下一代線路傳感器：采集電能、互聯(lián)、減少維護(hù)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(yùn)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(shè)備仍在全世界運(yùn)行，而在有些地區(qū)，用電風(fēng)暴變得越來越常見。面對這些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，電力公司可采取多種方法來應(yīng)對未來服務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn)，包括實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代化、分布式配電網(wǎng)絡(luò)、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(fēng)險(xiǎn)和社會效益問題，所有這些方法都很復(fù)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(xùn)更多線路維修人員來改善停電響應(yīng)，為客戶提供更好的服務(wù)。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(bǔ)線路人員缺口。為應(yīng)對停電時(shí)間延長、客戶不滿意以及可能的政府干預(yù)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(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(hù)任務(wù)，以上問題無疑將得到很大改善。

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

過去幾年，僅僅因?yàn)殡y以找到故障源，許多國家和地區(qū)發(fā)生了長時(shí)間停電事故。但是，電力公司應(yīng)當(dāng)如何改進(jìn)配電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以更好地響應(yīng)停電事故呢？答案是利用更先進(jìn)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(chǔ)設(shè)施的更多節(jié)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(hù)工作量。

圖1.被稱為故障指示器的節(jié)點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

新型線路傳感器的最常見應(yīng)用場景之一是被稱為故障指示器的節(jié)點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)用電線路故障發(fā)生時(shí)，它會檢測并發(fā)送警報(bào)，使得線路工作人員能夠在最短時(shí)間內(nèi)檢修故障設(shè)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(yīng)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(chǔ)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(hù)工作量

在地下線纜型故障指示器應(yīng)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(wù)團(tuán)隊(duì)無需經(jīng)過耗時(shí)的故障隔離過程，便可輕松找出電纜或設(shè)備的故障部分。該地下線纜型故障指示器應(yīng)用包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、機(jī)柜、接線盒、拼接等。

在架空型故障指示器應(yīng)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(yīng)用包括無保險(xiǎn)絲抽頭、帶中線重合器的長饋線、分區(qū)開關(guān)設(shè)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(hù)才能正常工作。電力公司的預(yù)算和資源有限，面對高昂的累計(jì)采購成本和大量的經(jīng)常性維護(hù)工作，往往無法在龐大的電力基礎(chǔ)設(shè)施中部署更多故障指示器。

通過更先進(jìn)的電源管理改善故障指示器

為了應(yīng)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(hù)（圖3）。

圖3.采集電能的故障指示器設(shè)計(jì)

采集電能的故障指示器基本功能看起來簡單，但設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜，尤其是電源架構(gòu)。其中不僅存在三個(gè)獨(dú)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(gè)控制算法，用來平衡變化的供電條件和變化的負(fù)載條件——所有這些設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)技術(shù)，它支持系統(tǒng)更快啟動、功耗更低和運(yùn)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(hù)會減少。

新型故障指示器設(shè)計(jì)還能利用更復(fù)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(yuǎn)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(kuò)大這些設(shè)備的覆蓋范圍。故障指示器可以傳輸數(shù)據(jù)和報(bào)告其狀態(tài)，這樣線路工作人員搜索故障所花的時(shí)間會減少，因而有更多時(shí)間來排除故障。

圖4.將地下故障指示器狀態(tài)報(bào)告給地上人員

大數(shù)據(jù)分析成為可能，以實(shí)現(xiàn)更高的能源智能

采用先進(jìn)線路傳感器技術(shù)的故障指示器為電力公司轉(zhuǎn)變運(yùn)營方式提供了機(jī)會。在精度更高、聯(lián)網(wǎng)能力更好、維護(hù)成本更低的節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(bào)，這使得電力公司可以應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)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(yùn)營支出，實(shí)現(xiàn)更好的業(yè)務(wù)績效。

結(jié)語

由于難以定位問題來源，電力公司客戶仍會經(jīng)歷長時(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(dāng)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(hù)。

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