(fā)告警(如變壓器過熱預(yù)警)。

運維管理：生成檢修建議，支持工單派發(fā)，實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)。

電力設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)解析

3. 關(guān)鍵技術(shù)解析

(1)多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)

單一傳感器監(jiān)測存在局限性，需結(jié)合溫度、局放、振動等多維度數(shù)據(jù)，提高故障識別準(zhǔn)確率。

采用卡爾曼濾波、D-S證據(jù)理論等方法消除噪聲干擾。

(2)人工智能與大數(shù)據(jù)分析

故障預(yù)測：利用LSTM(長短期記憶網(wǎng)絡(luò))預(yù)測設(shè)備剩余壽命(RUL)。

異常檢測：采用孤立森林(Isolation Forest)、自編碼器(Autoencoder)識別異常數(shù)據(jù)。

知識圖譜：構(gòu)建電力設(shè)備故障庫，輔助運維決策。

(3)邊緣計算與云邊協(xié)同

邊緣計算：在監(jiān)測終端部署輕量級算法，降低云端計算負(fù)載(如實時FFT分析振動信號)。

云邊協(xié)同：關(guān)鍵數(shù)據(jù)上傳云端訓(xùn)練模型，模型下發(fā)至邊緣端執(zhí)行。

(4)高可靠通信技術(shù)

5G+北斗：適用于移動設(shè)備監(jiān)測(如輸電線路無人機巡檢回傳)。

時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)：保障關(guān)鍵數(shù)據(jù)低延時傳輸。

(5)網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)加密

遵循《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》(國家發(fā)改委14號令)。

采用VPN、區(qū)塊鏈技術(shù)確保數(shù)據(jù)不可篡改。

4. 未來發(fā)展趨勢

數(shù)字孿生：構(gòu)建設(shè)備虛擬模型，實現(xiàn)實時仿真與故障推演。

AIoT深度融合：結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與AI，提升自動化運維水平。

標(biāo)準(zhǔn)化與互聯(lián)互通：推動IEEE C37.118等標(biāo)準(zhǔn)落地，解決多廠商設(shè)備兼容問題。

5. 結(jié)論

電力設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)通過智能傳感、大數(shù)據(jù)分析、云邊協(xié)同等技術(shù)，實現(xiàn)從“被動搶修”到“主動預(yù)防”的轉(zhuǎn)變。未來，隨著AI和5G技術(shù)的成熟，監(jiān)測系統(tǒng)將更加智能化，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供更強保障。