基于物联网的电力设备状态监测与诊断

基于物联网的电力设备状态监测与诊断

王二军    王宁

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摘要：随着科技的飞速发展和物联网技术的广泛应用，电力设备的状态监测与诊断正逐步向智能化、实时化方向迈进。本文旨在探讨物联网技术在电力设备状态监测与诊断中的应用，通过构建基于物联网的监测系统，实现对电力设备运行状态的实时监测、故障预警与精确诊断，从而提升电力系统的运行效率和稳定性。本文首先概述了基于物联网的电力设备状态监，随后详细分析了物联网在电力设备状态监测与诊断中的具体应用。

关键词：物联网；电力设备；状态监测

引言

电力设备作为电力系统的核心组成部分，其运行状态直接关系到电力系统的稳定性和安全性。传统的电力设备监测与诊断方法主要依赖于定期巡检和人工判断，存在监测周期长、数据不连续、诊断精度低等问题。随着物联网技术的兴起，通过传感器网络、数据传输与处理、大数据分析等先进技术，实现了对电力设备运行状态的实时监测与智能诊断，为电力系统的安全稳定运行提供了有力保障。

一、基于物联网的电力设备状态监测

（一）系统架构

基于物联网的电力设备状态监测系统主要由感知层、网络层、数据处理中心和应用层四部分组成。感知层负责数据采集；网络层负责数据传输；数据处理中心负责对接收到的数据进行清洗、存储、分析和挖掘；应用层则负责将处理结果以可视化的形式展示给用户，并提供故障预警和诊断服务。

（二）数据采集与处理

在数据采集方面，通过部署在电力设备上的各类传感器实时采集设备的运行参数。这些参数包括电压、电流、温度、振动等物理量以及气体、油的化学性分析等。在数据处理方面，首先需要对采集到的原始数据进行清洗和预处理以去除噪声和异常值；然后采用合适的数据处理方法（如频谱分析、小波分析、神经网络等）对数据进行特征提取和降维处理；最后将数据存储在数据库中以便后续的分析和应用。

（三）状态监测与预警

基于物联网技术的电力设备状态监测系统能够实现对电力设备运行状态的实时监测和预警。通过对比分析实时数据与历史数据以及预设的阈值条件来判断设备是否处于正常运行状态或存在潜在故障风险。一旦发现异常情况或潜在故障风险时立即触发预警机制并通知相关人员进行处理以避免故障的发生或扩大化。

二、基于物联网的电力设备故障诊断

（一）故障特征提取

在故障诊断过程中首先需要从采集到的数据中提取出与故障相关的特征量。这些特征量可以是设备的运行参数也可以是经过处理后的数据特征如频谱特征、小波特征等。通过综合考虑不同故障特征之间的关系采用机器学习或深度学习等技术构建出适用于电力设备故障诊断的模型。

（二）故障诊断模型

基于物联网技术的电力设备故障诊断模型通常采用机器学习或深度学习算法进行构建。这些算法能够根据提取出的故障特征量对设备的运行状态进行评估并判断是否存在潜在故障及其类型。常用的机器学习算法包括支持向量机（SVM）、决策树（DT）、随机森林（RF）等；而深度学习算法则包括卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）等[1]。

（三）实时监测与预警系统

为了实现电力设备的实时监测与预警功能需要构建一套完整的实时监测与预警系统。该系统能够持续监测电力设备的运行状态并通过故障诊断模型对潜在故障进行实时评估。一旦发现潜在故障风险时立即触发预警机制并通知相关人员进行处理以降低故障发生的可能性及其对电力系统的影响。

三、物联网在电力设备状态监测与诊断中的具体应用

随着信息技术的飞速发展，物联网技术已经渗透到各个行业领域，其中在电力设备状态监测与诊断中的应用尤为显著。物联网技术通过集成传感器、通信技术和数据分析方法，实现了对电力设备运行状态的全面、实时、精准的监测与诊断，为电力系统的安全、稳定、高效运行提供了有力保障。

（一）变电站设备的状态监测

变电站作为电网的核心枢纽，其设备的运行状态直接关系到整个电网的稳定性和可靠性。物联网技术在变电站设备状态监测中的应用，主要体现在以下几个方面：

1.变压器状态监测

变压器是变电站中最关键的设备之一，其运行状态直接影响电能的传输和转换效率。通过在变压器上安装温度传感器、振动传感器等物联网设备，可以实时监测变压器的温度、振动、油位等关键参数。当这些参数超出预设阈值时，系统会立即发出预警信号，通知运维人员进行处理，从而有效预防变压器故障的发生。

2.断路器与隔离开关状态监测

断路器和隔离开关是变电站中用于控制电流通断的重要设备。物联网技术可以通过安装在设备上的传感器实时监测其分合闸状态、操作次数以及机械性能等参数。通过对这些数据的分析，可以评估设备的健康状况，预测潜在故障，并提前进行维护或更换，确保设备的安全可靠运行。

3.母线及电缆状态监测

母线和电缆是变电站中电能传输的主要通道。物联网技术可以通过安装在母线和电缆上的传感器实时监测其电流、电压、温度等参数，以及电缆的绝缘性能。当发现异常时，系统会立即发出预警，避免发生短路、断路等严重故障，保障电网的安全运行。

（二）电力线路的在线监测

电力线路作为电网的骨架，其运行状态直接关系到电能的稳定传输与供电质量。随着物联网技术的快速发展，其在电力线路在线监测中的应用日益广泛且深入，显著提升了线路运维的智能化水平和电网的整体可靠性[2]。

1.线路故障监测的即时响应

物联网技术为电力线路的故障监测带来了革命性的变化。通过在关键节点安装高精度的电流传感器、电压传感器等物联网设备，系统能够实现对线路运行参数的实时监测。一旦线路发生短路、过载等异常情况，这些传感器能迅速捕捉到异常信号，并通过无线通信技术实时传输至数据中心。借助先进的数据分析算法，系统能够迅速识别故障类型、精确定位故障位置，并自动触发保护机制，如切断故障线路或启动备用电源，有效防止故障范围扩大，保障电网安全。

2.线路健康状态的精准评估

物联网技术不仅关注线路的即时故障，还致力于对线路的长期运行状态进行精准评估。通过对电力线路运行数据的持续采集与深度分析，结合大数据与人工智能技术，系统能够构建出线路的健康状况模型，预测其剩余寿命和潜在风险。这一功能为运维人员提供了科学决策的依据，使他们能够提前识别并处理老化、磨损等潜在问题，避免突发故障对电网造成冲击，确保电网的长期稳定运行。

3.自然环境因素的智能预警

电力线路广泛分布于各种自然环境中，极易受到恶劣天气的影响。物联网技术的应用，使得对自然环境的实时监测成为可能。通过在电力线路沿线部署气象传感器、风速传感器等物联网设备，系统能够实时感知并传输环境数据，如温度、湿度、风速、风向等。当数据出现异常波动，预示着可能发生的恶劣天气（如台风、雷暴等）时，系统会立即发出预警信号，提醒运维人员提前采取防范措施，如加固线路、调整运行方式等，从而有效降低自然灾害对电力线路的影响，保障电网的安全供电[3]。

结语

物联网技术在电力设备状态监测与诊断中的应用已经取得了显著成效，不仅提高了电力系统的运行效率和稳定性还降低了运维成本和安全风险。然而随着电力系统的不断发展和智能化水平的不断提升物联网技术在电力设备状态监测与诊断中的应用也将面临新的挑战和机遇。未来我们期待物联网技术在电力设备状态监测与诊断领域的应用能够取得更加丰硕的成果为电力行业的可持续发展贡献更大的力量。同时我们也应该认识到物联网技术的应用需要遵循相关法律法规和标准规范确保数据的安全性和隐私性保护用户的合法权益。

参考文献

[1]朱书航.电力设备巡检监控的管理策略研究[J].中国设备工程,2024,(10):164-166.

[2]伍涛.基于物联网技术的电力信息化监测与管理平台建设[J].互联网周刊,2024,(10):28-30.

[3]何隽文,黄晓英,郭斯晓,等.电力物联网技术在电力设备在线监测中的应用[J].现代工业经济和信息化,2024,14(04):137-139+151.