下一代線路傳感器：采集電能、互聯(lián)、減少維護工作量

簡介

在能源格局不斷變化的今天，停電仍會引起企業(yè)關(guān)鍵運營的中斷，例如生產(chǎn)流程，從而造成巨額損失。此外，某些老舊的電網(wǎng)設備仍在全世界運行，而在有些地區(qū)，用電風暴變得越來越常見。面對這些嚴峻挑戰(zhàn)，電力公司可采取多種方法來應對未來服務中斷的風險，包括實現(xiàn)配電網(wǎng)絡的現(xiàn)代化、分布式配電網(wǎng)絡、雇傭更多線路維修人員等。由于存在不同程度的成本、技術(shù)風險和社會效益問題，所有這些方法都很復雜，難以評估。

電力公司最近關(guān)注的重點措施是安排、雇傭、培訓更多線路維修人員來改善停電響應，為客戶提供更好的服務。但在世界的許多地方，勞動力老齡化已是眾所周知的難題，越來越難以找到技術(shù)熟練的勞動力來填補線路人員缺口。為應對停電時間延長、客戶不滿意以及可能的政府干預等問題，電力公司需要更好的解決方案。如果能夠提高線路人員的工作效率，使他們縮短搜索斷線的時間，而把更多時間分配給實際的維修工作和高優(yōu)先級的維護任務，以上問題無疑將得到很大改善。

在電網(wǎng)節(jié)點捕獲數(shù)據(jù)是關(guān)鍵

過去幾年，僅僅因為難以找到故障源，許多國家和地區(qū)發(fā)生了長時間停電事故。但是，電力公司應當如何改進配電網(wǎng)絡架構(gòu)以更好地響應停電事故呢？答案是利用更先進的線路傳感器技術(shù)來降低系統(tǒng)成本，并將其部署到電力基礎設施的更多節(jié)點中。這種技術(shù)集成度高，有助于提高測量精度，降低功耗，減少維護工作量。

圖1.被稱為故障指示器的節(jié)點監(jiān)控系統(tǒng)

新型線路傳感器的最常見應用場景之一是被稱為故障指示器的節(jié)點監(jiān)控系統(tǒng)，當用電線路故障發(fā)生時，它會檢測并發(fā)送警報，使得線路工作人員能夠在最短時間內(nèi)檢修故障設備。圖1所示為配電線路上使用的故障指示器。不同地區(qū)和不同供應商為該系統(tǒng)取的名稱不盡相同，比如線路監(jiān)視器、故障監(jiān)視器、故障電路指示器等。本文使用故障指示器這一通用術(shù)語來指稱該系統(tǒng)，并用線路傳感器來指稱用于檢測電力線路物理狀態(tài)的基礎技術(shù)。

圖2.檢測電力線路物理狀態(tài)的線路傳感器

2 下一代線路傳感器：采集電能、互聯(lián)、減少維護工作量

在地下線纜型故障指示器應用中，故障指示器位于每條主電纜的電纜端接處。故障上游的指示器會跳閘，而故障下游的指示器會保持非跳閘位置。這樣，服務團隊無需經(jīng)過耗時的故障隔離過程，便可輕松找出電纜或設備的故障部分。該地下線纜型故障指示器應用包括變壓器、開關(guān)設備、機柜、接線盒、拼接等。

在架空型故障指示器應用中，故障指示器上顯眼的顯示屏可將線路工作人員指引到問題所在部分。該架空型故障指示器應用包括無保險絲抽頭、帶中線重合器的長饋線、分區(qū)開關(guān)設備、換接裝置、饋線等。

現(xiàn)有故障指示器面臨兩大挑戰(zhàn)：1）批量采購成本高昂；2）需要經(jīng)常維護才能正常工作。電力公司的預算和資源有限，面對高昂的累計采購成本和大量的經(jīng)常性維護工作，往往無法在龐大的電力基礎設施中部署更多故障指示器。

通過更先進的電源管理改善故障指示器

為了應對這些挑戰(zhàn)，ADI公司針對故障指示器開發(fā)了一種新型線路傳感器架構(gòu)，它能高效采集電能，而且只需更少的維護（圖3）。

圖3.采集電能的故障指示器設計

采集電能的故障指示器基本功能看起來簡單，但設計相當復雜，尤其是電源架構(gòu)。其中不僅存在三個獨立電源（電力線路傳感器、充電電池和超級電容），而且必須有一個控制算法，用來平衡變化的供電條件和變化的負載條件——所有這些設計的目的是保證始終聯(lián)網(wǎng)工作。關(guān)鍵創(chuàng)新是一種新型多電源路徑設計技術(shù)，它支持系統(tǒng)更快啟動、功耗更低和運行更平穩(wěn)。通過采用更好的電源管理，電池更換的頻率會降低，線路工作人員執(zhí)行系統(tǒng)檢查的次數(shù)會減少，因而故障指示器所需的維護會減少。

新型故障指示器設計還能利用更復雜的數(shù)據(jù)收集技術(shù)和更魯棒的無線通信來提升性能。通過高速精密轉(zhuǎn)換器以遠高于電力線路頻率的數(shù)據(jù)速率收集電力線路信息，它們能捕獲更高精度的數(shù)據(jù)。集成短波無線電和GSM協(xié)議等無線通信，也能擴大這些設備的覆蓋范圍。故障指示器可以傳輸數(shù)據(jù)和報告其狀態(tài)，這樣線路工作人員搜索故障所花的時間會減少，因而有更多時間來排除故障。

圖4.將地下故障指示器狀態(tài)報告給地上人員

大數(shù)據(jù)分析成為可能，以實現(xiàn)更高的能源智能

采用先進線路傳感器技術(shù)的故障指示器為電力公司轉(zhuǎn)變運營方式提供了機會。在精度更高、聯(lián)網(wǎng)能力更好、維護成本更低的節(jié)點處收集數(shù)據(jù)，電力公司便可更快速且更有把握地識別并響應停電事故。不僅如此，還有更多的可能性值得考慮。例如，一整片區(qū)域內(nèi)的所有故障指示器都能提供歷史數(shù)據(jù)和警報，這使得電力公司可以應用機器學習算法和大數(shù)據(jù)分析來提高線路工作人員的作業(yè)效率，降低運營支出，實現(xiàn)更好的業(yè)務績效。