电力系统电气工程自动化智能监测技术的应用

引言：

电力系统是国民经济运行的基础能源网络，其电气工程涵盖发电、输电、变电、配电等全链条环节，设备类型复杂、运行环境多样，传统人工巡检模式存在效率低、覆盖范围有限、故障预警滞后等问题。据国家电网公司统计，2024 年我国电力系统因设备故障导致的停电事故中， 60% 以上源于监测不及时或隐患识别不足。随着电气工程自动化技术的普及，智能监测技术通过多维度数据采集、实时分析与智能决策，实现对电力设备运行状态的动态感知，推动电力系统运维从“事后维修”向“预测性维护”转型。

1 电力系统电气工程自动化智能监测技术的核心架构

电力系统电气工程自动化智能监测系统以“感知-传输-分析-决策”为核心架构，实现全环节数据闭环管理。感知层通过各类智能传感器（如电流互感器、电压传感器、温度传感器、振动传感器）采集设备运行参数，涵盖电气量（电流、电压、功率）、物理量（温度、湿度、振动、绝缘状态）及环境量（风速、覆冰厚度、污秽程度），传感器精度达0.2 级以上，采样频率可根据需求调整至 10kHz～100kHz ，满足不同设备的监测需求。传输层采用“有线 + 无线”混合通信模式，变电站内部通过工业以太网（IEC61850标准）实现毫秒级数据传输，输电线路监测数据通过 4G/5G、LoRa或卫星通信传输至云端平台，偏远地区采用太阳能供电的无线传感节点，确保数据传输稳定性与连续性，误码率控制在 10^-6 以下。分析层依托边缘计算节点与云端大数据平台，对监测数据进行实时处理与深度分析。边缘节点负责本地数据预处理（如异常值剔除、数据压缩），减少传输带宽占用；云端平台采用人工智能算法（如神经网络、支持向量机）构建设备健康状态评估模型，实现故障诊断与寿命预测。决策层根据分析结果生成可视化监测报告与运维决策建议，通过监控中心大屏、移动终端APP实时推送预警信息，对严重故障自动触发跳闸保护或检修工单，形成“监测-预警-处置”的自动化闭环。

2 电力系统电气工程自动化智能监测技术的应用分析

2.1 变电站核心设备智能监测

变电站作为电力系统的枢纽，其变压器、断路器、GIS（气体绝缘开关设备）等核心设备的运行状态直接影响电网安全。智能监测技术通过多维度感知与智能分析，实现设备隐患的早期识别。在变压器监测中，在变压器绕组、铁芯、油箱等关键部位安装光纤温度传感器，实时监测热点温度（测量精度 ±1^∘C ），结合油中溶解气体在线监测装置（检测灵敏度 0.1μL/L' ），分析甲烷、乙炔等特征气体含量，预判绝缘老化或局部放电故障。某220kV变电站应用该技术后，成功提前 3 个月发现变压器铁芯多点接地隐患，避免设备烧毁事故。断路器监测通过安装机械特性传感器（监测分合闸时间、速度、行程）与SF₆气体密度传感器，实时采集断路器操作参数与绝缘气体状态，采用LSTM神经网络算法分析操作数据，识别机械卡涩、密封泄漏等故障。数据显示，该监测系统可使断路器故障检出率提升至 98% ，检修周期延长 50% 。GIS设备监测利用超高频（UHF）局部放电传感器与超声波传感器，捕捉GIS内部局部放电信号（检测频率 300MHz～1.5GHz ），结合红外热像仪监测设备表面温度分布，通过深度学习算法区分不同类型放电（如电晕放电、沿面放电），定位精度达1 米以内，某500kV变电站通过该技术快速定位GIS母线盆式绝缘子缺陷，缩短停电检修时间至4 小时。

2.2 输电线路智能监测

输电线路跨越范围广，易受极端天气（如暴雨、覆冰、雷击）与外力破坏（如树障、施工开挖）影响，智能监测技术通过全域感知实现线路状态的实时管控。覆冰与舞动监测中，在输电线路杆塔上安装拉力传感器与倾角传感器，实时测量导线张力（精度 12% ）与杆塔倾斜角度（精度 ±0.1^∘) ），结合气象站数据（风速、温度、湿度），采用BP神经网络模型预测覆冰厚度，当覆冰厚度超 15mm时自动发出融冰预警。某覆冰严重地区的 500kV 输电线路应用该技术后，融冰作业响应时间缩短至30 分钟，线路舞动事故减少70% 。树障与外力破坏监测通过搭载高清摄像头与激光雷达的无人机巡检系统，定期对线路走廊进行扫描，生成三维点云模型，自动计算树木与导线的安全距离（精度 ±0.5 米），当距离小于规范值（如110kV线路最小距离3 米）时触发树障预警。同时，在重点区段安装视频监控装置，采用YOLOv8算法识别施工机械、异物悬挂等外力风险，识别准确率达 92% ，某 220kV线路通过该技术及时制止线下违章施工，避免线路跳闸。雷击定位监测利用分布在输电线路沿线的雷击传感器，采集雷电放电产生的电磁信号，通过时差定位法计算雷击位置（定位误差 ≤500 米），结合线路绝缘子闪络监测数据，分析雷击对线路绝缘的破坏程度，为防雷改造提供数据支撑。我国南方多雷地区应用该技术后，输电线路雷击跳闸率下降 35% 。

2.3 配电网络智能监测

配电网络直接面向用户，其运行可靠性与供电质量密切相关，智能监测技术通过末端感知与动态调控，提升配电系统的灵活性与稳定性。配网设备状态监测中，在配电变压器、环网柜、电缆分支箱等设备上安装智能监测终端，实时采集电压、电流、功率因数、设备温度等参数，通过边缘计算节点分析数据，识别过负荷、三相不平衡、电缆接头过热等问题。某城市配网应用该系统后，配电变压器过载跳闸率下降 60% ，电缆故障定位时间从2 小时缩短至15 分钟。用户侧电能质量监测在重要用户（如数据中心、精密制造企业）供电入口处安装电能质量监测装置，监测电压暂降、谐波、闪变等指标（电压暂降监测分辨率 1ms，谐波分析至 50 次），采用快速傅里叶变换（FFT）处理数据，生成电能质量评估报告，为谐波治理、无功补偿提供依据。某工业园区通过该监测技术，将电压暂降次数从每月12 次降至3 次，保障了精密设备的稳定运行。分布式电源并网监测针对光伏、风电等分布式电源并网场景，在并网点安装双向计量监测装置，实时采集并网功率、电压波动、频率偏差等数据，采用模型预测控制（MPC）算法分析分布式电源出力波动对配网的影响，当并网功率波动超 1‰ 额定值时，自动调整出力或切换储能装置，避免配网电压越限。某分布式光伏电站应用该技术后，并网电能质量达标率从 85% 提升至 99% 。

结束语：

未来，需进一步推动智能监测技术与电力系统业务的深度融合：一方面，加强跨学科技术协作，突破传感器、通信、算法等核心技术瓶颈；另一方面，完善技术标准与管理体系，规范监测数据应用与设备运维流程。通过技术创新与管理优化的双轮驱动，助力电力系统向更高质量、更高效能、更安全可靠的智能电网转型，为社会经济发展提供稳定的能源保障。

参考文献：

[1]电力系统变电运维中的智能监测与故障诊断研究.高雪玲.光源与照明,2024(06)

[2]基于电力系统电气工程自动化的智能化应用分析[J].黄奎皓.上海大中型电机,2020(02)

[3]电力系统电气工程自动化的智能化运用[J].邓刚.科技创新与应用,2017(15)