数字化电力设备监测及运维系统技术方案研究

0 引言

配电系统作为电力供应的核心环节，其可靠性直接影响工业生产与民生用电。传统运维依赖人工巡检与定期检修，存在实时性差、故障响应滞后等问题。近年来，国外学者在智能检测领域取得一定进展，如基于无线传感网络的温度监测、局部放电检测技术等，但仍面临系统集成度低、数据分析能力不足、经济性较差等挑战。例如，现有方案多针对单一设备参数，缺乏多源数据融合能力，部分研究采用高成本光纤传感器技术，难以大规模推广。

本文针对上述问题，提出一种数字化、模块化的智能运维系统。相较于现有研究，其优势在于：1）采用工业互联网架构，兼容多类型传感器与设备，实现中压柜、低压柜、配电房环境的全覆盖监测；2）结合边缘计算与云端分析，构建设备健康状态评估模型，支持故障早期预警与趋势分析；3）基于标准化的硬件设计（如声表面波无线测温传感器、智能网关），降低部署复杂度与成本。通过引用GB5273、NB/T42044等标准，确保系统电磁兼容性及环境适应性。实际应用中，该系统解决了开关柜过热、绝缘劣化等典型问题，将故障定位时间缩短至3秒内，运维效率提升50%以上。

1 配电分系统电力设备智能监测及运维系统架构

1.1 电力设备监测及智能运维需求

配电分系统是整个供电的重要部分，供电可靠性至关重要。采用单母线分段接线，分为电源Ⅰ段、电源Ⅱ段，负载支路多，供电设备及负载分布范围较广，供电系统分为 10kV，0.69kV 和以下多个电压等级，设备平时的检修和操作任务较多，因此需要配置一定的运维值班人员。传统配电管理工作的信息化程度并不高，主要手段依靠人工，通过人工定时巡检等方式来进行，这种管理方式耗时较长，实时性较低，可靠性较差，无法适应该站的供电和用电可靠性的需求。利用先进的工业互联网、物联网技术对电力设备进行运行状态远程实时监控管理和故障预判，提高整个系统的安全性、可靠性成为必然。

基于上述的需求，本文方案中采用数字化、信息化为设计理念，依托工业互联网、物联网技术，实现对配电分系统的密集母线、降压干式变压器、隔离干式变压器、中压开关柜、低压开关柜等进行 24 小时在线监测，将各设备的运行参数进行采集，上传到智能运维后台数字化电力设备智能运维系统组成功能说明：

软件系统，通过后台软件系统进行大数据分析和诊断，实现电力设备运维的专业化、智能化、可视化，同时大量节约运维人员及维护成本，提高了整个系统的安全性、可靠性。

1.2 电力设备监测及智能运维系统组成

配电分系统设备制造厂家在配电设备上集成智能采集硬件（包含各类传感器、智能仪表、智能网关等），采用物联网架构建立远程监控平台，对电气设备运行状态、环境参数、能耗数据等实现远程 24 小时在线监测，实现设备“无人值班，有人值守”的运维新模式，达到“集中监控、事故预防，快速抢修、经济运行、节能降耗”的管理要求。由于配电分系统后主要的用电负荷（电源Ⅰ段、电源Ⅱ段、储能装置等）运行工况较为复杂，且可靠性要求极高，对整个配电分系统所有的变压器和中低压控制柜进行监测、分析和诊断，配电分系统数字化电力设备智能运维系统组成框图如下：

2.1 中压开关柜设计

2.1.1 技术方案

中压开关柜内部的导电连接处会因电磨损、机械操作和短路电动力引起的机械振动等原因，使接触条件恶化，接触电阻增加，引起接触点的温度升高，加剧接触表面的氧化，导致局部熔焊或接触松动处产生火花,甚至电弧放电.最终造成设备的损坏。通过在开关触点、电气连接点等位置增加温度传感器，实现关键点温度的在线监测，可有效预防此类问题的发生。同时对断路器的机械特性进行在线监测及分析，监测断路器动触头行程、分合闸速度、分合闸时间、机构动作时间可反映断路器的机械性能的变化，不仅可以提供设备现在运行状态，还能分析各种重要参数的变化趋势，判断是否存在故障的先兆

中压开关柜的绝缘故障主要表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿， 相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，CT 闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。各类绝缘缺陷发展到最终击穿，酿成事故之前，往往先经过局部放电阶段，局部放电的强弱能够及时反映绝缘状态，因此通过在线监测局部放电来判断绝缘状态是实现开关柜绝缘在线监测和诊断的有效手段。

2.2 干式变压器设

2.2.1 技术方案

对变压器运行状态监测主要通过干变温控器来完成。温控器利用预埋在干式变压器三相绕组线包和铁芯中的Pt100 铂热电阻来检测干式电力变压器线包、铁芯的温升，并根据温升自动控制冷却风机的启停、超温报警直至超高温跳闸以保证干式电力变压器的安全运行。温控器不能监测变压器的电气连接点温度，也不具备局部放电等其他监测功能。通过整合温控器和新增其他传感器的数据，全面监测干式变压器运行状态参数，通过特性的软件算法，利用外部参数评估变压器的运行状态，针对性给出运维建议。