下一代線(xiàn)路傳感器：采集電能、互聯(lián)、減少維護工作量

簡(jiǎn)介

在能源格局不斷變化的今天，停電仍會(huì )引起企業(yè)關(guān)鍵運營(yíng)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，用電風(fēng)暴變得越來(lái)越常見(jiàn)。面對這些嚴峻挑戰，電力公司可采取多種方法來(lái)應對未來(lái)服務(wù)中斷的風(fēng)險，包括實(shí)現配電網(wǎng)絡(luò )的現代化、分布式配電網(wǎng)絡(luò )、雇傭更多線(xiàn)路維修人員等。由于存在不同程度的成本、技術(shù)風(fēng)險和社會(huì )效益問(wèn)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(diǎn)措施是安排、雇傭、培訓更多線(xiàn)路維修人員來(lái)改善停電響應，為客戶(hù)提供更好的服務(wù)。但在世界的許多地方，勞動(dòng)力老齡化已是眾所周知的難題，越來(lái)越難以找到技術(shù)熟練的勞動(dòng)力來(lái)填補線(xiàn)路人員缺口。為應對停電時(shí)間延長(cháng)、客戶(hù)不滿(mǎn)意以及可能的政府干預等問(wèn)題，電力公司需要更好的解決方案。如果能夠提高線(xiàn)路人員的工作效率，使他們縮短搜索斷線(xiàn)的時(shí)間，而把更多時(shí)間分配給實(shí)際的維修工作和高優(yōu)先級的維護任務(wù)，以上問(wèn)題無(wú)疑將得到很大改善。

在電網(wǎng)節點(diǎn)捕獲數據是關(guān)鍵

過(guò)去幾年，僅僅因為難以找到故障源，許多國家和地區發(fā)生了長(cháng)時(shí)間停電事故。但是，電力公司應當如何改進(jìn)配電網(wǎng)絡(luò )架構以更好地響應停電事故呢？答案是利用更先進(jìn)的線(xiàn)路傳感器技術(shù)來(lái)降低系統成本，并將其部署到電力基礎設施的更多節點(diǎn)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(chēng)為故障指示器的節點(diǎn)監控系統

新型線(xiàn)路傳感器的最常見(jiàn)應用場(chǎng)景之一是被稱(chēng)為故障指示器的節點(diǎn)監控系統，當用電線(xiàn)路故障發(fā)生時(shí)，它會(huì )檢測并發(fā)送警報，使得線(xiàn)路工作人員能夠在最短時(shí)間內檢修故障設備。圖1所示為配電線(xiàn)路上使用的故障指示器。不同地區和不同供應商為該系統取的名稱(chēng)不盡相同，比如線(xiàn)路監視器、故障監視器、故障電路指示器等。本文使用故障指示器這一通用術(shù)語(yǔ)來(lái)指稱(chēng)該系統，并用線(xiàn)路傳感器來(lái)指稱(chēng)用于檢測電力線(xiàn)路物理狀態(tài)的基礎技術(shù)。

圖2.檢測電力線(xiàn)路物理狀態(tài)的線(xiàn)路傳感器

2 下一代線(xiàn)路傳感器：采集電能、互聯(lián)、減少維護工作量

在地下線(xiàn)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(huì )跳閘，而故障下游的指示器會(huì )保持非跳閘位置。這樣，服務(wù)團隊無(wú)需經(jīng)過(guò)耗時(shí)的故障隔離過(guò)程，便可輕松找出電纜或設備的故障部分。該地下線(xiàn)纜型故障指示器應用包括變壓器、開(kāi)關(guān)設備、機柜、接線(xiàn)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(xiàn)路工作人員指引到問(wèn)題所在部分。該架空型故障指示器應用包括無(wú)保險絲抽頭、帶中線(xiàn)重合器的長(cháng)饋線(xiàn)、分區開(kāi)關(guān)設備、換接裝置、饋線(xiàn)等。

現有故障指示器面臨兩大挑戰：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(wú)法在龐大的電力基礎設施中部署更多故障指示器。

通過(guò)更先進(jìn)的電源管理改善故障指示器

為了應對這些挑戰，ADI公司針對故障指示器開(kāi)發(fā)了一種新型線(xiàn)路傳感器架構，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(lái)簡(jiǎn)單，但設計相當復雜，尤其是電源架構。其中不僅存在三個(gè)獨立電源（電力線(xiàn)路傳感器、充電電池和超級電容），而且必須有一個(gè)控制算法，用來(lái)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)，它支持系統更快啟動(dòng)、功耗更低和運行更平穩。通過(guò)采用更好的電源管理，電池更換的頻率會(huì )降低，線(xiàn)路工作人員執行系統檢查的次數會(huì )減少，因而故障指示器所需的維護會(huì )減少。

新型故障指示器設計還能利用更復雜的數據收集技術(shù)和更魯棒的無(wú)線(xiàn)通信來(lái)提升性能。通過(guò)高速精密轉換器以遠高于電力線(xiàn)路頻率的數據速率收集電力線(xiàn)路信息，它們能捕獲更高精度的數據。集成短波無(wú)線(xiàn)電和GSM協(xié)議等無(wú)線(xiàn)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據和報告其狀態(tài)，這樣線(xiàn)路工作人員搜索故障所花的時(shí)間會(huì )減少，因而有更多時(shí)間來(lái)排除故障。

圖4.將地下故障指示器狀態(tài)報告給地上人員

大數據分析成為可能，以實(shí)現更高的能源智能

采用先進(jìn)線(xiàn)路傳感器技術(shù)的故障指示器為電力公司轉變運營(yíng)方式提供了機會(huì )。在精度更高、聯(lián)網(wǎng)能力更好、維護成本更低的節點(diǎn)處收集數據，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，一整片區域內的所有故障指示器都能提供歷史數據和警報，這使得電力公司可以應用機器學(xué)習算法和大數據分析來(lái)提高線(xiàn)路工作人員的作業(yè)效率，降低運營(yíng)支出，實(shí)現更好的業(yè)務(wù)績(jì)效。

結語(yǔ)

由于難以定位問(wèn)題來(lái)源，電力公司客戶(hù)仍會(huì )經(jīng)歷長(cháng)時(shí)間的停電事故。解決這一困境的一個(gè)辦法是更廣泛地采用故障指示器。但是，當今的故障指示器有兩大缺點(diǎn)：批量采購成本高昂且需要定期維護。

針對故障指示器的新型線(xiàn)路傳感器技術(shù)克服了上述挑戰，能夠高效率采集電能，并且只需很少的維護。未來(lái)，電力公司可以利用新一代故障指示器來(lái)縮短停電時(shí)間，降低運營(yíng)支出，令客戶(hù)更加滿(mǎn)意。