不少電力運維企業、UHV項目建設方以及電網監管機構近期都在聚焦兩類核心問題:一是特高壓變壓器等核心UHV設備的特高壓設備局放監測方案該如何匹配實際運維需求、控制綜合成本,二是當前局放監測技術的合規要求以及未來技術發展方向有哪些明確的參照標準。作為保障UHV輸變電網絡穩定運行的核心技術之一,特高壓設備局放監測的落地效果直接關系到特高壓變壓器等核心設備的使用壽命,也關系到跨區域電力輸送的安全性。當前我國UHV網絡建設規模持續擴大,特高壓設備局放監測的應用覆蓋率也在不斷提升,明確不同用戶的需求、梳理局放監測技術的迭代路徑,對整個UHV行業的穩定發展有重要意義。
特高壓設備局放監測的核心應用場景集中在UHV交流變電站、UHV換流站兩類場景,監測對象涵蓋特高壓變壓器、GIS組合電器、高壓套管、互感器等多個品類,其中特高壓變壓器是優先級*高的監測對象,相關數據顯示,特高壓變壓器的故障中近60%與局部放電問題直接相關【1】。特高壓設備局放監測的核心價值*是在局部放電萌芽階段發現隱患,避免故障擴大引發特高壓變壓器燒損、UHV線路非計劃停電等重大事故。
對于B端用戶而言,首先關注的是特高壓設備局放監測裝置的核心性能參數,其中檢測靈敏度、抗干擾能力、誤報率、長期運行穩定性是核心考核指標。由于UHV現場的電磁環境十分復雜,傳統的單傳感局放監測技術很容易受到現場開關操作、無線電信號的干擾,出現誤報、漏報的問題,因此現階段多數運維企業會優先選擇多傳感融合的特高壓設備局放監測方案,結合脈沖電流法、超聲波法、超高頻法的技術優勢,兼顧局放信號的檢測精度和定位準確性。特高壓設備局放監測的檢測精度直接決定了隱患發現的及時性,目前主流方案的檢測精度已經能夠滿足多數UHV場景的運維需求。
其次B端用戶十分關注相關方案的綜合成本,除了采購成本之外,安裝是否需要停電、后期運維的復雜度、數據服務的持續性都是重要的考量因素。針對存量UHV站的特高壓變壓器改造需求,不少用戶會優先選擇外置式傳感器的特高壓設備局放監測方案,不需要對特高壓變壓器的本體結構進行改動,也不需要長時間停電施工,能夠大幅降低改造成本和施工周期。而在實際運行過程中,B端用戶遇到*多的問題*是特高壓設備局放監測裝置誤報率偏高、故障類型無法精準識別,這類問題除了和裝置本身的性能有關,也和現場干擾源排查不到位、算法模型沒有適配現場環境有直接關系,也是局放監測技術迭代過程中需要重點解決的問題。
對于G端的監管機構和行業主管部門而言,首先關注的是特高壓設備局放監測相關的標準規范與政策要求的落地情況。目前*能源局、*電網以及南方電網都已經出臺了相關的技術規范,明確要求新建UHV項目的特高壓變壓器必須配套安裝在線特高壓設備局放監測裝置,對特高壓設備局放監測的檢測精度、數據上傳頻率、預警閾值設置都做出了明確的規定【2】。特高壓設備局放監測的相關標準會根據技術迭代不斷更新,引導行業的局放監測技術向更規范的方向發展。部分省級能源監管部門還要求UHV項目的特高壓設備局放監測數據要同步接入省級電網狀態監測平臺,方便監管部門統一掌握轄區內UHV設備的運行狀態。
其次G端用戶十分關注相關裝置的檢測報告與認證資質,按照現行的入網要求,特高壓設備局放監測裝置需要通過CNAS認可的第三方機構出具的電磁兼容測試報告、高低溫測試報告、現場掛網運行測試報告,生產企業需要具備相應的電力設備制造資質,相關產品需要通過電網公司的入網認證才能參與UHV項目的招投標。不少G端用戶也會將特高壓設備局放監測的裝置運行情況納入UHV項目的驗收考核指標,保障相關裝置能夠切實發揮作用。
在運維管理方面,G端用戶重點關注特高壓設備局放監測的預警響應機制是否完善,相關規范要求運維單位在接到特高壓變壓器的局放預警信號之后,需要在24小時內完成現場核查,確認故障隱患之后要在規定時間內制定檢修方案,避免故障擴大引發非計劃停電。同時監管部門會定期對UHV站的特高壓設備局放監測裝置的運行情況進行抽檢,對裝置故障率偏高、預警響應不及時的運維單位進行相應的考核。
隨著UHV輸變電網絡的不斷擴建,特高壓變壓器等核心設備的運行要求不斷提升,局放監測技術也在沿著多個明確的技術發展方向迭代,能夠更好的滿足B端和G端用戶的多元需求。
第一個技術發展方向是感知層的精準化升級,傳統的局放監測技術多采用外置式傳感器,檢測靈敏度容易受到特高壓變壓器外殼、現場電磁環境的影響,而新興的分布式光纖傳感技術可以將傳感單元直接嵌入特高壓變壓器的繞組、套管等內部結構中,不需要外接電源,也完全不受外界電磁干擾的影響,檢測靈敏度可以達到pC級,能夠更早發現微弱的局部放電隱患【3】。特高壓設備局放監測的感知層升級是整個技術迭代的基礎,目前相關技術已經在多個新建UHV項目的特高壓變壓器中試點應用,運行數據顯示其檢測準確性相較于傳統方案有明顯提升。
第二個技術發展方向是分析層的智能化升級,傳統的特高壓設備局放監測主要依靠閾值預警,很容易出現誤報的問題,而現階段越來越多的方案引入了機器學習算法,通過大量的局放故障樣本訓練模型,不僅能夠精準識別局部放電信號和干擾信號,還能判斷局放的類型、位置,甚至可以預測局放的發展趨勢,幫助運維人員提前制定檢修策略。相關試點數據顯示,采用智能算法的特高壓設備局放監測方案誤報率有大幅下降,能夠有效減少運維人員的現場核查工作量,這也是當前局放監測技術*受關注的技術發展方向之一。
第三個技術發展方向是數據層的互聯化升級,此前不同廠家的特高壓設備局放監測裝置的數據接口、傳輸協議不統一,很難實現跨平臺的數據互通,而隨著泛在電力物聯網的建設推進,相關主管部門已經出臺了統一的UHV設備狀態監測數據傳輸規范,要求特高壓設備局放監測裝置的數據要符合統一的接口標準,能夠直接接入各級電網的狀態監測平臺,方便監管部門實現跨區域的UHV設備運行狀態統籌管理【4】。
第四個技術發展方向是應用層的輕量化升級,針對存量UHV站的特高壓變壓器改造需求,現在已經出現了很多免停電安裝、即裝即用的特高壓設備局放監測方案,采用低功耗的外置式傳感器,通過無線傳輸數據,不需要對現場的線路進行大規模改動,改造成本相較于傳統的內置式方案下降不少,適合存量項目的批量改造,也是面向下沉場景的重要技術發展方向。
針對B端的運維企業和項目建設方,在選擇特高壓設備局放監測方案時,首先要結合自身的應用場景選擇適配的產品,比如高海拔、極寒地區的UHV站要選擇符合耐低溫、防腐蝕要求的特高壓設備局放監測裝置,特高壓變壓器的監測要優先選擇多傳感融合的方案,兼顧檢測精度和穩定性。其次要核算全生命周期成本,不要只關注采購成本,還要考慮后期的運維成本、算法升級服務費用,優先選擇能夠提供長期技術支持的供應商。在實際運行過程中如果出現特高壓設備局放監測裝置誤報率偏高的問題,可以先排查現場的手機信號基站、開關操作等干擾源,再結合現場的運行數據對算法模型進行微調,提升預警的準確性。
針對G端的監管機構和行業主管部門,建議進一步完善特高壓設備局放監測的相關標準規范,統一不同類型裝置的檢測方法、數據接口要求,建立統一的認證和抽檢體系,避免不同廠家的產品無法互通。同時可以搭建局放故障樣本共享平臺,收集不同場景下的特高壓變壓器局放故障數據,為行業的局放監測技術迭代提供數據支撐,還可以定期組織運維人員的技術培訓,提升一線人員對局放預警信號的處置能力。
整體來看,隨著我國UHV輸變電網絡的規模不斷擴大,特高壓設備局放監測的市場需求還會持續增長,局放監測技術會沿著精準化、智能化、互聯化、輕量化的技術發展方向不斷迭代,既能夠幫助B端用戶降低運維成本、減少故障損失,也能夠幫助G端用戶提升電網監管效率,保障跨區域電力輸送的安全性。
參考文獻
【1】 特高壓變壓器典型故障分析與運維導則
【2】 電力設備局部放電在線監測技術規范
【3】 光纖傳感技術在特高壓設備狀態監測中的應用研究
【4】 UHV輸變電設備狀態監測系統建設規范