2024年基于智能传感和物联网技术的变电设备状态感知及主动分析系统报告

研究背景

• 形势所迫：十三五期间电网规模爆发式增长，变电设备数量激增，在线检测范围扩大，需逐步取代人力巡检，要求检测手段更智能。
• 生产所需：设备状态监测系统存在传感器型号多样、数控终端不统一、抗干扰能力不足、低功耗水平低、后台算法智能化程度不够等问题，建设及运维成本高昂，需更智能化的传感技术和监测模式。
• 重要意义：通过技术创新实现变电全站设备运行状态的主动感知，提升设备状态自诊断决策能力，提高生产效率，减少人力成本，推动智能传感及物联网技术发展和应用。

国内外研究状况

• 国外：传统仪器制造商技术停滞，数据管理落后，缺乏有效数据管理系统和大规模数据平台。
• 国内：
  • 某供电局：提出智能变电站一、二次设备融合模型的建模方法。
  • 某省级电网：研发立体监测系统、多信息协同联动智能化运维平台。
  • 某省级电网：研究基于物联网的GIS绝缘缺陷智能检测系统、变电站多数据物联网智能巡视系统、配电设备监测技术。
• 南网：发布《数字化转型生产域行动计划》、《全域物联网建设方案》，全面推进全域物联网建设，以业务需求为导向，提质增效，采用“试点先行、急用先行、逐步推广”原则。

研究内容

• 研究内容：基于智能传感、物联网、深度学习、数字建模等技术，研究适用于电力设备状态感知的智能传感技术、变电站环境数控汇集技术、电力设备深度学习状态云诊断技术，搭建变电设备状态全面感知及主动分析系统，探索全站设备检测模式。
• 成果1：变电站全站设备智能传感技术
  • 分析对象：GIS、变压器、断路器、避雷器、开关柜、刀闸、CVT、电容器等设备的运行状态及故障信息。
  • 技术方法：即插即用智能传感，统一检测数据格式规范，支持结构化、非结构化数据类型，预留扩展字节。
  • 解决方法：
    • 微弱信号干扰抑制：设计新型驱动电路（右腿驱动改进型）配合多通道、多频同步。
    • 正弦信号失真相位采集困难：研究基于施密特触发器的差分相频采集装置及相关算法。
    • 远程相频同步问题：研究基于北斗授时与RTC计数相结合的相频校核及同步算法和装置。
• 成果2：适用于变电站环境的主动感知及边缘计算技术
  • 针对问题：数据汇集点多类型接入、主动感知、边缘计算。
  • 解决方法：信道干扰解决多点接入，利用数据实时（准实时）召测主动感知，通过信号初步分析诊断技术解决边缘计算。
  • 针对问题：传感器、数据汇控端的功耗问题。
  • 解决方法：硬件、软件两方面降低功耗，研究有效能耗最小化及短距离多跳等电路和算法。
• 成果3：适用于电力设备的深度学习状态云诊断技术
  • 针对问题：多类型设备缺陷图形和图谱分析，欠拟合和过拟合问题，运算量过大或准确率不足。
  • 解决方法：在ResNet基础上，研究缺陷训练模型，形成“理想正则化”及模式树改进算法。
  • 技术先进性：
    • 设计新的模型、改进算法，分析现有缺陷模型。
    • 提出“理想”正则化算法，构建新的缺陷训练网络，比GoogLeNet等国际先进网络计算量减少60%，缺陷图谱识别准确度提高到95%。
  • 革新监测模式：以实景建模对变电站全站设备进行模型设计，通过传感器将设备信息和测试数据关联到三维模型场景中，实现可视化管理，模型-实物的数字映射，达到“所观即所得”。

展望与挑战

• 未来展望：
  • 变电领域：以智能传感器-物联网-云后台形成云-端协同的变电设备状态采集和诊断系统，提升设备状态辅助诊断决策能力，减少数据汇集点，避免电缆和光纤铺设费用，提高传感器安装和调试效率，降低人员工作难度和强度，建设和维护成本降低80%。
  • 新型电力系统：通过大数据和计算技术，透过数据关系发现电力系统运行规律，广泛应用小微智能传感器与智能云边端协同，实现数据可采集、状态可监控、程序可优化，实现电网的高可靠性、灵活化和透明化。
• 现实挑战：
  • 根据应用环境和采集信号设计对应的智能传感器。
  • 实现高度集成、微功耗、安全加密，并降低成本。
  • 物联网通信的信息安全问题，可信WAPI模组的功耗、体积、价格问题。